一种工程机械两涂一烤粉末涂料及其制备方法和应用

技术领域

本发明涉及涂料组合物领域，尤其涉及抗腐蚀涂料技术领域，具体为一种工程机械两涂一烤粉末涂料及其制备方法和应用。

背景技术

工程机械是备制造业的重要组成部分。在国防建设、交通建设、工业建设和生产、矿山等工业建设和生产、水利建设、建筑、城市建设、环境保护等事关国民生的重大领域建设中，发挥了不可替代的作用。

粉末涂料是一种无挥发性有机溶剂产生的绿色涂料，具有与一般涂料完全不同的形态，是以微细粉末的状态存在的，由于它具有省资源、无溶剂、低污染、高效率、一次涂装成型，应用领域广泛等特点。

工程机械作为野外施工作业设备，因其长期处于恶劣施工环境中，其工程作业强度高、承受环境恶劣，要求具有极高的防腐性和装饰性，这就对其涂装的涂料要求非常高，传统的溶剂型涂料,如油漆，油漆在施工时有成熟的两涂一烤工艺，但是油漆属于易燃易爆品，使用过程中溶剂挥发，污染环境，同时也会对施工人员的身体健康造成损害。因此工程机械逐渐摒弃了传统的溶剂型涂料，采用涂装效果好、瑕疵小、污染小、毒性弱、性能优的粉末涂料。普通单涂涂料粉末很难在兼顾耐候要求的同时要求防腐性能，所以工程机械粉末一般采用双涂层涂料方案。

传统涂装为两涂两烤，常用的组合方案有：富锌底层粉末涂料+聚酯面层粉末涂料；环氧底层粉末涂料+聚酯面层粉末涂料。该工艺能很好的包覆工件的锋利边角，提高边角覆盖率，从而提高防腐性能和耐候性能。但是这种传统涂装工艺较为复杂，能耗高，生产效率低。

因此，有必要针对现有技术中的粉末涂料进行改进，以解决上述问题。

发明内容

本发明克服了现有技术的不足，提供一种工程机械两涂一烤粉末涂料及其制备方法和涂层应用。

为达到上述目的，本发明采用的技术方案为：一种工程机械两涂一烤粉末涂料，包括：底层粉末涂料和面层粉末涂料，所述底层粉末涂料和所述面层粉末涂料的质量比为40-60:20-40；

所述底层粉末涂料包括如下质量份的制备原料：环氧树脂30-40份、聚酯树脂30-40份、固化剂4-6份、流平剂1-5份、填料15-25份、颜料10-20份；

所述面层粉末涂料包括如下质量份的制备原料：聚氨酯树脂40-50份、改性聚丙烯树脂20-30份、固化剂4-6份、交联剂1-5份、填料15-25份、颜料10-20份；

所述改性聚丙烯树脂的制备方法包括以下步骤：

S1、准备质量比为1:0.05-0.2的聚丙烯树脂和多元羟酸，将聚丙烯树脂添加至反应釜内，溶解在溶剂中；

S2、将多元羟酸加入到溶解的聚丙烯树脂中，搅拌均匀，完成加热反应，用水洗涤并干燥后，得到改性聚丙烯树脂。

本发明一个较佳实施例中，所述聚氨酯树脂的平均分子量为4000-5000，改性聚丙烯树脂的平均分子量为300000-450000。

本发明一个较佳实施例中，所述固化剂为异氰尿酸三缩水甘油酯或β-羟烷基酰胺中的一种；所述流平剂为PV88流平剂；所述交联剂为四甲氧基甲基甘脲；所述填料为碳酸钙、硫酸钡或玻璃微珠中的一种；所述颜料为群青或氧化铁中的一种。

本发明一个较佳实施例中，在所述S1中，所述溶剂为丙酮、甲醇或乙醇中的一种。

本发明一个较佳实施例中，在所述S2中，所述加热反应的处理温度为80-100℃，处理时间为1-3h；所述干燥的温度为50-70℃，干燥1-2h。

本发明提供一种工程机械两涂一烤粉末涂料的制备方法，包括以下步骤：

S1、将环氧树脂和固化剂加入混合器米赛克拉缸中混合，得到混合物A，将混合物A、聚酯树脂、流平剂、填料以及颜料加入混合器米赛克拉缸中混合，得到混合物B；

S2、将混合物B依次经过熔融挤出、压片处理、破碎处理、粉碎处理、过筛分级处理，得到底层粉末涂料；

S3、将聚氨酯树脂、改性聚丙烯树脂、固化剂、交联剂、填料以及颜料加入混合器米赛克拉缸中混合，得到混合物C；

S4、将混合物C依次经过熔融挤出、压片处理、破碎处理、粉碎处理、过筛分级处理，得到面层粉末涂料。

本发明一个较佳实施例中，在所述S1和所述S3中，所述混合的时间为：低速混合2-4min，高速混合5-8min；所述低速混合的转速为110r/min，所述高速混合的转速为320r/min。

本发明一个较佳实施例中，在所述S2和所述S4中，所述熔融挤出的方法为：利用双螺杆挤出机中进行挤压挤出，其中，喂料段温度为80-85℃，挤出头温度为95-100℃，混合物B滞留时间为45-60s；所述压片处理是指：将熔融挤出后的产物，通过压片机进行压片；所述粉碎处理为采用气流涡旋式粉碎机进行分级粉碎，其中，主磨频率为35-45Hz，副磨频率为30-35Hz。

本发明一个较佳实施例中，在所述S2中，所述过筛分级处理为过180-200目筛。在所述S4中，所述过筛分级处理为过230-250目筛。

本发明提供一种工程机械两涂一烤粉末涂料的应用方法，底材预处理、静电喷涂底层粉末涂料、静电喷涂面层粉末涂料、固化处理；

所述底材预处理的方法为：化学处理方法或物理处理方法；

所述化学处理的方法为：磷化处理或硅烷处理中的一种或多种；

所述物理处理的方法为：喷砂、抛丸或打磨中的一种或多种；

所述固化处理的条件为：固化温度180-220℃，处理时间15-30min。

本发明解决了背景技术中存在的缺陷，本发明具备以下有益效果：

(1)本发明提供了一种工程机械两涂一烤粉末涂料及其制备方法和应用，采用聚氨酯树脂和聚丙烯树脂作为面层粉末涂料的基料，通过多元羟酸使其中的羟基官能团与聚丙烯树脂中的不饱和双键发生反应，增加聚丙烯树脂的极性和亲水性，使得聚丙烯树脂与聚氨酯树脂相容性更好，提高结合效果，其中，相较于传统的聚酯树脂作为面层粉末涂料的基料，聚酯树脂的分子量分布较宽，具有较高的熔点和结晶度，从而影响了其流动性，聚丙烯树脂的分子链结构简单，分子量分布较窄，分子链间的作用力较小，进而流动性较好，与聚氨酯树脂结合后，可以降低聚氨酯树脂的熔点和黏度，使其面层粉末涂料与底层粉末涂料结合涂装后，均匀地流动并覆盖底层粉末涂料，避免出现涂层不均匀或流挂等问题，以形成良好的涂层附着力，增强了涂层的稳定性和耐磨性，并助于增加涂层对基材的保护能力，提高涂层的抗冲击和耐腐蚀性能。

(2)本发明中通过采用两涂一烤的涂装工艺，通过特殊的带电方式，解决法拉第静电屏蔽，使底层粉末涂料不上浮，面层粉末涂料将底层粉末涂料完全盖住，使其在优异的表面外观下还兼具卓越的边角覆盖和防腐性能，底层粉末涂料喷涂后可直接喷涂面层粉末涂料，省去了底层粉末涂料和面层粉末涂料之间的烘干工艺，提高了生产效率，降低了能耗和成本，同时也能够保证涂层的质量和性能。

(3)本发明中通过控制聚氨酯树脂和聚丙烯树脂的分子量，以及控制面层粉末涂料的粒径，使得其表面积相对增大，与底层粉末涂料的接触面积也相对增大，能更好地覆盖底层粉末涂料，提供更好的遮盖效果，并通过控制聚氨酯树脂和聚丙烯树脂的分子量大小，以及面层粉末涂料的粒径大小在合适的范围，避免其表面积过大，使得涂料粘度增大，影响涂料的流动性和涂装效果的状况发生，并防止喷涂不均匀导致涂层的遮盖力、耐候性等性能的下降。

(4)本发明中采用环氧树脂和聚酯树脂作为底层粉末涂料的基料，由于环氧树脂为极性，聚酯树脂为非极性，在直接进行相容时，其中存在一定的互斥，通过先将环氧树脂和固化剂发生交联结合，形成三维网络结构，然后再加入聚酯树脂，可以提高分子之间的相互作用力，使其具有良好的相容性，可以增强涂料的附着力、耐磨性，提高涂料的耐久性和防护效果，且其分子结构中包含着极性基团，可以与酸碱物质发生反应，形成稳定的化学键，从而提高涂料的耐腐蚀性能。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明中记载的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图；

图1是本发明的优选实施例的一种工程机械两涂一烤粉末涂料的制备方法的流程图；

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但是本发明还可以采用其他不同于在此描述的其他方式来实施，因此，本发明的保护范围并不受下面公开的具体实施例的限制。

需要说明的是：本发明中所使用到的原材料、设备和试剂等，均可以通过市场购买或通过现有技术的制备方式得到。

一种工程机械两涂一烤粉末涂料，包括：底层粉末涂料和面层粉末涂料，底层粉末涂料和面层粉末涂料的质量比为40-60:20-40。

底层粉末涂料包括如下质量份的制备原料：环氧树脂30-40份、聚酯树脂30-40份、固化剂4-6份、流平剂1-5份、填料15-25份、颜料10-20份。

面层粉末涂料包括如下质量份的制备原料：聚氨酯树脂40-50份、改性聚丙烯树脂20-30份、固化剂4-6份、交联剂1-5份、填料15-25份、颜料10-20份。

其中，聚氨酯树脂的平均分子量为4000-5000，改性聚丙烯树脂的平均分子量为300000-450000。

其中，固化剂为异氰尿酸三缩水甘油酯或β-羟烷基酰胺中的一种；流平剂为PV88流平剂；交联剂为四甲氧基甲基甘脲；填料为碳酸钙、硫酸钡或玻璃微珠中的一种；颜料为群青或氧化铁中的一种。

改性聚丙烯树脂的制备方法包括以下步骤：

S1、准备质量比为1:0.05-0.2的聚丙烯树脂和多元羟酸，将聚丙烯树脂添加至反应釜内，溶解在溶剂中；

S2、将多元羟酸加入到溶解的聚丙烯树脂中，搅拌均匀，完成加热反应，用水洗涤并干燥后，得到改性聚丙烯树脂。

本发明S1中，溶剂为丙酮、甲醇或乙醇中的一种。

本发明S2中，加热反应的处理温度为80-100℃，处理时间为1-3h；干燥的温度为50-70℃，干燥1-2h。

如图1所示，一种工程机械两涂一烤粉末涂料及其制备方法和应用，包括以下步骤：

S1、将环氧树脂和固化剂加入混合器米赛克拉缸中混合，得到混合物A，将混合物A、聚酯树脂、流平剂、填料以及颜料加入混合器米赛克拉缸中混合，得到混合物B；

S2、将混合物B依次经过熔融挤出、压片处理、破碎处理、粉碎处理、过筛分级处理，得到底层粉末涂料；

S3、将聚氨酯树脂、改性聚丙烯树脂、固化剂、交联剂、填料以及颜料加入混合器米赛克拉缸中混合，得到混合物C；

S4、将混合物C依次经过熔融挤出、压片处理、破碎处理、粉碎处理、过筛分级处理，得到面层粉末涂料。

本发明S1和S3中，混合的时间为：低速混合2-4min，高速混合5-8min；低速混合的转速为110r/min，高速混合的转速为320r/min。

本发明S2和S4中，熔融挤出的方法为：利用双螺杆挤出机中进行挤压挤出，其中，喂料段温度为80-85℃，挤出头温度为95-100℃，混合物B滞留时间为45-60s；压片处理是指：将熔融挤出后的产物，通过压片机进行压片；粉碎处理为采用气流涡旋式粉碎机进行分级粉碎，其中，主磨频率为35-45Hz，副磨频率为30-35Hz。

本发明S2中，过筛分级处理为过180-200目筛。在S4中，过筛分级处理为过230-250目筛。

以下为结合具体实施例对本发明总的实施方案进行详细描述。

实施例1-6的底层粉末涂料原料和面层粉末涂料原料，以及原料配比不同，具体如表1和表2所示，以质量份数计量原料的用料。

表1：底层粉末涂料原料的制备原料和配比

表2：面层粉末涂料原料的制备原料和配比

实施例1和3中使用的改性聚丙烯树脂制备方法为：

S1、准备质量比为1:0.15的聚丙烯树脂和多元羟酸，将聚丙烯树脂添加至反应釜内，溶解在丙酮中；

S2、将多元羟酸加入到溶解的聚丙烯树脂中，搅拌均匀，在95℃的温度下，处理1.5h完成加热反应，用水洗涤后，在50℃的温度下，干燥2h，得到改性聚丙烯树脂。

实施例2、4和5中使用的改性聚丙烯树脂制备方法，与实施例1和3中的改性聚丙烯树脂制备方法基本相同，其区别在于：聚丙烯树脂和多元羟酸的质量比为1:0.2；溶剂为乙醇；加热反应的温度为80℃，处理时间为3h。

实施例6中使用的改性聚丙烯树脂制备方法，与实施例1和3中的改性聚丙烯树脂制备方法基本相同，其区别在于：聚丙烯树脂和多元羟酸的质量比为1:0.05；加热反应的温度为100℃，处理时间为1h。

实施例1

一种工程机械两涂一烤粉末涂料的制备方法，包括以下步骤：

S1、将环氧树脂和异氰尿酸三缩水甘油酯加入混合器米赛克拉缸中，在110r/min的转速下，低速混合3min，在320r/min的转速下，高速混合7min，得到混合物A，将混合物A、聚酯树脂、PV88流平剂、碳酸钙以及氧化铁加入混合器米赛克拉缸中，在110r/min的转速下，低速混合4min，在320r/min的转速下，高速混合8min，得到混合物B；

S2、将混合物B添加至双螺杆挤出机中进行挤压挤出，其中，喂料段温度为80℃，挤出头温度为100℃，混合物B滞留时间为60s，熔融挤出后，通过压片机进行压片，冷却后通过破碎机进行破碎，破碎后采用气流涡旋式粉碎机进行分级粉碎，其中，主磨频率为40Hz，副磨频率为30Hz，粉碎后在筛分机内，过筛分级处理过200目筛，得到底层粉末涂料；

S3、将聚氨酯树脂、改性聚丙烯树脂、异氰尿酸三缩水甘油酯、四甲氧基甲基甘脲、碳酸钙以及氧化铁加入混合器米赛克拉缸中，在110r/min的转速下，低速混合4min，在320r/min的转速下，高速混合8min，得到混合物C；

S4、将混合物C添加至双螺杆挤出机中进行挤压挤出，其中，喂料段温度为85℃，挤出头温度为95℃，混合物B滞留时间为60s，熔融挤出后，通过压片机进行压片，冷却后通过破碎机进行破碎，破碎后采用气流涡旋式粉碎机进行分级粉碎，其中，主磨频率为45Hz，副磨频率为35Hz，粉碎后在筛分机内，过筛分级处理过250目筛，得到面层粉末涂料。

其中，聚氨酯树脂的平均分子量为4500，改性聚丙烯树脂的平均分子量为400000。

实施例2

本实施例与实施例1基本相同，其区别在于：原料和配比不同，如表1和表2所示；在S2的步骤中，过筛分级处理过190目筛；在S4的步骤中，过筛分级处理过240目筛；其中，聚氨酯树脂的平均分子量为4000，改性聚丙烯树脂的平均分子量为350000。

实施例3

本实施例与实施例1基本相同，其区别在于：原料和配比不同，如表1和表2所示。

实施例4

本实施例与实施例1基本相同，其区别在于：原料和配比不同，如表1和表2所示；在S2的步骤中，过筛分级处理过180目筛；在S4的步骤中，过筛分级处理过240目筛；其中，聚氨酯树脂的平均分子量为5000，改性聚丙烯树脂的平均分子量为300000。

实施例5

本实施例与实施例1基本相同，其区别在于：原料和配比不同，如表1和表2所示；在S2的步骤中，过筛分级处理过190目筛；在S4的步骤中，过筛分级处理过230目筛。

实施例6

本实施例与实施例1基本相同，其区别在于：原料和配比不同，如表1和表2所示；其中，聚氨酯树脂的平均分子量为5000，改性聚丙烯树脂的平均分子量为350000。

对比例1：与实施例1中一种新能源耐强酸强碱粉末涂料基本相同，其区别在于：在S3的步骤中，质量份为45份的聚氨酯树脂和30份的改性聚丙烯树脂替换为质量份为60份的聚酯树脂。

对比例2：与实施例1中一种新能源耐强酸强碱粉末涂料基本相同，其区别在于：在S3的步骤中，改性聚丙烯树脂替换为聚丙烯树脂。

对比例3：与实施例1中一种新能源耐强酸强碱粉末涂料基本相同，其区别在于：S1的步骤为：将环氧树脂、异氰尿酸三缩水甘油酯、聚酯树脂、PV88流平剂、碳酸钙以及氧化铁加入混合器米赛克拉缸中，在110r/min的转速下，低速混合4min，在320r/min的转速下，高速混合8min，得到混合物B。

对比例4：与实施例1中一种新能源耐强酸强碱粉末涂料基本相同，其区别在于：在S4的步骤中，过筛分级处理过300目筛；其中，聚氨酯树脂的平均分子量为8000，改性聚丙烯树脂的平均分子量为500000。

实施例1-6和对比例1-4，其应用方法包括以下步骤：

将五金件经打磨和磷化处理后，通过静电喷涂的方式，先将底层粉末涂料喷涂在五金件上，再喷涂面层粉末涂料，底层粉末涂料和面层粉末涂料的质量比为50:30，将喷涂好的五金件放入烘炉中，在200℃的温度下，处理20min，固化完成后，五金件上涂层的厚度为200μm。其中喷粉采用JF500型静电粉末喷涂机，HGP系列回收供粉一体化喷粉室。

需要说明的是，通过采用两涂一烤的涂装工艺，通过特殊的带电方式，解决法拉第静电屏蔽，使底层粉末涂料不上浮，面层粉末涂料将底层粉末涂料完全盖住，使其在优异的表面外观下还兼具卓越的边角覆盖和防腐性能，底层粉末涂料喷涂后可直接喷涂面层粉末涂料，省去了底层粉末涂料和面层粉末涂料之间的烘干工艺，提高了生产效率，降低了能耗和成本，同时也能够保证涂层的质量和性能。

性能检测：将上述实施例1-6和对比例1-4得到的涂层，依次命名为样品1-10，然后依次对样品1-10进行耐冲击性、耐磨性能、流平性、附着力、光泽、耐盐雾性、耐酸性、耐碱性和边角覆盖的性能测试。

耐冲击性测试：参照GB/T 1732-1993《漆膜耐冲击性测定法》，分别在常温和低温状态下，不同的抗冲击性进行检测，平行测试3次取平均值。

耐磨性能测试：参照GB/T 23988-2009《涂料耐磨性测定落砂法》进行检测，平行测试3次取平均值。测试数值越大，表示单位涂膜磨损所需要的落砂越多，表示涂膜的耐磨性越好。

流平性测试：参照GB/T 1750-1979《涂料流平性》进行检测。

附着力测试：参照GB/T 9286-2021《色漆和清漆划格试验》进行检测。

光泽测试：参照GB/T 9754-2007《色漆和清漆不含金属颜料的色漆漆膜的20°、60°和85°镜面光泽的测定》进行60光泽度检测。

耐盐雾性测试：参照GB/T 1771-2007《色漆和清漆－耐中性盐雾性能的测定》进行检测。

耐酸性测试：在浓度为15wt％的氯化氢中，浸泡24小时，测试样本表面涂膜的耐酸变化。

耐碱性测试：在浓度为15wt％的氢氧化钠中，浸泡24小时，测试样本表面涂膜的耐碱变化。

边角覆盖测试：参照GB/T 6554进行检测。

样品1-10的耐冲击性、耐磨性能、流平性、附着力、光泽、耐盐雾性、耐酸性、耐碱性和边角覆盖的性能测试结果见表3。

表3：

由表2和表3可看出：

通过样本1和样本7的比较可得知，采用聚氨酯树脂和聚丙烯树脂作为面层粉末涂料的基料，通过多元羟酸对聚丙烯树脂进行改性，相较于传统的聚酯树脂作为面层粉末涂料的基料，使其面层粉末涂料与底层粉末涂料结合涂装后，均匀地流动并覆盖底层粉末涂料，避免出现涂层不均匀或流挂等问题，以形成良好的涂层附着力，增强了涂层的稳定性和耐磨性，并助于增加涂层对基材的保护能力，提高涂层的抗冲击和耐腐蚀性能。

通过样本1和样本8的比较可得知，通过多元羟酸使其中的羟基官能团与聚丙烯树脂中的不饱和双键发生反应，增加聚丙烯树脂的极性和亲水性，使得聚丙烯树脂与聚氨酯树脂相容性更好，提高结合效果，与聚氨酯树脂结合后，可以降低聚氨酯树脂的熔点和黏度，带来的涂料效果的增加更为显著。

通过样本1和样本9的比较可得知，通过先将环氧树脂和固化剂发生交联结合，形成三维网络结构，然后再加入聚酯树脂，可以提高分子之间的相互作用力，使其具有良好的相容性，可以增强涂料的附着力、耐磨性，提高涂料的耐久性和防护效果，且其分子结构中包含着极性基团，可以与酸碱物质发生反应，形成稳定的化学键，从而提高涂料的耐腐蚀性能。

通过样本1和样本10的比较可得知，通过控制聚氨酯树脂和聚丙烯树脂的分子量，以及控制面层粉末涂料的粒径，使得其表面积相对增大，与底层粉末涂料的接触面积也相对增大，能更好地覆盖底层粉末涂料，提供更好的遮盖效果，然而过小的分子量和粒径，会使得涂料粘度增大，影响涂料的流动性和涂装效果，并出现喷涂不均匀导致涂层的遮盖力、耐候性等性能的下降。

综上，本发明所制备的工程机械两涂一烤粉末涂料，常温抗冲击性达到69.8kg/cm，低温-20℃抗冲击性达到67.5kg/cm，耐磨性能达到了3.62，且具有优异的流平性、附着力、光泽度和边角覆盖效果，同时兼具了很好的耐腐蚀和耐酸碱能力。

以上依据本发明的理想实施例为启示，通过上述的说明内容，相关人员完全可以在不偏离本项发明技术思想的范围内，进行多样的变更以及修改。本项发明的技术性范围并不局限于说明书上的内容，必须要根据权利要求范围来确定技术性范围。