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摘要

 

      摘要：通過對不同的填料進(jìn)行實驗對比的數(shù)據(jù)分析，總結(jié)比較出不同填料表現(xiàn)出的獨特性與綜合性能，對實際生產(chǎn)應(yīng)用過程中填料的選取具有一定的參考意義。

 

引言

 

粉末涂料是一種省能源、省資源、低污染的環(huán)保型涂料。由于世界各國對能源需求的增加，減少能源消耗，保護(hù)環(huán)境成為當(dāng)今社會主要的發(fā)展方向。因此，開發(fā)新的粉末涂料將是今后的主要發(fā)展方向。填料是粉末涂料的基本組成部分，也叫體質(zhì)顏料，是一類具有一定剛度、強(qiáng)度和遮蓋力的無機(jī)化合物，外觀大多為白色或淺灰色，其獲得來源

 

多為自然界中的礦物質(zhì)，這些物質(zhì)主要包括鋇、鈣、鎂等鹽類或硅的氧化物等。在粉末涂料需求帶動下，粉體填料需求也隨之增長。并且對粉體填料的應(yīng)用等方面的要求也就越來越高。

 

一般粉末涂料的填料應(yīng)該具備以下性質(zhì)：(1)很好的分散性；(2)能夠改善涂膜的硬度、剛度、耐劃傷的性能；(3)熱穩(wěn)定性好，在烘烤過程中不變色；(4)優(yōu)異的耐候性，抗粉化的性能好；(5)成本低，但是不能影響涂膜的機(jī)械性能；(6)松散，不能結(jié)塊，含水量低。

 

在粉末涂料的實際生產(chǎn)應(yīng)用過程中，填料很大程度上影響著涂層的性能，它的主要作用是提高粉末涂層的剛度和強(qiáng)度，同時在粉末涂料中加入一定量的填料還可增加涂層的硬度等機(jī)械性能，也可降低生產(chǎn)成本。本文選取不同種類的填料，詳細(xì)研究了不同填料對粉末涂料的光澤、附著力、陰極剝離、抗彎曲等性能的影響。

 

1.實驗部分

 

1.1 原材料

 

環(huán)氧樹脂、流平劑、鈦白粉、酚類固化劑、硅灰石粉、安息香、咪唑、促進(jìn)劑、硅灰石粉、硅微粉、天然硫酸鋇、多孔石英、沉淀硫酸鋇、碳酸鈣、絹云母。

 

1.2 實驗儀器

 

雙螺桿擠出機(jī)：英國APV；高速多功能粉碎機(jī)：上海冰都電器有限公司；DSC差示掃描量熱儀：瑞士METTLER；高精密天平：美國華志；深冷冰柜：滄州路鑫試驗儀器有限公司；陰極剝離試驗儀：深圳成企鑫科技有限公司；附著力用水浴鍋：天津試驗儀器廠；膠化時間測定儀：上海標(biāo)卓科學(xué)儀器有限公司；抗彎曲測試儀：天津試驗儀器廠；霧影光澤儀：德國BYK。

 

1.3 生產(chǎn)工藝

 

1.3.1 原料制備

 

涂料由樹脂、顏填料、固化劑及其他助劑，以一定的比例混合，選好原材料對粉末涂料的質(zhì)量和涂層性能均有著重要影響。

 

1.3.2 預(yù)混合

 

預(yù)混合工序是將樹脂、顏填料、固化劑、流平劑以及各種助劑等成分按配方均勻混合，為熔融混煉創(chuàng)造一個良好的物態(tài)條件，更有利于分散均勻。在預(yù)混時可根據(jù)實驗來確定預(yù)混時間，一旦確定了混合時間，最好不要隨意變動，否則將影響到物料的分散程度和最后涂膜顏色變動。

 

1.3.3 熔融擠出

 

熔融混合擠出工序是粉末涂料制造中的一個重要環(huán)節(jié)，通過混煉將粉末涂料各組分在熔融狀態(tài)下達(dá)到均勻分散?？朔烁蓱B(tài)混合時，由于物料密度不同而造成組分的分離。熱固性粉末涂料的擠出工藝要求十分嚴(yán)格，必須控制好擠出溫度和物料在機(jī)筒內(nèi)的停留時間。

 

1.3.4 冷卻研磨

 

擠出機(jī)出來的熔融物應(yīng)立即擠壓成薄片，并及時冷卻，不能使熔融物的熱量積聚，防止組分內(nèi)產(chǎn)生化學(xué)變化，影響到產(chǎn)品的質(zhì)量。然后用粉碎機(jī)進(jìn)行細(xì)粉碎，將粉碎出來的粉末過篩，得到成品粉末涂料。

 

1.4 實驗配方

 

根據(jù)實驗需要，確定環(huán)氧樹脂、固化劑、顏料、助劑的種類與用量，然后通過控制填料的種類進(jìn)行多配方平行測試，嚴(yán)格按照配方(見表1)各成分配比添加原料，經(jīng)過熔融擠出、冷卻、粉碎研磨、分級過篩等步驟制備涂料。

 

 

1.5 測試與表征

 

1.5.1 附著力

 

粉末涂料主要靠黏附力和基材結(jié)合在一起。黏合力主要由物理方面的機(jī)械結(jié)合、吸附和化學(xué)方面的氫建和化學(xué)鍵兩方面產(chǎn)生并結(jié)合在一起。黏合力本質(zhì)上是涂料和基層的附著力，是由分子、原子之間的范德華力產(chǎn)生的具有高強(qiáng)度的黏附強(qiáng)度。粉末涂料的水煮附著力的測試主要依據(jù)水分子的滲透作用。溫度越高，水分子的運(yùn)動越激烈。涂層在高溫水的環(huán)境中，水分子劇烈運(yùn)動，與涂層表面頻繁接觸，可以有效地加快涂層失效的效率。由涂層失效的速度可以分辨涂層的優(yōu)劣程度。本實驗中環(huán)氧粉末涂料的附著力測試方法用撬剝法。

 

1.5.2 陰極剝離

 

同樣，陰極剝離也是一種常見的失效模式，測試的主要目的在于檢驗涂層有破損對陰極保護(hù)受影響的程度。在檢測時，先用電火花檢漏儀檢測試件是否有針孔，使用電火花測試儀，將兩處接頭夾在樣件上的不同位置，將金屬探頭置于樣件涂層上，來回移動測試尤其要注意經(jīng)過抗沖擊測試的地方，如果移動過程中沒有發(fā)出警報，則該涂膜檢測合格，即為無針孔的試件，才可以進(jìn)行檢測。

 

1.5.3 抗彎曲測試

 

抗沖擊彎曲測試是粉末涂料的一種常見檢測，檢測前要求將試件放入規(guī)定溫度的低溫箱，保持1 h后進(jìn)行測試，在測試時，試件的彎曲須在30 s內(nèi)完成，完成后在室溫下放置120 min及以上，用目測法檢測涂層是否開裂或者從底板上剝離，根據(jù)國標(biāo)規(guī)定，3個試件均無裂紋時，樣品視為合格。

 

1.5.4 膠化時間測試

 

粉末涂料的膠化時間是指一定體積的粉末涂料在規(guī)定的條件下熔融后變?yōu)椴豢勺冃挝锼璧臅r間，膠化時間為高聚物的重要的特性參數(shù)之一,也是本次實驗的最重要的測試指標(biāo)，測試之前將粉末制成2~3 g左右的樣本。測試過程中取一份樣本，將樣本放在溫度200 ℃的膠化時間測定儀上，待樣本熔成直徑大約1~1.5 mm的小圓片時按下秒表,并將其不斷攪拌均勻，待到測試涂料剛好不粘附攪拌鏟或即將凝固，即為最終膠化時間。

 

1.5.5 密度

 

密度測試采取的是液體置換法：該方法使用容量瓶和潤濕液進(jìn)行檢測，適用于普通粉末(不包括金屬粉末)，成本較低，適合粉末涂料供應(yīng)商常規(guī)使用。簡述操作流程為：首先要使用精度為萬分之一的天平稱量干燥過的50 mL容量瓶，稱取質(zhì)量為m待測粉末；然后選用石油醚進(jìn)行充分潤濕；

 

使用石油醚標(biāo)定容量瓶至50 mL刻度線，記錄消耗潤濕液體積V 液；依據(jù)測量所得數(shù)據(jù)進(jìn)行計算并準(zhǔn)備重復(fù)平行試驗，此方法檢測出的密度值要盡量排除由于石油醚內(nèi)部閉合孔隙和難浸潤部分的干擾，并且測試所用的石油醚要與粉體有良好的潤濕，且不能有溶解。

 

1.5.6 光澤

 

調(diào)整好儀器并校準(zhǔn)后，在涂漆表面上不同部位或不同方向測定六次，記錄其平均值及范圍。若六次測定結(jié)果誤差不大于10個單位值或平均值的20%，則為最終測試結(jié)果。

 

1.5.7 小板性能

 

噴涂室噴涂小板，注意厚度在100 mm左右，待噴涂的小板完全固化后，觀察表面流平情況，之后撅開小板，觀察涂層性能。

 

2.結(jié)果與分析

 

2.1 樹脂體系的選擇

 

制備出涂料后，對涂料進(jìn)行全方面的檢測；制作檢測樣板，在放入烤箱預(yù)熱之前噴砂處理。然后用靜電槍把粉末涂料噴涂檢測樣板表面、固化，冷卻至一定溫度后檢測其附著力、陰極剝離、抗彎曲性能等(結(jié)果見表2)。

 

從表2中各檢測結(jié)果中可以對比分析得出：

 

(1) 從密度方面分析，當(dāng)加入不同填料后，硅灰石粉與多孔石英的密度最小，依次為硅灰石粉、絹云母、碳酸鈣、天然硫酸鋇、沉淀硫酸鋇，密度相差較大。

 

(2) 從小板性能方面分析，配方5中的沉淀硫酸鋇性能最好，硅灰石粉、硅微粉、多孔石英、天然硫酸鋇次之，加入碳酸鈣的涂料中折痕處有輕微裂痕，絹云母的配方折痕處發(fā)糟。

 

(3) 光澤方面沉淀硫酸鋇的最好，依次為碳酸鈣、天然硫酸鋇、多孔石英、絹云母、硅灰石粉、硅微粉。

 

(4) 彎曲性能方面，由于各涂層厚度不同，綜合比較后

 

 

得出：硅微粉的彎曲性能最好，依次為天然硫酸鋇、沉淀硫酸鋇、多孔石英、硅灰石粉、碳酸鈣與絹云母。

 

(5) 附著力是粉末涂料最重要的指標(biāo)之一，在綜合比較之后得出：碳酸鈣的附著力最好，依次為硅灰石粉、硅微粉、天然硫酸鋇、絹云母、多孔石英、沉淀硫酸鋇。

 

(6) 陰極剝離是檢驗粉末防腐性能的關(guān)鍵因素，對比幾種粉末涂料發(fā)現(xiàn)絹云母的剝離程度最小，碳酸鈣、天然硫酸鋇、硅灰石粉、沉淀硫酸鋇、硅微粉剝離程度依次加重，多孔石英全部剝離。

 

3.結(jié)語

 

通過以上實驗結(jié)果與比較，得出以下幾個結(jié)論。

 

(1) 填料的使用對粉末涂料的膠化時間沒有影響。

 

(2) 填料對涂料的光澤影響很大，幾種填料體系中沉淀硫酸鋇的光澤最好，硅微粉的最差，分析原因除了涂料本身光澤影響外，體系對填料的包覆性也是不同的，因此會出現(xiàn)光澤差異大的現(xiàn)象。

 

(3) 填料的品種對粉末涂料的性能影響很大，幾種填料在粉末涂料生產(chǎn)中經(jīng)常用到。單獨用沉淀硫酸鋇做填料時小板性能和光澤比較好，涂層表面的色澤較飽滿；用絹云母和碳酸鈣時，涂層的耐水煮性能及陰極剝離性能較好；硅微粉與多孔石英對涂料的密度影響較小，對涂層的抗彎曲性能影響最小。在粉末涂料配方設(shè)計時，可根據(jù)客戶對產(chǎn)品性能要求選擇不一樣填料，以達(dá)到最佳效果。

 

(4) 在實際生產(chǎn)過程中，應(yīng)充分考慮到填料對粉末涂料和涂膜性能的影響，以保證粉末涂料和涂膜的性能要求。