本发明属于涂料制备
技术领域：
，尤其涉及一种高硬度粉末涂料组合物及其制备方法和用途。
背景技术：
：体育器材、户外建筑幕墙，户外场所护栏板等户外物品的外观件长期暴露于户外环境中，容易受到外界的影响而造成刮擦，进而造成涂膜表面的擦伤，既影响外观件的美观，又容易造成涂层的破坏，进而对外观件的使用性能造成影响。粉末涂料行业制备高硬度产品，尤其是能达到4h铅笔硬度产品的方法一般为以下3种情况：1、聚氨酯体系使用聚氨酯，这种体系交联密度极高，很容易做到4h的铅笔硬度，但是该方法存在成本高的缺点，聚氨酯产品的成本一般为普通聚酯树脂体系的3～4倍左右；并且由于该体系过高的交联密度，导致该涂层的柔韧性较差，一般只能达到3～4mm的弯曲性能；再者，由于聚氨酯体系与聚酯体系或聚酯-环氧体系的相容性不好，导致聚氨酯体系在生产和施工现场的使用都比较麻烦。2、丙烯酸体系丙烯酸体系在涂层硬度方面与聚氨酯体系相当，但是价格更要高于聚氨酯体系，是目前粉末涂料中价格最为昂贵的体系，并且该产品对其它体系的产品污染性极强，需要单独的生产车间和喷涂车间的生产和使用。所以这种体系一般只在汽车产品用使用，其它行业极少有应用案例。3、普通聚酯体系这种体系是目前最为受推崇的，价格便宜，并且也是粉末行业最为常用的体系。但是由于聚酯体系交联密度低，目前市场上并没有能完全媲美聚氨酯或丙烯酸体系的产品，即便有生产商承诺产品可以达到4h，但这种指标一般都是以涂层是否被划破来评价，而不是涂层是否被划伤。不能达到涂层划伤级别来评价的原因是由于树脂体系在固化过程中向涂层表面迁移，导致涂层最表面的增硬填料比理论上要少些，而目前这类体系完全靠增加填料来增强硬度，所以涂层表面的硬度都无法与丙烯酸体系或聚氨酯体系相媲美。有鉴于此，有必要提供一种高硬度的粉末涂料，以解决现有技术的不足。技术实现要素：为了克服现有技术的缺陷，本发明的目的是提供一种高硬度粉末涂料组合物。本发明的另一个目的是提供一种所述高硬度粉末涂料组合物的制备方法。本发明的又一个目的是提供一种使用所述高硬度粉末涂料组合物的用途。为达到上述目的，本发明采用的技术方案以下：本发明的一个方面提供了一种高硬度粉末涂料组合物，其包括按重量份数计的以下组分：其中，所述高官能团环氧树脂的官能度不小于15。优选地，所述聚酯树脂的酸值为40～45mgkoh/g。优选地，所述聚酯树脂的玻璃化温度为60～70℃。优选地，所述填料选自二氧化硅、氧化铝、石英粉、明耐粉中的至少一种。更优选地，所述填料为二氧化硅和氧化铝的混合物。优选地，所述异氰脲酸三缩水甘油酯固化剂的环氧当量为100～110g/mol。优选地，所述高官能团环氧树脂的环氧当量为140～165g/mol，玻璃化温度为200～205℃。优选地，所述异氰酸酯二聚体的异氰酸根含量为14.7～15.7重量份。优选地，所述聚四氟乙烯蜡的纯度不低于99重量份。优选地，所述助剂包括按重量份数计的以下组分：流平剂0.8～1.2份；光亮剂0.5～1.0份；安息香0.2～0.4份。优选地，所述颜料为钛白粉和炭黑中的一种或两种。本发明通过以上的配方设计，可以使涂层铅笔硬度达到4h不被划伤的级别。相对于聚氨酯体系和丙烯酸体系，由于整个聚酯树脂体系交联密度没有那么高，所以耐弯曲性能明显要好，且与一般产品相容性好，不用使用特殊的生产和涂装环境；并且该产品与普通聚酯树脂体系价格相当，远远低于聚氨酯和丙烯酸体系的价格。本发明中的聚酯体系之所以硬度能达到4h涂层不被划伤，与丙烯酸体系和聚氨酯体系硬度相媲美，主要在于以下三方面原因：其一，较高的交联密度：为保证较高交联密度，本发明设计了以下方案：1、使用高酸值的聚酯树脂：这类聚酯树脂的酸值为40～45mgkoh/g，与异氰脲酸三缩水甘油酯固化剂的比例为92:8(聚酯树脂的酸值以45mgkoh/g计，则羧基当量为1246，异氰脲酸三缩水甘油酯固化剂环氧当量为108，聚酯树脂用量/异氰脲酸三缩水甘油酯用量＝羧基当量/环氧当量＝1246/108＝92/8。)，可保证了其交联密度比目前常规使用的交联密度要高。不同于酸值为32～38mgkoh/g聚酯或酸值为28～32mgkoh/g的聚酯，这类聚酯与异氰脲酸三缩水甘油酯固化剂的比例分别为93:7或94:6。为了进一步提高涂层的交联密度，本行业人员也可使用酸值为48～53mgkoh/g的聚酯体系，在此不赘述。2、加入不低于15官能度的高官能团环氧树脂，这个也非常关键，如此高官能度的环氧树脂，与部分聚酯树脂的羧基进行反应，补充并强化聚酯与tgic的交联密度，含量尽量控制在2.0重量份以内，太多的话会影响耐候性能。3、加入异氰酸脂二聚体也是必要的，这种原料不影响体系的耐候性能，并且与聚酯体系或tgic中多余的羟基反应，进一步加强体系的交联密度。其二，使用增硬填料：增硬填料一般选用二氧化硅/氧化铝的混合物，这类填料的莫氏硬度为5.0-6.0，一般5.5左右，这个效果最好。如果没有二氧化硅/氧化铝的混合物，也可选用二氧化硅或石英粉或明耐粉，但这三种没有二氧化硅/氧化铝的混合物效果更好。其三，加入聚四氟乙烯蜡：聚四氟乙烯蜡既有较高的硬度，又有很好的爽滑性，加入后对涂层增硬效果和耐摩擦效果极有帮助。本发明的另一个方面提供了一种高硬度粉末涂料组合物的制备方法，包括以下步骤：将聚酯树脂、异氰脲酸三缩水甘油酯固化剂、高官能团环氧树脂、异氰酸脂二聚体、聚四氟乙烯蜡、助剂、颜料和填料混合均匀，依次进行熔融挤出、压片、冷却、粗破碎、磨细粉碎和筛分后，得到所述高硬度粉末涂料。所述熔融挤出的温度为95～105℃。所述高硬度粉末涂料的粒径为30～45℃。本发明的再一个方面提供了一种高硬度粉末涂料组合物形成固化清漆涂层的方法，包括以下步骤：将外观件进行表面处理后，喷涂所述高硬度粉末涂料组合物，在180～210℃下进行烘烤，然后冷却，获得涂层。由于采用上述技术方案，本发明具有以下优点和有益效果：1.本发明所述的高硬度粉末涂料，组合物配方与普通常规体系相比，只是树脂酸值更高，并没有从大的种类上做调整，引入的高管能团环氧树脂和异氰酸酯二聚体，不会对常规粉末产生不良影响；所以配方管理简单；2.本发明所述的高硬度粉末涂料，由于配方与常规粉末相近，故在生产过程中不用做调整，并且本方明的粉末涂料与普通常规粉末的相容性也好，不会对常规粉末造成污染，无须单独生产车间；而聚氨酯或丙烯酸树脂体系，尤其是丙烯酸体系，由于污染常规粉末体系，需要单独的生产车间来生产；3.本发明所述的高硬度粉末涂料，具有很好的耐刮擦效果，避免了因涂层受外力刮擦而导致涂层的性能不良问题的发生；4.本发明所述的高硬度粉末涂料，并且与聚氨酯或丙烯酸体系相比，其冲击性能具有明显优势，可以达到50kg·cm的冲击强度；而聚氨酯或丙烯酸体系一般30kg·cm时就会有严重的开裂；5.本发明所述的高硬度粉末涂料，并且与聚氨酯或丙烯酸体系相比，其弯曲性能具有明显优势，可以达到2mm弯曲基本无裂纹；而聚氨酯或丙烯酸体系一般2mm时就会有严重的开裂；6.本发明所述的高硬度粉末涂料，可在现有户外粉末产品喷涂工艺基础上进行，不改变现有喷涂工艺；而聚氨酯或丙烯酸体系在应用时，由于体系的特殊性，非常容易污染普通常规粉末，需要使用单独的喷房。具体实施方式：下面通过实施例对本发明进行具体的描述，有必要在此指出的是本实施例只用于对本发明的进一步说明，不能理解为对本发明保护范围的限制，该领域的技术熟练人员可以根据上述本发明的内容对本发明作出一些非本质的改性和调整。原材料信息：下面列出了本发明实施例中所使用原材料的相关信息。为了方便描述，实施例中使用了原材料的商品名称或它们对应的名称缩写。树脂或聚合物的分子量通过凝胶渗透色谱测量获得。(i)本发明实施例中的聚酯树脂为广州擎天材料科技有限公司的nh3295，广东银洋树脂有限公司的ye8700，烟台枫林新材料有限公司的fl2016；(ii)本发明实施例中的异氰脲酸三缩水甘油酯固化剂为黄山市华惠精细化工有限公司tgic，本专业人员也可选择其他厂家tgic；(iii)本发明实施例中的环氧树脂为双键化工4315ce；(iv)本发明实施例中的异氰酸脂二聚体为赢创德固赛(evonikdegussa)的异氰酸酯二聚体b1530(粉末)；(v)本发明实施例中的聚四氟乙烯蜡为美国三叶公司的sst-3d，或南京天诗新材料科技有限公司的ptfe0101；(vi)本发明实施例中的流平剂为宁波南海化学有限公司的glp588，本行业人员可以选择其他厂家和型号；光亮剂为宁波南海化学有限公司的701，本行业人员可以选择其他厂家和型号；安息香系统命名为2-羟基-1,2-二苯基乙酮，为宁波南海化学有限公司，本行业人员可以选择其他厂家和型号；干燥剂为赢创德固赛(evonikdegussa)的氧化铝c(aerosilaluc),本行业人员可以选择其他厂家和型号；颜料为钛白粉或炭黑中的至少一种，钛白粉和炭黑或其它色料，行业内人员可以根据需要进行选择；(vii)本发明实施例中的填料为重庆市锦艺硅材料开发有限公司的cp30，该原料为二氧化硅和氧化铝的复合物。实施例1本实施例提供的一种高硬度粉末涂料，包括以下重量份的组分：首先，按照所述高硬度粉末涂料组分的配方组成精确的称量原材料，在预混罐里经过高速旋转混合均匀(预混时间5～10分钟)，然后把混合均匀的生料匀速放入双螺杆挤出机，在95～105℃条件下熔融挤出，经过冷却辊后压成料片，料片在自然温度下冷却后，使用粉碎机对料片进行粗破碎，得到的物料冷却后使用粉碎机进行磨细粉碎，使用180目筛网进行筛分，180目筛网过筛的筛分自然冷却，最后得到粒径均匀的所述高硬度粉末涂料。将底材进行除油(或进行其他前处理如硅烷处理)，在无尘室进行喷涂，之后进入烘道进行烘烤，烘烤的温度为180～210℃，时间为10～20分钟(min)；待涂层充分固化后自然冷却。对涂层进行硬度测试，最高可以达到铅笔硬度4h(按gb/t63792006)，说明该涂层硬度性能优异。实施例2本实施例提供的一种高硬度粉末涂料，包括以下重量份的组分：首先，按照所述高硬度粉末涂料组分的配方组成精确的称量原材料，在预混罐里经过高速旋转混合均匀(预混时间5-10分钟)，然后把混合均匀的生料匀速放入双螺杆挤出机，在95-105℃条件下熔融挤出，经过冷却辊后压成料片，料片在自然温度下冷却后，使用粉碎机对料片进行粗破碎，得到的物料冷却后使用粉碎机进行磨细粉碎，使用180目筛网进行筛分，180目筛网过筛的筛分自然冷却，最后得到粒径均匀的所述高硬度粉末涂料。将铝单板进行除油(或进行其他前处理如硅烷处理)，在无尘室进行喷涂，之后进入烘道进行烘烤，烘烤的温度为1980-210℃，时间为10～20min；待涂层充分固化后自然冷却。对涂层进行硬度测试，最高可以达到铅笔硬度4h(按gb/t63792006)，说明该涂层硬度性能优异。实施例3本实施例提供的一种高硬度粉末涂料，包括以下重量份的组分：首先，按照所述高硬度粉末涂料组分的配方组成精确的称量原材料，在预混罐里经过高速旋转混合均匀(预混时间5-10分钟)，然后把混合均匀的生料匀速放入双螺杆挤出机，在95-105℃条件下熔融挤出，经过冷却辊后压成料片，料片在自然温度下冷却后，使用粉碎机对料片进行粗破碎，得到的物料冷却后使用粉碎机进行磨细粉碎，使用180目筛网进行筛分，180目筛网过筛的筛分自然冷却，最后得到粒径均匀的所述高硬度粉末涂料。将底材进行除油(或进行其他前处理如硅烷处理)，在无尘室进行喷涂，之后进入烘道进行烘烤，烘烤的温度为180-210℃，时间为10～20min；待涂层充分固化后自然冷却。对涂层进行硬度测试，最高可以达到铅笔硬度4h(按gb/t63792006)，说明该涂层硬度性能优异。实施例4本实施例提供的一种高硬度粉末涂料，包括以下重量份的组分：首先，按照所述高硬度粉末涂料组分的配方组成精确的称量原材料，在预混罐里经过高速旋转混合均匀(预混时间5-10分钟)，然后把混合均匀的生料匀速放入双螺杆挤出机，在95-105℃条件下熔融挤出，经过冷却辊后压成料片，料片在自然温度下冷却后，使用粉碎机对料片进行粗破碎，得到的物料冷却后使用粉碎机进行磨细粉碎，使用180目筛网进行筛分，180目筛网过筛的筛分自然冷却，最后得到粒径均匀的所述高硬度粉末涂料。将底材进行除油(或进行其他前处理如硅烷处理)，在无尘室进行喷涂，之后进入烘道进行烘烤，烘烤的温度为180-210℃，时间为10～20min；待涂层充分固化后自然冷却。对涂层进行硬度测试，最高可以达到铅笔硬度4h(按gb/t63792006)，说明该涂层硬度性能优异。实施例5本实施例提供的一种高硬度粉末涂料，包括以下重量份的组分：首先，按照所述高硬度粉末涂料组分的配方组成精确的称量原材料，在预混罐里经过高速旋转混合均匀(预混时间5-10分钟)，然后把混合均匀的生料匀速放入双螺杆挤出机，在95-105℃条件下熔融挤出，经过冷却辊后压成料片，料片在自然温度下冷却后，使用粉碎机对料片进行粗破碎，得到的物料冷却后使用粉碎机进行磨细粉碎，使用180目筛网进行筛分，180目筛网过筛的筛分自然冷却，最后得到粒径均匀的所述高硬度粉末涂料。将底材进行除油(或进行其他前处理如硅烷处理)，在无尘室进行喷涂，之后进入烘道进行烘烤，烘烤的温度为180-210℃，时间为10～20min；待涂层充分固化后自然冷却。对涂层进行硬度测试，最高可以达到铅笔硬度4h(按gb/t63792006)，说明该涂层硬度性能优异。实施例6本实施例提供的一种高硬度粉末涂料，包括以下重量份的组分：首先，按照所述高硬度粉末涂料组分的配方组成精确的称量原材料，在预混罐里经过高速旋转混合均匀(预混时间5-10分钟)，然后把混合均匀的生料匀速放入双螺杆挤出机，在95-105℃条件下熔融挤出，经过冷却辊后压成料片，料片在自然温度下冷却后，使用粉碎机对料片进行粗破碎，得到的物料冷却后使用粉碎机进行磨细粉碎，使用180目筛网进行筛分，180目筛网过筛的筛分自然冷却，最后得到粒径均匀的所述高硬度粉末涂料。将底材进行除油(或进行其他前处理如硅烷处理)，在无尘室进行喷涂，之后进入烘道进行烘烤，烘烤的温度为180-210℃，时间为10～20min；待涂层充分固化后自然冷却。对涂层进行硬度测试，最高可以达到铅笔硬度4h(按gb/t63792006)，说明该涂层硬度性能优异。实施例7本实施例提供的一种高硬度粉末涂料，包括以下重量份的组分：首先，按照所述高硬度粉末涂料组分的配方组成精确的称量原材料，在预混罐里经过高速旋转混合均匀(预混时间5-10分钟)，然后把混合均匀的生料匀速放入双螺杆挤出机，在95-105℃条件下熔融挤出，经过冷却辊后压成料片，料片在自然温度下冷却后，使用粉碎机对料片进行粗破碎，得到的物料冷却后使用粉碎机进行磨细粉碎，使用180目筛网进行筛分，180目筛网过筛的筛分自然冷却，最后得到粒径均匀的所述高硬度粉末涂料。将底材进行除油(或进行其他前处理如硅烷处理)，在无尘室进行喷涂，之后进入烘道进行烘烤，烘烤的温度为180-210℃，时间为10～20min；待涂层充分固化后自然冷却。对涂层进行硬度测试，最高可以达到铅笔硬度4h(按gb/t63792006)，说明该涂层硬度性能优异。实施例8本实施例提供的一种高硬度粉末涂料，包括以下重量份的组分：首先，按照所述高硬度粉末涂料组分的配方组成精确的称量原材料，在预混罐里经过高速旋转混合均匀(预混时间5-10分钟)，然后把混合均匀的生料匀速放入双螺杆挤出机，在95-105℃条件下熔融挤出，经过冷却辊后压成料片，料片在自然温度下冷却后，使用粉碎机对料片进行粗破碎，得到的物料冷却后使用粉碎机进行磨细粉碎，使用180目筛网进行筛分，180目筛网过筛的筛分自然冷却，最后得到粒径均匀的所述高硬度粉末涂料。将底材进行除油(或进行其他前处理如硅烷处理)，在无尘室进行喷涂，之后进入烘道进行烘烤，烘烤的温度为180-210℃，时间为10～20min；待涂层充分固化后自然冷却。对涂层进行硬度测试，最高可以达到铅笔硬度4h(按gb/t63792006)，说明该涂层硬度性能优异。以上所有实施例中，涂层所能达到的指标如下表所示：备注：耐磨性能测试条件为，耐磨仪负重：500g/wheel对比例1一种粉末涂料，包括以下重量份的组分：本对比例1使用了93：7的聚酯，没有使用固化比例高的92:8的聚酯树脂，没有使用高官能团的环氧树脂和异氰酸酯二聚体，也没有加入聚四氟乙烯蜡，只加入了增硬填料，结果是涂层不能达到4h铅笔硬度，耐磨性能也较差。本对比例1的粉末涂料性能测试结果如下：对比例2一种粉末涂料，包括以下重量份的组分：本对比例2使用了94：6的聚酯，没有使用固化比例高的聚酯树脂，没有使用高官能团的环氧树脂和异氰酸酯二聚体，只加入了增硬填料和聚四氟乙烯蜡，涂层最表面只能达到2h，不能达到4h铅笔硬度，耐磨性能也不理想。本对比例2的粉末涂料性能测试结果如下：对比例3一种粉末涂料，包括以下重量份的组分：组分具体型号重量份聚氨酯树脂uralacp158024.5聚酯树脂reafree170915异氰酸脂二聚体b153029.5助剂588+701+安息香2.3炭黑/钛白及其它色料hb21855.5硫酸钡填料w4433.2本对比例3使用了高交联密度的聚氨酯树脂体系，但是该配方价格比本发明专利所使用配方高了一倍以上，并且由于该配方体系的交联密度过高，导致该体系的冲击性能和弯曲性能收到很大的影响。本对比例3的粉末涂料性能测试结果如下：本发明所述的高硬度粉末涂料与普通常规粉末的相容性也好，不会对常规粉末造成污染，无须单独生产车间；同时具有很好的耐刮擦效果，避免了因涂层受外力刮擦而导致涂层的性能不良问题的发生。本发明所述的高硬度粉末涂料与聚氨酯或丙烯酸体系相比，其冲击性能具有明显优势，可以达到50kg·cm的冲击强度；且其弯曲性能具有明显优势，可以达到2mm弯曲基本无裂纹；本发明所述的高硬度粉末涂料，可在现有户外粉末产品喷涂工艺基础上进行，不改变现有喷涂工艺。显然，本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定，对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动，本发明所例举的实施例无法对所有的实施方式予以穷尽，凡是属于本发明的技术方案所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围之列。在本发明中提及的所有文献都在本申请中引用作为参考，就如同一篇文献被单独引用为参考那样。当前第1页12