摘要：通過(guò)對(duì)聚酯、環(huán)氧樹脂篩選，再添加適宜助劑優(yōu)化性能，添加二氧化硅改善其穩(wěn)定性，制備出可在10 min@150 ℃條件下完全固化的低溫固化粉末涂料，其涂層具有極佳的裝飾性、優(yōu)異的附著力、極好的耐腐蝕性和機(jī)械性能，是一種性能優(yōu)異的低溫固化粉末涂料。
關(guān)鍵詞：聚酯 環(huán)氧樹脂 二氧化硅 固化粉末涂料
引言
近年來(lái)，由于粉末具有接近零VOC排放的優(yōu)點(diǎn)，在整個(gè)涂料、涂裝行業(yè)成為快速發(fā)展的領(lǐng)域，在當(dāng)前國(guó)家綠色環(huán)?？沙掷m(xù)發(fā)展的背景下更驅(qū)動(dòng)了它的快速發(fā)展。但一般粉末涂料的固化條件大多是溫度180~200 ℃，個(gè)別高達(dá)210 ℃，時(shí)間長(zhǎng)達(dá)10~20 min，存在烘烤溫度較高，時(shí)間較長(zhǎng)的缺點(diǎn)。若烘烤溫度降低10 ℃，可節(jié)約10%左右的能源。從節(jié)能降耗考慮，烘烤時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，直接導(dǎo)致生產(chǎn)周期變長(zhǎng)，既浪費(fèi)了能源，又耗費(fèi)了時(shí)間，勞動(dòng)生產(chǎn)率得不到有效提高，因此低溫固化粉末涂料的開發(fā)具有十分重要的意義[1]。為解決上述問(wèn)題，本文介紹了一種由環(huán)氧樹脂和聚酯樹脂制備的低溫固化粉末涂料。其性能符合HG/T2006—2006，降低生產(chǎn)能耗的同時(shí)又能為客戶提供高裝飾性。
1、實(shí)驗(yàn)部分
1.1 主要原材料
市售環(huán)氧樹脂A、B、C、D，市售聚酯樹脂1、2、3、4，流平劑，光亮劑，安息香，其他助劑、顏填料。
1.2 低溫固化粉末涂料基礎(chǔ)配方
低溫固化粉末涂料基礎(chǔ)配方見(jiàn)表1。
1.3 實(shí)驗(yàn)設(shè)備和儀器
GSJ-30E擠出機(jī)、ACM-05F磨粉機(jī)：煙臺(tái)市三立機(jī)械設(shè)備有限公司；高壓靜電噴槍(CQ-SJ5)：深圳市成企鑫科技有限公司；電熱鼓風(fēng)干燥箱(WGL-125B)：天津市泰斯特儀器有限公司；涂膜沖擊器(QCJ)：天津鴻聚利試驗(yàn)設(shè)備廠；涂膜劃格儀(QFH)：天津市精科材料試驗(yàn)機(jī)廠；光澤儀：科仕佳 WGG60-Y4 MN60；膜厚儀：廣州標(biāo)格達(dá)QNix®4500；鹽霧箱：翁開爾Q-LAB-Q-FOG-SSP600。
1.4 粉末涂料制備
按配方稱取原材料，在高速混合機(jī)中預(yù)混合，經(jīng)過(guò)雙螺桿擠出機(jī)熔融擠出，壓片機(jī)冷卻，粗破碎，然后由多功能粉碎機(jī)粉碎，過(guò)180目篩，收集篩后粉末即可。
1.5 樣板的制備
制備的低溫固化粉末涂料采用靜電噴涂，電壓控制50~80 kV，氣壓控制在0.1 MPa，噴涂到干凈平整的馬口鐵板上。涂膜膜厚控制在60~80 μm，經(jīng)150 ℃烘烤10 min得到樣板。樣板置于溫度為21~25 ℃及相對(duì)濕度為45%~55%的恒溫恒濕環(huán)境中，放置24 h，按標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試各項(xiàng)性能。
2、結(jié)果與討論
2.1 聚酯樹脂的選擇
目前市面上綜合性能優(yōu)異的多是選用環(huán)氧樹脂與聚酯樹脂固化比為50:50。在配制的環(huán)氧/聚酯粉末涂料中，當(dāng)選取環(huán)氧樹脂的環(huán)氧值在0.12~0.14時(shí)，應(yīng)選取聚酯樹脂酸值在70~85 mgKOH/g，因此本實(shí)驗(yàn)選取了以下4種聚酯樹脂按照參考配方制粉，在150 ℃、10 min條件下固化得到樣板，從耐沖擊性、涂膜外觀、硬度和附著力等方面進(jìn)行樹脂篩選，不同聚酯樹脂各項(xiàng)參數(shù)及對(duì)涂膜影響結(jié)果如表2所示。
由表2結(jié)果可以看出，4種聚酯在涂膜外觀方面脫氣均較差，聚酯4在耐沖擊性、硬度及附著力方面都表現(xiàn)略差，可能是由于酸值和軟化點(diǎn)相對(duì)略高的緣故。而聚酯1和聚酯3雖然在涂膜外觀，硬度及附著力等方面與聚酯2差別不大，但在耐沖擊方面略差，因此綜合考慮選用聚酯2作為聚酯樹脂。
2.2 環(huán)氧樹脂的選擇
粉末涂料中應(yīng)用最廣泛的是雙酚A型環(huán)氧樹脂，雙酚A型環(huán)氧樹脂是雙酚A和環(huán)氧氯丙烷在堿催化下經(jīng)脫氯化氫而得到，具體的制造方法分為一步法和二步法[2]。低溫固化粉末涂料烘烤溫度在150 ℃，要求環(huán)氧樹脂具有較高的反應(yīng)活性，同時(shí)具有合適的軟化點(diǎn)。本實(shí)驗(yàn)選取2種一步法環(huán)氧樹脂、2種二步法環(huán)氧樹脂與聚酯樹脂2按照參考配方制粉，在150 ℃、10 min條件下固化得到樣板，從耐沖擊性、涂膜外觀和硬度等方面進(jìn)行樹脂篩選，樹脂性能參數(shù)及實(shí)驗(yàn)結(jié)果如表3所示。
由表3結(jié)果可以看出，4種環(huán)氧樹脂在涂膜外觀方面仍然脫氣不完全，而使用二步法環(huán)氧樹脂耐沖擊性能均差，說(shuō)明選用的聚酯2在此固化條件下與二步法環(huán)氧固化反應(yīng)不完全。使用一步法環(huán)氧樹脂A反沖僅能過(guò)40 cm，可能由于環(huán)氧樹脂A環(huán)氧值較低，交聯(lián)密度低，機(jī)械性能略差；環(huán)氧樹脂B在各項(xiàng)性能都能滿足要求，故選用環(huán)氧樹脂B進(jìn)行后續(xù)實(shí)驗(yàn)。
2.3 助劑的選擇
為解決涂膜表面脫氣差的問(wèn)題，選擇在配方中加入脫氣劑，選用2種脫氣劑和未加的進(jìn)行各項(xiàng)性能的對(duì)比測(cè)試，配方對(duì)比如表4所示，各項(xiàng)測(cè)試結(jié)果如表5所示。
2.4 儲(chǔ)存穩(wěn)定性改善
由于低溫固化粉末的玻璃化溫度較低，粉末的儲(chǔ)存穩(wěn)定性較差，需要低溫冷藏保存，給使用帶來(lái)諸多不便。因此我們通過(guò)外加或內(nèi)加不同松散劑來(lái)改善低溫固化粉末的儲(chǔ)存穩(wěn)定性。按照其余成分相同，外加或內(nèi)加不同松散劑的配方，制得粉末涂料樣品，各取100 g樣粉放入不同的磨口玻璃瓶中，在40 ℃恒溫密閉條件下保存2 h，試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表6。
由表6可以看出，外加松散劑對(duì)儲(chǔ)存穩(wěn)定性的改善比內(nèi)加松散劑要好很多，這是因?yàn)樵谂浞街刑砑铀缮廴跀D出的過(guò)程中，松散劑的結(jié)構(gòu)遭到了破壞，從而減弱了松散劑對(duì)涂料儲(chǔ)存穩(wěn)定性的改善作用。然而在制粉的過(guò)程中以干混的方式外加松散劑，利用氣相二氧化硅在粉末涂料顆粒之間形成隔離層，減少粉末涂料粒子碰撞和凝聚的機(jī)會(huì)，從而使粉末涂料干粉的流動(dòng)性得到明顯改善。而且二氧化硅粒徑很小(7~40 nm)，比表面積大(100~400 m2/g)，表面能大，表面吸附力強(qiáng)，對(duì)濕氣的吸附能力很強(qiáng)，氣相二氧化硅先吸收濕氣，使粉末涂料不易吸潮和結(jié)團(tuán)。因此選擇加入二氧化硅來(lái)改善低溫固化粉末的儲(chǔ)存穩(wěn)定性。
2.5 工藝參數(shù)對(duì)低溫固化粉末涂料的影響
擠出是粉末生產(chǎn)的核心工序，對(duì)粉末質(zhì)量有決定性的影響，擠出機(jī)混煉效果不好，將使產(chǎn)品光澤下降，流平性變差，還會(huì)出現(xiàn)混色不勻，局部膠化，形成板面粒子等弊病。對(duì)于低溫固化粉末，應(yīng)該是低溫快擠，物料在螺筒里停留時(shí)間越短越好，其活性高，以防止此時(shí)物料在螺筒內(nèi)提前反應(yīng)一部分，影響涂膜性能[3]。因此選擇擠出機(jī)最低擠出溫度90 ℃，最大轉(zhuǎn)速50 Hz。由于粉末涂料粒徑偏小時(shí)，粉體的受潮概率和不易散熱導(dǎo)致團(tuán)聚的概率會(huì)增加，帶電性相對(duì)偏低，上粉效果也會(huì)相應(yīng)地變差，導(dǎo)致施工效率降低；粉末涂料顆粒的粒徑偏大時(shí)，顆粒的質(zhì)量大于粉體的帶電量及空氣的動(dòng)力，由于重力原因，粉體的上粉率和涂覆效果會(huì)下降，因此我們通過(guò)調(diào)整磨粉機(jī)控制粉末的粒徑在30~35 μm。
3、產(chǎn)品性能檢測(cè)結(jié)果
通過(guò)上述實(shí)驗(yàn)確定最終配方，按照配方及工藝制備戶內(nèi)低溫固化粉末涂料，參照HG/T 2006—2006進(jìn)行涂料性能檢測(cè)，具體性能檢測(cè)結(jié)果如表7所示。
從表7可以看出，該戶內(nèi)低溫固化粉末涂料滿足HG/T 2006—2006中優(yōu)等品的性能要求，可在鋁型材行業(yè)進(jìn)一步推廣應(yīng)用。
4、結(jié)語(yǔ)
本實(shí)驗(yàn)通過(guò)對(duì)聚酯、環(huán)氧樹脂篩選，再添加適宜助劑優(yōu)化性能，添加二氧化硅改善其儲(chǔ)存穩(wěn)定性，得到了固化條件在10 min@150 ℃時(shí)的戶內(nèi)低溫固化粉末涂料，其涂層具有極佳的裝飾性、優(yōu)異的附著力、極好的耐腐蝕性和機(jī)械性能，具有很好的應(yīng)用價(jià)值。
節(jié)能減排是低溫固化粉末涂料的突出優(yōu)勢(shì)，而隨著人們環(huán)保意識(shí)的增強(qiáng)，以及生態(tài)文明建設(shè)的加強(qiáng)，低溫固化粉末涂料的環(huán)保節(jié)能優(yōu)勢(shì)更加突出，這都將促使其發(fā)展。
參考文獻(xiàn)：[1] 葛偉青，王益民，毛小江，等. 低溫固化粉末涂料的研制[J]. 表面技術(shù)，2008，37(3)：58-59.[2] 南仁植. 粉末涂料與涂裝技術(shù)[M]. 北京：化學(xué)工業(yè)出版社，
2014：299-302.[3] 丹陽(yáng)市海信涂料化工廠. 制備低溫固化重防腐環(huán)氧粉末涂料的工藝方法：CN201510722453.X[P]. 2017-05-10.
來(lái)源：2021/2022中國(guó)粉末涂料與涂裝行業(yè)年會(huì)會(huì)刊
作者：文 / 蔡勝鵬 / 劉 飛廣東華江粉末科技有限公司
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