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摘要

 

摘要：就實(shí)驗(yàn)器材用粉末涂料，分析了樹(shù)脂體系以及涂料PVC含量對(duì)于耐丙酮擦拭性能的影響。性能測(cè)試結(jié)果表明，通過(guò)原料的選擇和配方的調(diào)整，粉末涂料產(chǎn)品可以提供優(yōu)異的耐丙酮擦拭性能。

 

引言

 

隨著國(guó)家明確而嚴(yán)格的環(huán)保政策出臺(tái)，“漆改粉”的勢(shì)頭越來(lái)越明顯，讓粉末涂料行業(yè)迎來(lái)了又一次機(jī)遇。近些年隨著行業(yè)內(nèi)的競(jìng)爭(zhēng)和各企業(yè)對(duì)研發(fā)的投入，功能型粉末涂料也愈來(lái)愈受到重視。其中耐化學(xué)品類的功能型粉末涂料的實(shí)際需求也越來(lái)越高。本文研究的粉末涂料產(chǎn)品主要應(yīng)用于室內(nèi)實(shí)驗(yàn)器材。丙酮是實(shí)驗(yàn)室常用的化學(xué)試劑，除了用作溶劑外，也是用來(lái)做涂層表面化學(xué)抗性的一種試劑，并且通過(guò)其測(cè)試的難度非常高。所要涂裝的產(chǎn)品如圖1所示。

 

 

1.試驗(yàn)部分

 

1.1 原材料

 

羥基聚酯a(羥基當(dāng)量43~53 mgKOH/g)，羥基聚酯b(羥基當(dāng)量 280~310 mgKOH/g)：工業(yè)級(jí)，昕特瑪有限公司；異氰酸酯固化劑B1530[NCO含量14.8%~15.7%(w)]：工業(yè)級(jí)，贏創(chuàng)德固賽有限公司；酚醛環(huán)氧樹(shù)脂a(當(dāng)量750~850 g/eq)：工業(yè)級(jí)，國(guó)都化工(昆山)有限公司；特種樹(shù)脂b：佐敦定制；羧基聚酯(酸值48~55 mgKOH/g)：工業(yè)級(jí)，安徽神劍新材料有限公司；微粉雙氰胺：工業(yè)級(jí)，今益精(上海)化工制品有限公司；68消光劑：工業(yè)級(jí)，寧波維楷化學(xué)有限公司；2-甲基咪唑：工業(yè)級(jí)，武漢制藥有限公司；金紅石型鈦白粉：工業(yè)級(jí)，寧波新福鈦白粉有限公司；填料1(硫酸鋇)：工業(yè)級(jí)，永安威頓超細(xì)礦產(chǎn)有限公司；粉末涂料通用顏料：工業(yè)級(jí)，市售；粉末涂料通用助劑(流平劑、安息香、蠟粉、流動(dòng)助劑等)：工業(yè)級(jí)，市售。

 

1.2 主要設(shè)備和實(shí)驗(yàn)儀器及化學(xué)試劑

電子秤：New Classic MF，梅特勒-托利多儀器(上海)有限公司；實(shí)驗(yàn)室用預(yù)混機(jī)：FHJ-05，煙臺(tái)東源粉末設(shè)備有限公司；SLJ-25型雙螺桿擠出機(jī)：煙臺(tái)凌宇粉末機(jī)械有限公司；磨粉機(jī)：型號(hào)02，煙臺(tái)遠(yuǎn)立機(jī)械設(shè)備有限公司；馬爾文干法粒徑儀：MS2000+ Scirocco2000，英國(guó)馬爾文公司；實(shí)驗(yàn)室用靜電噴涂設(shè)備：昆山科寶樂(lè)新材料科技有限公司；電烤箱：FD 115，蘇州格瑞達(dá)電子設(shè)備有限公司；膜厚儀：德國(guó)

FISCHER，北京興華科儀化工設(shè)備有限責(zé)任公司；丙酮：分析純，市售。

 

1.3 粉末涂料及涂層的制備

按照配方稱取各個(gè)原料，用實(shí)驗(yàn)室預(yù)混機(jī)充分預(yù)混合，通過(guò)雙螺桿擠出機(jī)制片，料片經(jīng)磨機(jī)粉碎制粉，通過(guò)馬爾文干法粒徑儀控制粒徑得到均勻的粉末涂料[1]?；模?.8~1.0 mm厚鋁板；前處理：無(wú)鉻前處理；成膜方式：靜電噴涂；固化工藝：15 min@200 ℃；膜厚范圍：

80~100 μm；最后對(duì)涂層進(jìn)行性能測(cè)試。產(chǎn)品要求：80~100 μm，涂層不能橘皮，藍(lán)色RAL5023，耐丙酮擦拭不掉色。

耐丙酮測(cè)試方法及評(píng)估標(biāo)準(zhǔn)：

(1) 用無(wú)紡布蘸取丙酮，以浸透無(wú)紡布為準(zhǔn)；

(2) 利用電子天平，施加500 g的壓力，在2~4 cm的距離內(nèi)，擦拭20次(往復(fù)算一次)，如圖2；

 

(3) 擦拭結(jié)束后，評(píng)估擦拭效果；

 

(4) 評(píng)估標(biāo)準(zhǔn)如圖3。

 

 

2.結(jié)果與討論

 

2.1 樹(shù)脂體系的選擇

 

為應(yīng)對(duì)高耐化學(xué)品抗性測(cè)試，通常采用純環(huán)氧配方、聚氨酯配方，此外本文新增加了另外一種新型的配方。具體實(shí)驗(yàn)如表1。

 

 

配方1，相對(duì)于常規(guī)的戶外聚酯和戶內(nèi)混合型粉末涂料，純環(huán)氧涂層交聯(lián)密度較高，屬于常規(guī)意義上的高耐化學(xué)品方案。而純環(huán)氧體系，本身由于環(huán)氧樹(shù)脂和固化劑類型較多，會(huì)衍生出很多不同的固化體系。酚醛環(huán)氧樹(shù)脂的環(huán)氧基團(tuán)官能度大于2[2]，普通雙酚A環(huán)氧樹(shù)脂的環(huán)氧基團(tuán)官能度為2，因此酚醛環(huán)氧涂料比雙酚A環(huán)氧涂料有更大的交聯(lián)密度和更強(qiáng)

的耐化學(xué)品能力。固化劑方面，雙氰胺在眾多環(huán)氧固化劑中的相對(duì)分子質(zhì)量最小(雙氰胺相對(duì)分子質(zhì)量為84，咪唑相對(duì)分子質(zhì)量為96)，反應(yīng)官能團(tuán)濃度最高，是做高交聯(lián)密度涂層的理想固化劑。所以配方1采用了酚醛環(huán)氧樹(shù)脂搭配微粉雙氰胺作為固化體系主選。由于是30±5的光澤，所以又復(fù)配了化學(xué)消光劑來(lái)調(diào)整光澤。最終此方案做出的涂層流平有點(diǎn)橘皮，流平效果不理想，耐丙酮測(cè)試的結(jié)果為掉色。

 

配方2使用了聚氨酯體系，此體系的交聯(lián)密度很高。由于是30±5的光澤，所以使用了高低羥基搭配的雙組分消光體系，羥基聚酯a(羥基當(dāng)量43~53 mg KOH/g為低羥基聚酯，與異氰酸酯固化劑的配比為85:15)，羥基聚酯b(羥基當(dāng)量 280~310 mg KOH/g為高羥基聚酯，與異氰酸酯固化劑的配比為4:6)。此方案做出的涂層表面流平比配方1有明顯提高，耐丙酮擦拭效果也明顯好于配方1，但仍有輕微掉色。相較于配方1，配方2的交聯(lián)密度提高了很多，有助于耐丙酮擦拭的提高。

 

配方3中使用了含有環(huán)氧基和羥基的多官能團(tuán)特種樹(shù)脂，其中的羥基和異氰酸酯反應(yīng)形成高交聯(lián)聚合物I，環(huán)氧基和羧基聚酯反應(yīng)形成交聯(lián)聚合物II，環(huán)氧基和異氰酸酯反應(yīng)形成交聯(lián)聚合物III, 交聯(lián)聚合物Ⅰ、交聯(lián)聚合物II和交聯(lián)聚合物III各自交聯(lián)后所得的網(wǎng)絡(luò)連續(xù)地相互穿插而成互穿網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)(即interpenetrating polymer networks，簡(jiǎn)稱IPN結(jié)構(gòu))

[3]。因?yàn)槭褂昧硕喙倌軋F(tuán)樹(shù)脂，使得互穿網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)剛性更強(qiáng)，同時(shí)柔韌性也會(huì)下降。為防止柔韌性下降得過(guò)多，這里選擇了羧基樹(shù)脂而非雙氰胺與環(huán)氧基團(tuán)反應(yīng)。由于此體系中存在三套反應(yīng)，所以能達(dá)到消光的目的，雖然比配方2的交聯(lián)密度更高，但柔韌性好于聚氨酯雙組分消光的。此方案做出的涂層流平很好，耐丙酮擦拭無(wú)掉色。

 

3.氟碳涂料的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)及評(píng)價(jià)

 

2.2 涂料PVC的影響

 

涂料PVC(PVC即pigment volume concentration, 顏料體積濃度)是指涂料中著色顏料和體質(zhì)顏料的體積與配方中所有不揮發(fā)分(包括樹(shù)脂、固化劑、助劑、著色顏料和體質(zhì)顏料等)的總體積之比。

 

 

PVC是涂料中的一個(gè)重要指標(biāo)，不單是液體涂料需要用到這個(gè)指標(biāo)，其實(shí)在粉末涂料中，我們通常講樹(shù)脂對(duì)顏填料的包裹性，就是PVC的一種體現(xiàn)。

 

在粉末涂料配方設(shè)計(jì)的時(shí)候，通常使用質(zhì)量配比，而PVC是體積濃度，所以我們所使用的顏填料(主要是填料)的密度就會(huì)至關(guān)重要。石英粉和碳酸鈣的密度在2.6~2.7 克/立方厘米，而硫酸鋇的密度在4.4 克/立方厘米，同樣的質(zhì)量它們的體積差距很大，吸油量也不同。所以從PVC的技術(shù)角度，不能在配方中使用輕質(zhì)填料(例如碳酸鈣、石英粉等)直接替換等質(zhì)量的硫酸鋇。

 

此實(shí)驗(yàn)采用了耐丙酮效果中等的雙組分聚氨酯配方體系，測(cè)試了常見(jiàn)的填料硫酸鋇，結(jié)果見(jiàn)表2。

 

 

在表2中，對(duì)比使用同一種填料硫酸鋇，不同PVC含量時(shí)的耐丙酮效果。從配方1到配方3，PVC含量由低到高，對(duì)應(yīng)的耐丙酮效果是下降的。PVC含量少更有利于有機(jī)物(主要是樹(shù)脂)包裹顏填料，從而減少溶劑擦拭時(shí)，游離的顏填料遷移而表現(xiàn)出的掉色。對(duì)于表2中的聚氨酯體系，即便PVC含量很低時(shí)，仍不能通過(guò)耐丙酮擦拭。

 

3.結(jié)語(yǔ)

 

以多官能團(tuán)的特種樹(shù)脂，搭配異氰酸酯和羧基樹(shù)脂為固化體系，制得的高密度互穿網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的涂層，有著優(yōu)異的耐丙酮擦拭性能。同時(shí)選擇高密度填料，優(yōu)化配方的PVC可以得到性價(jià)比更高的產(chǎn)品。