具有交聯性能的聚醚酮酮靜電噴塗粉末塗料的製備方法與流程
2023-05-22 15:40:43 2
本發明屬於聚合物粉體加工技術領域，具體涉及一種具有交聯性能的聚醚酮酮靜電噴塗粉末塗料的製備方法。
背景技術：
聚醚酮酮(PEKK)樹脂是一種半結晶型熱塑性特種工程塑料，是繼聚醚醚酮(PEEK)之後開發的又一特殊結構型熱塑性樹脂，具備出色的耐高溫性能、機械性能、耐腐蝕性能和摩擦學性能等，同時由於其獨特的化學結構可與金屬形成高附著力塗層，相較於聚四氟乙烯(PTFE)塗層和聚苯硫醚(PPS)塗層具有更好的耐熱溫度、耐衝擊和耐刮擦性能，將其塗覆在金屬表面可以獲得性能優異應用廣泛的PEKK塗層製品。
靜電粉末噴塗技術是塗裝行業最環保的塗裝技術之一，噴塗的對象是由純固體成分組成的粉末塗料，不含有任何揮發性有機溶劑，從根本上杜絕了有機揮發物汙染，靜電噴塗過程中還不會產生廢棄物汙染。粉末形狀和粒徑對靜電噴塗效率和塗層厚度影響很大，粉末粒子呈球狀得到的噴塗效率最為理想。如果粉末粒徑太小不利於靜電噴塗操作，會導致塗層過薄；而粉末粒徑太大會導致粉末之間存在空隙，固化時產生缺陷，還會有堵塞噴槍的可能。
將粉末塗料均勻緻密地塗敷在金屬表面上，其屏蔽作用可有效地阻止腐蝕介質與金屬表面的直接接觸，進而減慢腐蝕的發生。雖然粉末塗料存在一定的屏蔽作用，但是在高溫高壓條件下，強腐蝕性介質的滲透性極強，隨著時間延長，仍會有少量介質穿過塗層，從而對金屬產生腐蝕，腐蝕產物體積逐漸膨脹，最後塗層起泡脫落，失去防腐性能。對於高溫、高真空、高腐蝕極端環境，現有防腐塗層難以滿足要求，PEKK具有比PEEK含量更高的酮基，酮基比例提升增加了主鏈的剛性，其玻璃化轉變溫度Tg和熔點Tm較PEEK有不同程度的提高，同時碳氧雙鍵的存在增加了其與金屬(碳鋼、不鏽鋼、鋁合金)結合的活性位點。然而PEKK與PEEK相比，結晶度較低，且結晶速度慢，從而導致其耐化學腐蝕性弱於PEEK，通過改性可進一步提升其與金屬的結合力，同時提高其抵禦化學腐蝕的能力，獲得更佳的尺寸穩定性。
技術實現要素：
本發明的目的是提供一種工藝簡單的具有交聯性能的聚醚酮酮靜電噴塗粉末塗料的製備方法，製備的粉末塗料的粒徑分布集中、顆粒形貌近似球形，噴塗得到的聚醚酮酮塗層的耐化學腐蝕性和尺寸穩定性得到有效提升，聚醚酮酮塗層與基體的結合力強。
本發明所述的具有交聯性能的聚醚酮酮靜電噴塗粉末塗料的製備方法是：先將聚合完成後的聚醚酮酮經機械粉碎、洗滌、乾燥後得到聚醚酮酮粗粉，經穩定處理後，與改性劑混合均勻得到改性粗粉，再將改性粗粉經氣流粉碎，得到聚醚酮酮細粉，最後經篩分得到聚醚酮酮靜電噴塗粉末塗料。
其中，所述改性劑為氧雜蒽、佔噸醇、9-苯基氧雜蒽或雙[4-(9-佔噸氫基)苯基]醚中的一種或幾種。在靜電噴塗過程中，上述物質在高溫空氣中加熱可產生苯環自由基使聚醚酮酮聚合物發生交聯，交聯過程的溫度大約200℃至400℃，優選約250℃至350℃，交聯的發生可顯著提升聚醚酮酮塗層與金屬的結合力，同時提升其耐化學腐蝕性及高溫下的尺寸穩定性。通過將聚醚酮酮塗層從金屬基材強制剝離的界面可以判斷其結合力，而聚醚酮酮塗層交聯程度可通過觀察其在100℃濃硫酸1小時是否溶解來判斷。
所述的穩定處理是將聚醚酮酮粗粉在180～260℃真空下保持1～4小時。經穩定處理後，呈多孔狀聚醚酮酮收縮，空隙率降低，可去除導致高溫固化產生缺陷的不穩定小分子，同時，結晶度進一步提升，有利於粉碎效率提升及後序靜電噴塗成膜。
所述的機械粉碎過程採用管線式高剪切乳化機。
所述的聚醚酮酮中對苯二甲醯基與間苯二甲醯基的比例為50:50～60:40。
所述的聚醚酮酮粗粉的粒徑範圍為0.1～3mm，聚醚酮酮粗粉的特性粘度為0.5～0.7dl/g。
所述的改性劑用量為聚醚酮酮粗粉質量的0.5～1％。
所述的聚醚酮酮靜電噴塗粉末塗料的粒徑為100～300目。
本發明的有益效果如下：
本發明以聚醚酮酮聚合物為起始原料，先後經過高剪切乳化機和氣流粉碎機兩級粉碎系統製得聚醚酮酮細粉。在進行氣流粉碎前，聚醚酮酮粗粉需經穩定處理，使得呈多孔狀聚醚酮酮收縮，空隙率降低，同時，結晶度進一步提升，有助於提高粉碎效率，縮短粉碎時間，消除顆粒稜角，改善顆粒形貌。加入改性劑，在靜電噴塗完成後能顯著提升聚醚酮酮與金屬基材的結合力，同時提升其耐化學腐蝕性和高溫尺寸穩定性。
附圖說明
圖1為製備聚醚酮酮靜電噴塗粉末塗料的工藝流程圖。
圖2為實施例1聚醚酮酮細粉的掃描電鏡照片。
圖3為實施例1塗層外觀照片。
圖4為實施例1塗層劃格實驗測試圖。
圖5為對比例1塗層外觀照片。
具體實施方式
以下結合實施例對本發明做進一步描述。
實施例1
由二苯醚，對苯二甲醯氯(T)和間苯二甲醯氯(I)通過傅克反應合成聚醚酮酮，其中產品中T：I的摩爾比為50:50，將聚醚酮酮緩慢加入管線式高剪切乳化機中進行粉碎，隨後經洗滌、乾燥得到特性粘度為0.6dl/g的聚醚酮酮粗粉，粗粉的粒徑尺寸為0.1～1mm。
取聚醚酮酮粗粉100kg在180℃下保持4小時，加入0.5kg氧雜蒽改性劑，經氣流粉碎得到D50為50μm聚醚酮酮細粉，經篩分得200目聚醚酮酮靜電噴塗粉末塗料，掃描電鏡照片如圖2所示。採用靜電噴塗方式將上述聚醚酮酮粉末塗料噴塗於340℃的碳鋼基材上，經高溫固化得到聚醚酮酮塗層，表面光滑無缺陷，如圖3所示。通過GB/T 9286-1998劃格試驗測試，達到0級，塗層結合力優，如圖4所示。取少量塗層浸入濃硫酸中1小時不溶，耐化學腐蝕性優。
對比例1
由二苯醚，對苯二甲醯氯(T)和間苯二甲醯氯(I)通過傅克反應合成聚醚酮酮，其中產品中T：I的摩爾比為50:50，將聚醚酮酮緩慢加入管線式高剪切乳化機中進行粉碎，隨後經洗滌、乾燥得到特性粘度為0.6dl/g的聚醚酮酮粗粉，粗粉的粒徑尺寸為0.1～1mm。
在100kg聚醚酮酮粗粉中加入0.5kg氧雜蒽改性劑，經氣流粉碎得到D50為50μm聚醚酮酮細粉，經篩分得200目聚醚酮酮靜電噴塗粉末塗料。採用靜電噴塗方式將上述聚醚酮酮粉末塗料噴塗於340℃的碳鋼基材上，經高溫固化得到聚醚酮酮塗層，塗層表面無光澤且存在縮孔等缺陷，如圖5所示。通過GB/T 9286-1998劃格試驗測試，達到0級，塗層結合力優。取少量塗層浸入濃硫酸中1小時不溶，耐化學腐蝕性優。
對比例2
由二苯醚，對苯二甲醯氯(T)和間苯二甲醯氯(I)通過傅克反應合成聚醚酮酮，其中產品中T：I的摩爾比為50:50，將聚醚酮酮緩慢加入管線式高剪切乳化機中進行粉碎，隨後經洗滌、乾燥得到特性粘度為0.6dl/g的聚醚酮酮粗粉，粗粉的粒徑尺寸為0.1～1mm。
取100kg聚醚酮酮粗粉在180℃下保持4小時，經氣流粉碎得到D50為50μm聚醚酮酮細粉，經篩分得200目聚醚酮酮靜電噴塗粉末塗料。採用靜電噴塗方式將上述聚醚酮酮粉末塗料噴塗於350℃的碳鋼基材上，經高溫固化得到聚醚酮酮塗層，塗層表面光滑無缺陷。通過GB/T 9286-1998劃格試驗測試，達到1級，塗層結合力較好。取少量塗層浸入濃硫酸中1小時全部溶解，耐化學腐蝕性較差。
實施例2
由二苯醚，對苯二甲醯氯(T)和間苯二甲醯氯(I)通過傅克反應合成聚醚酮酮，其中產品中T：I的摩爾比為55:45，將聚醚酮酮緩慢加入管線式高剪切乳化機中進行粉碎，隨後經洗滌、乾燥得到特性粘度為0.55dl/g的聚醚酮酮粗粉，粗粉的粒徑尺寸為0.1～2mm。
取聚醚酮酮粗粉100kg在230℃下保持3小時，加入0.8kg佔噸醇改性劑，經氣流粉碎得到D50為49.5μm聚醚酮酮細粉，經篩分得100目聚醚酮酮靜電噴塗粉末塗料。採用靜電噴塗方式將上述聚醚酮酮粉末塗料噴塗於345℃的不鏽鋼基材上，經高溫固化得到聚醚酮酮塗層，表面光滑無缺陷。通過GB/T 9286-1998劃格試驗測試，達到0級，塗層結合力優。取少量塗層浸入濃硫酸中1小時不溶，耐化學腐蝕性優。
實施例3
由二苯醚，對苯二甲醯氯(T)和間苯二甲醯氯(I)通過傅克反應合成聚醚酮酮，其中產品中T：I的摩爾比為60:40，將聚醚酮酮緩慢加入管線式高剪切乳化機中進行粉碎，隨後經洗滌、乾燥得到特性粘度為0.68dl/g的聚醚酮酮粗粉，粗粉的粒徑尺寸為0.1～3mm。
取聚醚酮酮粗粉100kg在250℃下保持1小時，加入1kg 9-苯基氧雜蒽改性劑，經氣流粉碎得到D50為50.5μm聚醚酮酮細粉，經篩分得300目聚醚酮酮靜電噴塗粉末塗料。採用靜電噴塗方式將上述聚醚酮酮粉末塗料噴塗於350℃的鋁合金基材上，經高溫固化得到聚醚酮酮塗層，表面光滑無缺陷。通過GB/T 9286-1998劃格試驗測試，達到0級，塗層結合力優。取少量塗層浸入濃硫酸中1小時不溶，耐化學腐蝕性優。
對實施例和對比例塗層性能測試，結果如表1。
表1粉末塗料塗膜的性能測試結果表