作為一種主要耐候性粉末涂料的產(chǎn)品，聚氨酯粉末涂料具有常規(guī)通用粉末涂料的通性之外，還具有以下特點優(yōu)勢：在擠出過程中不會有反應(yīng)發(fā)生;粉末涂料熔融流平時熔融粘度低，涂膜流平性好。在一般固化溫度(140～200℃)下具有較低的熔融黏度，以便獲得良好的潤濕性和流平性;特別是封閉劑解封之前不起化學反應(yīng)，使涂料具有足夠的流平時間，容易得到平整的光滑涂膜。樹脂不含有相對分子質(zhì)量太高的聚合物，使得樹脂的軟化點和熔融溫度接近，從而使固化時的反應(yīng)速率相匹配;有良好的力學性能和耐磨性;有良好的物理儲存穩(wěn)定性;有良好的耐化學腐蝕性;涂料成膜后的物理機械性能和耐化學藥品性能優(yōu)良;耐候性優(yōu)異，適于戶內(nèi)防腐使用，脂肪族聚氨酯耐候性好，適于室外高裝飾使用。對被涂物附著力好，一般不需要涂底漆;涂料配制范圍比純聚氨酯粉末寬;涂料的施工性好，主要以靜電粉末噴涂法施工。正是由于聚氨酯粉末涂料兼具優(yōu)異的裝飾性和耐候性，因此在家用電器、電氣設(shè)備、空調(diào)設(shè)備、道路柵欄、鋁型材、裝飾材料及汽車零件等方面得到廣泛應(yīng)用。目前這類粉末涂料統(tǒng)治著美國和日本的粉末市場，其產(chǎn)量已超過混合型粉末涂料。聚氨酯粉末涂料除具有常規(guī)粉末涂料的特性之外，還具有優(yōu)良的物理機械性能和防腐蝕性能，涂膜具有光亮豐滿、耐磨、耐劃傷、耐溶劑等特點，其流平性和附著性也很好。如果采用脂肪族二異氰酸酯(HDI、IPDI)制備聚酯粉末涂料，還具有極好的耐候性，保色保光性和高裝飾性。聚氨酯粉末涂料由于其優(yōu)異的性能和可實現(xiàn)較低溫度固化，近年來研究及應(yīng)用非?；钴S，可以預(yù)計聚氨酯粉末涂料將在高裝飾性要求的領(lǐng)域得到廣泛的應(yīng)用，包括汽車、機械、儀器儀表及建筑業(yè)。
3·聚氨酯粉末涂料的品種開發(fā)及制備
聚氨酯涂料中并不一定要有聚氨酯樹脂存在，聚氨酯粉末涂料就是由羥基樹脂和封閉型多異氰酸酯為原料制成的，二異氰酸酯在常溫下大部分是具有揮發(fā)性的有毒液體，與羥基聚酯樹脂有很高的反應(yīng)活性。為降低其揮發(fā)性及毒性，并制造成固體以便于使用，人們通常用二元醇或三元醇與之反應(yīng)。聚氨酯涂料中存在的大量氨酯鍵能形成大分子間的氫鍵，氨酯鍵不易與酸、堿、油反應(yīng)，氫鍵可以緩解外力作用，所以聚氨酯涂層的化學穩(wěn)定性好，機械性能優(yōu)異。涂層未達到解封閉溫度前因沒有交聯(lián)反應(yīng)發(fā)生，所以熔融黏度不會增加，涂層有足夠的流平時間實現(xiàn)良好的涂層外觀。另外解封閉前不發(fā)生反應(yīng)，就大大減少了擠出加工過程中膠化的可能性，使生產(chǎn)工藝容易控制。
聚氨酯粉末涂料的性能基本是由基料決定的，作為聚氨酯涂料基料的含羥基聚酯主要有PG333羥基聚酯樹脂等。有人將基料與固化劑配合，加入流平劑、安息香、鈦白粉、助劑按配方制備聚氨酯粉末涂料。封閉型聚氨酯體系又可分為封閉多異氰酸酯及封閉預(yù)聚物。其原理是利用某些化合物與多異氰酸酯反應(yīng)生成的氨酯鍵在加工溫度下是穩(wěn)定的，足以保證不會與含活性氫的化合物發(fā)生反應(yīng)。但這種氨酯鍵的熱穩(wěn)定性是有限的，當溫度高于130℃時，解封閉釋放出—NCO基團，迅速與化合物中的活性氫反應(yīng)生成熱穩(wěn)定性高的聚氨酯鍵。這種只能形成有限熱穩(wěn)定性的含活性氫的物質(zhì)，通常叫作封閉劑。
常用的多異氰酸酯是異佛爾酮二異氰酸酯，其他脂肪族、芳香族二異氰酸酯也能采用。為了獲得耐候性好、耐熱性高的產(chǎn)品，可將甲苯二異氰酸酯先進行三聚反應(yīng)，然后再封閉，最好是先封閉后三聚，以便保證固化時釋放出反應(yīng)活性比較高的對位—NCO基團。三聚后形成的叔氮原子被三聚異氰酸環(huán)所穩(wěn)定，受紫外光作用不會分解，即使在仲氮原子處分解生成芳香胺，由于叔氮原子的阻止也不會氧化重排生成醌式助色團，因此具有較好的耐候性。
為了調(diào)節(jié)產(chǎn)品的性能，也可采用普通方法將二異氰酸酯與多元醇首先制成預(yù)聚物，然后再進行封閉反應(yīng)。能與封閉型聚氨酯進行交聯(lián)反應(yīng)的固化劑，通常是帶羥基的各種高分子化合物，如聚酯樹脂、環(huán)氧樹脂、丙烯酸樹脂、聚乙烯醇及其衍生物。
聚氨酯粉末涂料體系在固化過程中揮發(fā)出的封閉劑對大氣造成了嚴重的污染，并且易引起涂膜的外觀變差。因此，人們開發(fā)出帶有其他官能基的聚氨酯粉末涂料體系。這類聚氨酯樹脂可以在很廣的范圍內(nèi)選擇原料，并根據(jù)用途進行分子設(shè)計，制造出綜合性能優(yōu)良的聚氨酯粉末涂料。德國一家公司開發(fā)了一種可以采用含游離異氰酸基團的聚氨酯，制備靜電噴塑用聚氨酯粉末涂料。
其固化機理是環(huán)氧基只有在固化所需要的高溫時，才能受某些堿性物質(zhì)催化而開環(huán)，隨即與異氰酸基團直接反應(yīng)生成二口惡唑烷酮環(huán)。由該體系所制得的涂層流平性好，外觀平整光滑、耐高溫、各項機械性能突出，戶外耐候性好，其性能之優(yōu)良是別的體系無法相比的。無論是封閉多異氰酸酯還是聚氨酯樹脂，均能采用傳統(tǒng)的溶液聚合法。
聚合后可采用減壓蒸餾、薄膜蒸發(fā)器及噴霧干燥器回收溶劑。溶液聚合法制得的樹脂，無論采用何種方式回收溶劑，都要耗用較大能量。因此也廣泛采用非水分散體系進行加聚反應(yīng)。在非水分散體系中，采用對聚氨酯樹脂溶解能力差的溶劑作聚合介質(zhì)，聚合時借助表面活性劑及強烈的機械攪拌使反應(yīng)體系乳化。反應(yīng)完成后，漿狀的細分散粒子在室溫下靜置，很快就會沉降。
反應(yīng)產(chǎn)物經(jīng)過濾、洗滌、低溫烘烤便制得平均粒徑為30μm的聚氨酯粉末，經(jīng)過濾分離的溶劑可直接回收使用。上述方法均需使用有機溶劑，雖然溶劑能夠回收使用，但在生產(chǎn)和貯存過程中，仍存在有機溶劑對環(huán)境的污染，并可能引起火災(zāi)。為此，人們致力于研究熔融聚合法，由于聚合物熔體的黏度比較高，除封閉多異氰酸酯這類低分子化合物外，許多支化的聚氨酯樹脂均難以采用釜式法生產(chǎn)。于是許多國家開始研制螺旋反應(yīng)器，可用于生產(chǎn)聚氨酯、聚酯、聚醚及有機硅等樹脂。
聚氨酯粉末涂料制備方法與其他噴塑材料的制備方法相似，首先用聚氨酯樹脂、交聯(lián)劑、顏填料和助劑進行預(yù)混合，然后經(jīng)擠出、粉碎、篩分，最后包裝成產(chǎn)品。預(yù)混合的均勻程度對產(chǎn)品質(zhì)量有很大的影響。有許多混合設(shè)備可供選用，其中高速混合機因其混合效果好、效率高而被廣泛應(yīng)用。熔融擠出是制備聚氨酯粉末涂料的關(guān)鍵工序。經(jīng)預(yù)混合的物料在擠出加工時，借助于外熱和螺桿旋轉(zhuǎn)時產(chǎn)生的剪切力，使樹脂熔融并充分潤濕分散顏填料。篩分的目的是除去不同規(guī)格的級分及雜質(zhì)，對于單機批量生產(chǎn)，通常采用各種機械篩。
4·聚氨酯涂料發(fā)展趨勢
聚氨酯涂料的發(fā)展趨勢為開發(fā)高性能、低能耗和無污染的聚氨酯涂料，即開發(fā)高固體含量、水性和無溶劑聚氨酯涂料。我國聚氨酯涂料發(fā)展趨勢如下：進一步完善TDI固化劑的多樣化和系列化，開發(fā)MDI系列涂料產(chǎn)品。MDI的蒸汽壓比TDI低，其涂料產(chǎn)品的毒性較小，硬度大，國內(nèi)MDI主要用作硬質(zhì)泡沫，MDI用作室內(nèi)涂料的性能優(yōu)勢要大于TDI，主要用于高硬度的水晶地板漆，重防腐涂料等。盡快研發(fā)脂肪族異氰酸酯固化劑，發(fā)展HDI縮二脲、HDI三聚體、IPDI加成物和三聚體等固化劑產(chǎn)品，以填補國內(nèi)空白，推動我國聚氨酯涂料的發(fā)展。降低游離異氰酸酯單體含量，增加固化劑與羥基樹脂的相容性。國外聚氨酯固化劑產(chǎn)品的游離單體含量大都在0.5%左右。為使產(chǎn)品的相對分子質(zhì)量分布均勻，以降低粘度，增強與其他組分的混容性，有的采取不完全反應(yīng)法，即當反應(yīng)進行到60%以上，就終止反應(yīng)，然后采用薄膜蒸發(fā)器后處理除去殘留的單體。相比較而言，我國由于技術(shù)手段落后、工藝設(shè)備缺乏，目前尚無規(guī)模較大的去除游離單體的專用設(shè)備，降低殘留單體含量主要靠改變配方和增加反應(yīng)程度來實現(xiàn);這些措施直接導致產(chǎn)品的生產(chǎn)工藝不穩(wěn)定、粘度過大，和其他組分的混容性差，色澤深，殘留單體依然高居不下。必須加大薄膜蒸發(fā)器的開發(fā)與設(shè)計，降低固化劑體系中游離單體含量，解決固化劑生產(chǎn)過程中的關(guān)鍵技術(shù)，華南理工大學正在進行這方面的工作。
開發(fā)高性能、低毒、低污染的聚氨酯涂料。研制開發(fā)水性聚氨酯涂料，豐富和完善水性聚氨酯涂料品種，提高性能將是一個極富挑戰(zhàn)的課題;開發(fā)聚氨酯粉末涂料，使封閉的IPDI固化劑國產(chǎn)化，降低粉末聚氨酯涂料的固化溫度，開發(fā)HMDI、IMIC等新型粉末聚氨酯涂料固化劑，同時研制生產(chǎn)配套的羥基聚酯和羥基丙烯樹脂，改善聚氨酯粉末涂料的外觀，進一步研究其固化機理;利用新型多異氰酸酯單體，研究開發(fā)高固體分、無溶劑及非水分散體等聚氨酯涂料新品種。發(fā)展和完善聚氨酯專用涂料品種，擴大聚氨酯涂料的應(yīng)用領(lǐng)域。