粉末涂料应用十分普及,在许多领域正在逐步替代含溶剂涂料等传统涂料,几十年的发展,粉末涂料技术已很成熟,这里简要介绍基本配方(通用型)设计和部分重点市场的配方设计(实用型)、试验过程等。
一、 粉末涂料基本配方设计要点
1、环氧型粉末涂料
环氧粉末是热固性粉末最早研发和形成市场的粉末品种,一般是基于双酚a型环氧树脂,按照常见的看法。环氧粉末分为功能型和装饰型两类。、
功能型环氧粉末近年来发展迅速,主要应用在防腐(输油输气、管件和阀件、钢筋等)领域、电子(元件等)和电气领域(汇流排和母线等)。功能型环氧粉末的基础树脂除双酚A型环氧树脂,也经常采用改性环氧如酚醛环氧树脂、橡胶弹性体环氧树脂等,具体在后面“功能型环氧粉末”有较具体的叙述。
装饰性环氧粉末目前并不普及,一般应用于特殊效果如水纹(绵绵漆)和裂纹粉末、浴室把手罩光透明粉和铸铁件表面花纹(如缝纫机机头用皱纹)等。
凡是在一定温度(110~200℃)下能与环氧基反应的化合物,都可以作为环氧粉末的固化剂,而事实上适合环氧粉末的固化剂主要品种有胺类(双氰胺、改性或加速双氰胺),酸酐(芳香族酸酐、脂环族酸酐等)酰肼(葵二酸二酰肼、己二酸二酰肼等)、咪唑类(往往作促进剂)和有机酚类固化剂等几类,根据不同的技术要求而选择相应的固化剂,同时要选择合适的固化促进剂配合,满足各种实际需要和固化条件,促进剂也有很多种类,如乙酰丙酮金属盐【M (AA)n】、三苯基膦(TPP)及其鏻盐、芳基异氰酸酯的加成物(取代脲)、2-苯基咪唑啉以及二甲基咪唑等。
2、环氧/聚酯型(混合型)粉末
当前在国内还是生产量最大和使用面最宽的品种。配方设计主要从涂层各项性能要求和售价成本入手。相关技术和配方在前后有关章节中有具体说明。
二、常见配方
实用型主要以耐候性粉末、白色家用电器粉末(以微波炉为例)、基础美术型粉末、户
内外高透明粉末为基本内容,针对功能型粉末再作重点介绍,这是由于功能型粉末(以环氧粉末为主)实际应用领域和市场近来扩展很快,用途和性能不断提高,是目前重要的研发方向之一,同时也是能够取得较好经济效益的重要途径。
(一) 耐候性粉末(以建筑铝型材为例)
建筑型材以优异的耐久性、装饰性和加工成型性,广泛应用于建筑物的各个方面。而铝合金型材又因加工性能佳、质轻等优点,用量占金属型材的80%以上,粉末涂料在铝型材方面的应用得到了迅速增长。目前,铝型材表面处理是阳极氧化、电泳涂装及粉末喷涂三种处理方式,每一种方式都各有优势,就环保方面看,粉末涂料更具优势,同时粉末涂料在色彩、花纹、光泽度等方面可选择性好,得到了各行人士的喜爱。具有代表性的粉末涂料品种有环氧型、聚酯型、丙烯酸型及有机硅树脂型等。作为实际应用,如铝框架、门窗、阳台、走廊、隔墙板等高防腐蚀性铝型材,大多数采用聚酯、丙烯酸粉末涂料;此外,由于环氧树脂粉末涂料具有优异的附着性、防腐蚀性,但耐候性较差,用于户内或者作为底漆。
建筑型材粉末涂料选用的聚酯树脂为饱和型的,按其端基分为端羧基型(—COOH)和端羟基型(—OH)两类。低酸值(20~45mgKOH/g)的聚酯用异氰脲酸三缩水甘油酯(TGIC)、羟基酰胺作固化剂(Primid或HAA),端羟基(—OH)聚酯采用已内酰胺封闭的异佛尔酮二异氰酸酯(IPDI)多元醇预聚物作固化剂,制备耐候性卓越的纯聚酯粉末涂料。
根据粉末涂料耐候要求,国外通常按照佛罗里达天然曝晒测试结果分成三级:
1. 标准型耐候粉末涂料(可以通过佛罗里达曝晒实验标准1~2a)
2. 改进型耐候粉末涂料(可以通过佛罗里达曝晒实验标准2~3a)
3. 超耐候型耐候粉末涂料(可通过佛罗里达曝晒实验标准5a以上)
国内我们一般依据GB/T 1865-1997《色漆和清漆 人工气候老化和人工辐射暴露》 (滤过的氙弧辐射),对相应的粉末涂料作耐候性评估。
设计耐候好的型材粉末涂料,第一步是原辅材料的选择,没有性能可靠的材料,就 无法保证粉末的基本品质。根据国内各地气候条件,这里我们提供比较适合的原料选择,见表11-5。较典型的白色和灰色参考配方见表11-6。
表11-5 铝型材粉末原料选择
型号
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特征简述
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适用范围
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供应商
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聚酯树脂选择
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P5200
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羧基聚酯树脂,酸值约35mgKOH/g
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通用耐候粉末,高光和平光,适于静电喷涂,普通流平,TGIC固化
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昆山 DSM
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P5201
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羧基聚酯树脂,酸值约35mgKOH/g
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通用耐候粉末,高光和平光,适于摩擦带电喷涂,普通流平,TGIC固化
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昆山DSM
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EL6600
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羧基聚酯树脂,酸值约35mgKOH/g
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耐候性稍低,高光和平光,适于静电喷涂,普通流平,TGIC固化
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广州南方树脂
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P855
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羧基聚酯树脂,酸值约35mgKOH/g
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通用耐候粉末,静电摩擦都适用,多用于砂纹和皱纹粉,用烷基酰胺固化
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昆山DSM
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P9335
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羧基聚酯树脂,酸值约35mgKOH/g
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与P5200接近,价格有优势,TGIC固化
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杭州中法
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P3005
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羧基聚酯树脂,酸值约35mgKOH/g
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透明粉专用,适于静电喷涂,TGIC固化,流平稍差
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昆山DSM
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CE3099
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羧基聚酯树脂,酸值约27mgKOH/g
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耐候性稍低,静电摩擦都适用,多用于砂纹和皱纹粉,用烷基酰胺固化
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浙江天松
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固化剂选择
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PT710
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白色颗粒,EEW约110,熔点约92℃
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低酸值聚酯树脂固化剂,用于耐候性好的粉末,流平性中
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瑞士汎达
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PT810
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白色颗料,EEW约108,熔点约96℃
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低酸值聚酯树脂固化剂,用于耐候性好的粉末,流平性好
|
瑞士汎达
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TGIC
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白色粉状,EEW约110,溶点约93℃
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低酸值聚酯树脂固化剂,耐候性同PT710,流平性中
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常州牛塘
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XL552
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白色粉状,羟值约84mgKOH/g,溶点约122℃
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低酸值聚酯树脂固化剂,耐候性同PT710,多用于砂纹和皱纹
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美国罗门哈斯
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T105M
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白色粉状,羟值约84mgKOH/g,溶点约122℃
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低酸值聚酯树脂固化剂,耐候性同国产TGIC,多用于砂纹和皱纹
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宁波南海化学
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AG500
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GMA型丙烯酸树脂,EEW约530
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羧基聚酯消光固化剂,可得30。以下的任何光泽
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广州南方树脂
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B1530
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灰白色固体
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羟基聚酯固化剂,流平好,耐候性高
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德国赫斯
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主要助剂选择
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BENZOIN
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安息香(苯偶因),粉末脱气剂
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用于平光类粉末,消除涂料固化过程中的气泡
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宁波南海化学或韩国美源
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PV88
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丙烯酸酯类流动助剂,为均聚物
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用于平光类粉末,消除涂料固化过程中的流平缺陷如缩孔和麻点等
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德国获利化学
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PC-100
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丙烯酸酯类流动助剂,为共聚物
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用于平光类粉末,消除涂料固化过程中的流平缺陷如缩孔和麻点等
|
广州南方树脂
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9615A
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酰胺改性的聚乙烯蜡
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提高涂层抗划伤性和粉末音的滑爽性
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德国科莱恩
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PE520
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低分子量聚乙烯
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提高涂层抗划伤性和粉末音的滑爽性
|
德国科莱恩
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TEX61
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聚四氟乙烯蜡,白色粉状
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加入配方中得到砂纹
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美国三叶
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TF1830
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聚四氟乙烯蜡,白色粉状
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加入配方中得到砂纹
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德国路博润
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CAB-551-0.2
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醋丁纤维素,白色粉状,熔点140℃
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加入配方中得到锤纹
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美国伊士曼
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BP-881
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钠基有机硼润土,浅黄色粉末
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起砂助剂,一般加入量为0.5%~3%
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浙江华特
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R-972
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气相二氧化硅,白色微细粉末
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提高粉末的流动性和带电性
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德国德固萨
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Oxide C
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气相三氧化二铝,白色微细粉末
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提高粉末的流动性和摩擦带电性
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德国德固萨
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DT3329
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改性低分子量蜡消光剂
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降低粉末涂层的光泽
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瑞士汎达
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Tinuvin 144
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紫外线吸收剂
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适于透明粉末涂料,提高涂料的抗老化性能
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瑞士汎达
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Castor Oil
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氢化蓖麻油
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调整粉末的流动性和改善粉末的边缘包覆力
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国产
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钛白粉
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CR-828
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金红石型钛白粉,含量93%
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白色颜料,优良的耐候性
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美国科美基
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R-706
|
金红石型钛白粉,含量94%
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白色颜料,优良的耐候性
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美国杜邦
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ZR-940+
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金红石型钛白粉,含量94%
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白色颜料,优良的耐候性,分散性好
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镇江太白
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填料
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TL-2500
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多孔粉石英,粒径偏细
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降低成本,提高粉末的硬度、吸附。有一定的消光作用
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上海维特锐实业
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TL-1250
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多孔粉石英,粒径中等偏细
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降低成本,提高粉末的硬度,增加粉末涂料物理力学性能
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上海维特锐实业
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TL-400
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多孔粉石英,400目
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填充料,降低成本,代替硫酸钡达到环保要求
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上海维特锐实业
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颜料
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330R
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炭黑,蓝相
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黑色颜料
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美国卡博特
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MA-100
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炭黑,红相
|
黑色颜料
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日本三菱
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4920
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氧化铁黄
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黄色颜料,较灰暗
|
德国拜尔
|
3110
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氧化铁红
|
红色颜料,较灰暗
|
德国拜尔
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5019
|
柠檬铬黄
|
黄色颜料,较鲜艳
|
加拿大DCC
|
5034
|
中铬黄
|
黄色颜料,较鲜艳
|
加拿大DCC
|
103
|
中铬黄
|
黄色颜料,较鲜艳
|
上海
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502
|
柠檬铬黄
|
黄色颜料,较鲜艳
|
上海
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Cr2O3
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三氧化二铬
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氧化铬绿,较鲜艳
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上海凯丽
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GMX-15-SQ
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CI 黄34
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康纳铬黄
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瑞士汽巴
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GLH-74-SQ
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CI 红34
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康纳钼铬红
|
瑞士汽巴
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3230S
|
钼铬红
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红色颜料,较鲜艳,耐光性好
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德国巴斯夫
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635T
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氧化铁棕
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棕色颜料,较灰暗
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德国拜尔
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Violet B
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永固紫
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紫色颜料
|
瑞士汽巴
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GNX
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酞菁绿
|
绿色颜料
|
德国科莱恩
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Orange G
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有机橙
|
橙色颜料
|
德国赫司特
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Yellow 10G
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有机黄
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黄色颜料
|
德国赫司特
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SG-721
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酞菁绿
|
绿色颜料
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日本油墨
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L7072D
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酞菁蓝
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蓝色颜料
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德国巴斯夫
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表11-6 较典型的白色和灰色参考配方(高光型)
组份
|
质量份
|
组份
|
质量份
|
|
P9335
|
300
|
P5200
|
610
|
|
PT710
|
22.5
|
PT710
|
46
|
|
PV88
|
3.9
|
PV88
|
8
|
|
Benzoin
|
2.6
|
Benzoin
|
5
|
|
9615A
|
0.7
|
BaSO4,10HB
|
72
|
|
CR 828
|
165
|
9615A
|
3
|
|
BaSO4,5HB
|
28.6
|
CR 828
|
220
|
|
4920
|
5
|
GNX GREEN
|
0.4
|
|
--
|
--
|
103
|
1.5
|
|
--
|
--
|
黄45-SQ
|
1
|
|
合计
|
528.3
|
合计
|
966.9
|
依照上述配方经标准工艺生产和严格检验,粉末具有性能如下:
1. 具有十分优异的柔韧性,防腐蚀性;
2. 卓越的户外耐候性(抗紫外光降解),十分优良的装饰性和经济效益;
3. 该产品与铝材及镀锌底层有良好的附着力,无需底漆;
4. 涂膜的物理机械性能和耐化学药品性能好。
详细性能指标如下:
外观(目测) 色泽均匀疏松
密℃ 1.2~1.6g/cm3
粉末细℃(180目筛余物) <0.5%
储存稳定性(35℃以下) 12个月
试验项目 Qualicoat 指标
涂膜厚℃ 60~80um
60。光泽度 >85%(高光)
抗冲击性能 490N·cm
弯曲性能 3mm
杯突试验 ≥7mm
附着力(划格法) 0级
压痕硬度 ≥80
耐盐雾试验(1000h) 在10cm划痕中有小于16mm2腐蚀
耐候试验 1年,朝南倾角5。清洗样品测试保光率≥50%
人工加速老化试验(1000h) 失光率≤50%(依据GB/T 1865-1997)
其涂装方法:采用认可的涂装机械,按照产品说明和技术说明在正常条件下进行施工,该产品可形成平整有光或无光的涂层,完全符合甚至超过Qualicoat标准的技术指标。
推荐固化条件:190℃/20min,200℃/15min.。