1、2023 年第 4 期工程师园地粉末涂料是一种不含有机溶剂，固体成分为100%的环保涂料，具有环保、安全、耐腐蚀、装饰性好等特征 1，广泛应用于交通安全设施、城市道路、园林、运动场及各种建筑设施的金属涂塑隔离网和护栏等产品的表面涂装。聚乙烯粉末涂料使用的树脂是最常见的聚乙烯，以此为主体基料来成膜2。因原料便宜，耐化学腐蚀性、电绝缘性和耐低温性优良等特点 3,4，在我国热塑性粉末涂料中占很大比重，应用广泛5。目前，热镀锌+聚乙烯浸塑工艺极大地提高了防腐抗蚀能力 6-9，同时提高了产品的使用寿命，美化了环境，是户外工程建设中最理想的环保防护产品。但由于聚乙烯本身属于非极性材料，且机械强度差，仍存在
2、镀锌底材上涂膜的附着力差等问题。本研究针对不同型号聚乙烯材料特点，通过优选聚乙烯原料，同时引入增黏树脂进行改性，制备出高附着力聚乙烯粉末涂料产品，并对其力学性能和涂膜性能进行了研究。1实验部分1.1主要原料及仪器聚乙烯 PE-1（中石化）；聚乙烯 PE-2（中石化）；聚乙烯 PE-3（埃克森）；马来酸酐接枝聚乙烯MAH-g-PE（AT3159E 日本三井）；增粘树脂（美国杜邦）；光稳定剂（UV531 巴斯夫）；抗氧化剂（PKB-225北京加成助剂研究所）；流平剂（E-1038 龙创微纳新材料有限公司）；色母（宁波色母粒股份有限公司）。GZX-9140 型鼓风干燥箱（上海博迅医疗生物仪器股份有限
3、公司）；SHR-10 型高速混料机（张家港市康盛精密机械厂）；SHJ-36 型双螺杆挤出机（南京杰恩特机电有限公司）；LQ-25 型切粒机（泰州市高附着力聚乙烯粉末涂料制备与性能研究王洋洋1，梁洪愿2，王硕1（1.河北中科同创科技发展有限公司，河北 衡水 053000；2.沈阳建筑大学，辽宁 沈阳 110000）摘要：通过优选聚乙烯原料对配方进行改性，制备出高附着力聚乙烯粉末涂料。研究了不同原料及添加量对聚乙烯粉末涂料力学性能和涂膜性能的影响。研究结果表明，添加增黏树脂后，聚乙烯粉末涂料的附着力和流平性得到显著提高，同时，提高了粉末涂层的拉伸强度和断裂伸长率。当增黏树脂添加量为 5%时，聚乙烯
4、粉末涂料的各项性能指标均满足工程要求，且生产成本最优。关键词：聚乙烯；粉末涂料；附着力；流平性；力学性能中图分类号：TQ637文献标识码：AStudy on preparation and properties of high adhesion polyethylene powder coatingsWANG Yang-yang1,LIANG Hong-yuan2,WANG Shuo1（1.Hebei Zhongke Tongchuang Technology Development Co.,Ltd.,Hengshui 053000,China;2.Shenyang Jianzhu Unive
5、rsity，Shenyang 110000,China）Abstract:The high adhesion polyethylene powder coating was prepared by modifying the formula by selectingpolyethylene raw material.The effects of different raw materials and additives on the mechanical properties and filmproperties of polyethylene powder coatings were stu
6、died.The results show that the adhesion and leveling property ofPE powder coating are significantly improved by adding adhesive resin,and the tensile strength and elongation atbreak of PE powder coating are also improved.When the content of viscose resin is 5%,the performance indexes ofPE powder coa
7、ting meet the engineering requirements and the production cost is optimal.Key words:polyethylene;powder coatings;adhesion;levelling property;mechanical propertyDOI：10.16247/ki.23-1171/tq.202304110收稿日期：2023-01-09作者简介：王洋洋（1990-），女，工程师，2016 年毕业于华北电力大学环境工程专业，硕士研究生，主要从事高分子材料改性及固体废弃物的回收利用等研究。通信作者：王硕（1989-
8、），男，工程师，硕士研究生，主要从事粉末涂料等方面的研究。Sum 331 No.4化学工程师ChemicalEngineer2023 年第 4 期2023 年第 4 期王洋洋等：高附着力聚乙烯粉末涂料制备与性能研究恒鑫机械制造有限公司）；LHD 型磨粉机（潍坊正远粉体工程设备有限公司）；MFI 452 型熔体流动速率测定仪（深圳万测实验设备有限公司）；ETM 104B 型万能试验机（深圳万测实验设备有限公司）；VEGA3型扫描电子显微镜 SEM（泰思肯（中国）有限公司）。1.2实验方法粉末涂料的制备采用熔融挤出混合法制备新型聚乙烯粉末涂料。具体制备工艺流程基料、助剂预混合熔融挤出冷却造粒磨粉过
9、筛粉末产品。涂层的制备采用流化床浸涂方式在镀锌板表面制备新型聚乙烯粉末涂层。将镀锌板在烘箱中加热至 250280，再通过流化床进行浸塑新型聚乙烯粉末，利用工件余温或者烘箱保温进行涂层流平。1.3性能测试熔体流动速率（MFR）测试按 GB/T 3682-2018进行，测试温度为 190，负载为 2.16kg。拉伸强度测试按 GB/T 1040.3-2006 进行，拉伸速率为 100mm min-1。弯曲强度测试按 GB/T 9341-2008 进行。缺口冲击强度测试按 GB/T 1043.1-2008 进行，缺口角度 45，底部半径 0.25mm，缺口剩余厚度为 8mm。聚乙烯粉末涂层附着力测试
10、按GB/T9286-2008进行。2结果与讨论2.1聚乙烯粉末配方优化将聚乙烯粉末涂料的不同原料混合，兼具优异的机械性能与流动性能，制备出满足要求的高附着力聚乙烯粉末。聚乙烯粉末涂料主要原料性能，聚乙烯 PE-1 为 低 密 度 聚 乙 烯，熔 体 流 动 速 率 为2g/10min，拉伸强度 11.3MPa，具有较低的熔体流动速率，强度较大，可作为平衡混合物流动性的材料；聚乙烯 PE-2 为低密度聚乙烯，熔体流动速率为50g/10min，拉伸强度 8MPa，具有较高的熔体流动速率，强度较低，可作为提高混合物流动性的材料；聚乙烯 PE-3 为茂金属聚乙烯，熔体流动速率为15g/10min，拉伸
11、强度 16MPa，具有适中的熔体流动速率，强度大，韧性好，可作为提高混合物力学性能的材料，但价格较高。同时，为了提高聚乙烯粉末涂层与基材的结合力，在混合物中添加马来酸酐接枝聚乙烯/增黏树脂。设计了 5 种不同共混方案，见表 1。根据表 1 的共混方案，将原料进行混合、挤出粉碎制得聚乙烯粉末涂料，并参照国家标准对粉末涂料的熔体流动速率、拉伸性能、抗冲击性能、附着力进行检测，结果见表 2。由表 2 可见，粉末涂料随着 PE-3 加入量的减少拉伸强度和断裂伸长率随之降低，主要是因为茂金属聚乙烯 PE-3 具有较高的强度和韧性，与其他原料具有较高的相容性。方案 1 与方案 3 相比，强度和韧性方面有了
12、明显的提高。但由于方案 1 和方案2 未加入增黏树脂，聚乙烯粉末涂料与镀锌件的附着力仅能达到 3 级，不能满足工程需要。方案 3 与方案 5 同时加入马来酸酐接枝聚乙烯与增黏树脂，附着力达到 0 级，而方案 4 只添加增黏树脂，附着力达到 2 级，也不能满足需要，说明马来酸酐接枝聚乙烯与增黏树脂需要同时加入，才能起到增加附着力的效果，主要因为在共混马来酸酐接枝聚乙烯后，使聚乙烯末端具有马来酸酐的强极性基团，马来酸酐的极性基团具有可再反应性；增黏树脂流动性好，平铺性好，增大与基材的接触面积，依靠自身所具有的极性与基材之间性能分子间作用力，形成更多的物理黏结点，实现增大附着力的作用，马来酸酐接枝聚
13、乙烯与增黏树脂二者表现为协同作用。对比方案 2 和方案 5 可看出，增黏树脂的加入在提高粉末涂料附着力的同时增加了粉末涂料的拉伸强度和断裂伸长率，但缺口冲击强度有所下降，因此，需要考虑其加入量。结果表明，方案 5 制备的聚乙烯粉末涂料具有较高的流动性，同时机械性能优异，可满足工程要求。表 1不同共混方案（%）Tab.1Different blending schemes（%）项目PE-1PE-2PE-3MAH-g-PE 增黏树脂方案 1155020150方案 2205015150方案 330500155方案 430501505方案 5204515155表 2不同共混方案性能测试结果Tab.2P
14、erformance test results of different blending schemes项目方案 1方案 2方案 3方案 4方案 5MFR/g/10min15.814.813.316.815.2拉伸强度/MPa13.513.110.313.213.4断裂伸长率/%655620480600630缺口冲击强度/kJ m-254.250.838.946.347.5附着力/级330201112023 年第 4 期王洋洋等：高附着力聚乙烯粉末涂料制备与性能研究2.2增黏树脂含量对聚乙烯粉末涂料性能的影响2.2.1对聚乙烯粉末涂料加工性能的影响图 1 为聚乙烯粉末涂料的熔体流动速率随增黏
15、树脂含量变化曲线。由图 1 可见，随着增黏树脂含量增加，聚乙烯粉末涂料的熔体流动速率呈上升趋势。由于增黏树脂的熔体流动速率较高，与聚乙烯粉末涂料的其他原料共混，相容性较好，因此，随添加量的增加会增大材料的流平性，但熔体流动速率过高会导致聚乙烯涂层的厚度不达标，因此，增黏树脂的添加量为 5%时，熔体流动速率适中，聚乙烯粉末涂料具有较好的加工性能。2.2.2对聚乙烯粉末涂料力学性能的影响（1）拉伸强度图 2 为聚乙烯粉末涂料的拉伸强度随增黏树脂含量变化曲线。由图 2 可见，随着增黏树脂含量不断增加，聚乙烯粉末涂料的拉伸强度呈现先增大后减小的趋势，当增黏树脂含量为 5%时，粉末涂料的拉伸强度为最大值
16、。（2）断裂伸长率图 3 为聚乙烯粉末涂料的断裂伸长率随增黏树脂含量变化曲线。由图 3 可见，随着增黏树脂含量不断增加，聚乙烯粉末涂料的断裂伸长率呈现先增大后减小的趋势，变化幅度不大，在一定范围内波动。当增黏树脂含量为 5%时，粉末涂料的断裂伸长率达到最大值为 630%。（3）缺口冲击强度图 4 为聚乙烯粉末涂料的缺口冲击强度随增黏树脂含量变化曲线。由图 4 可见，添加增黏树脂后缺口冲击强度降低，随着含量不断增加，缺口冲击强度逐渐降低。由于增黏树脂具有橡胶的性能能够吸收更多能量，因此，可以增加涂层的韧性；但如果添加量过多，会影响其在粉末涂料中的分散性，会使分散性变差，容易产生缺陷，发生断裂。当增黏树脂含量超过 5%时，粉末涂料的缺口冲击强度急剧下降，因此，增黏树脂的最佳添加量为 5%。2.2.3对聚乙烯粉末涂料附着力性能的影响图 5为聚乙烯粉末涂料的附着力随增黏树脂含量变化曲线。增黏树脂含量/%图 4增黏树脂含量对聚乙烯粉末涂料缺口冲击强度的影响Fig.4Effect of viscosifying resin contenton notched impact strength of