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摘要：本文研究了不同樹(shù)脂及不同反應(yīng)體系、不同樹(shù)脂含量、不同填料、不同表面類(lèi)型對(duì)粉末涂料UVA老化性能的影響。通過(guò)對(duì)各時(shí)間段光澤和色差數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)分析，得出不同因素對(duì)粉末涂料老化性能的基本影響規(guī)律，從而為粉末涂料配方的設(shè)計(jì)提供參照。

 

關(guān)鍵詞：粉末涂料；人工加速老化；耐候性

 

引言

隨著涂料行業(yè)的綠色化，溶劑型涂料逐步退出歷史舞臺(tái)，粉末涂料因其不含有機(jī)溶劑、無(wú)污染的優(yōu)勢(shì)，近幾年得到了快速的應(yīng)用和發(fā)展，特別是熱固性粉末涂料。其中，戶(hù)外粉末涂料占據(jù)了很大的比例。然而粉末涂料固化后形成的涂層，在實(shí)際戶(hù)外使用的過(guò)程中容易受到陽(yáng)光、雨水、溫度、氧氣等諸多環(huán)境因素的影響，會(huì)導(dǎo)致涂層發(fā)生褪色、失光、粉化、開(kāi)裂等老化現(xiàn)象，從而影響產(chǎn)品的性能和美觀，甚至造成嚴(yán)重的經(jīng)濟(jì)損失。因此研究影響粉末涂料老化的因素，對(duì)于預(yù)測(cè)粉末涂料的使用壽命，制備耐候性能比較優(yōu)異的粉末涂料，降低涂層老化所造成的損失具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。

 

1、 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 實(shí)驗(yàn)材料

聚酯樹(shù)脂(A、B、C、D、E、F)、TGIC固化劑、HAA固化劑、聚氨酯粉末固化劑、流平劑、光亮劑、安息香、硫酸鋇、鈦白粉等均為國(guó)產(chǎn)工業(yè)級(jí)。

1.2 儀器設(shè)備

電子秤、雙螺桿擠出機(jī)、研磨機(jī)、實(shí)驗(yàn)靜電噴槍、鼓風(fēng)干燥箱、光澤儀、色差儀、人工加速老化實(shí)驗(yàn)箱等。

1.3 粉末涂料制備

表1 不同樹(shù)脂及反應(yīng)體系配方表

 

 

 

表2 不同填料配方表

 

表3 不同樹(shù)脂含量配方表

表4 不同表面類(lèi)型配方表

按照以上配方制備粉末涂料，工藝流程為配料→預(yù)混→擠出→壓片→粉碎→研磨→過(guò)篩→噴涂，分別在相應(yīng)的固化條件下得到老化試樣。

實(shí)驗(yàn)選用QUVA-340nm光源，此光源對(duì)太陽(yáng)光的紫外短波段光線模擬效果最佳。實(shí)驗(yàn)條件為輻照度0.89W/m²，60℃光照8h，50℃冷凝4h，檢查周期72h。實(shí)驗(yàn)完畢后分別按照GB/T 9754-2007與GB/T 11186.3測(cè)量并記錄以下數(shù)據(jù)：

保光率=現(xiàn)有光澤/原始光澤*100%

其中，l、a、b為樣板初始顏色值，l’、a’、b’為老化實(shí)驗(yàn)后樣板的顏色值。

 

2、 結(jié)果與討論

2.1 不同樹(shù)脂及反應(yīng)體系

圖1 不同樹(shù)脂及反應(yīng)體系涂層的保光率變化

 

圖2 不同樹(shù)脂及反應(yīng)體系涂層的色差值變化

 

如圖1-2所示，樹(shù)脂A、B、C為T(mén)GIC體系樹(shù)脂，其中，樹(shù)脂C為超耐候型樹(shù)脂，樹(shù)脂D、E為HAA體系樹(shù)脂，樹(shù)脂F(xiàn)為聚氨酯體系樹(shù)脂。從總體趨勢(shì)來(lái)看，隨著老化時(shí)間的延長(zhǎng)，涂層的色差值在逐漸增大，涂層的保光率均呈先減小后變大再變小的趨勢(shì)，這可能與涂層微觀形貌的變化有關(guān)。超耐候型涂層的性能明顯優(yōu)于其他體系，1800h內(nèi)保光率始終維持在90%左右，色差值在0.5以?xún)?nèi)。其次為聚氨酯體系，由于表面結(jié)構(gòu)相對(duì)致密，1000h光澤可保持在80%以上，色差變化也較小。而HAA體系耐候性最差，在500h時(shí)，TGIC體系保光率可保持在70%-80%，HAA體系保光率則僅維持在50%附近，因其分子結(jié)構(gòu)中裸露的N原子容易被氧化，所以色差變化也最為明顯。當(dāng)然，對(duì)于不同廠家、不同牌號(hào)的樹(shù)脂來(lái)說(shuō)，性能會(huì)有明顯差異，具體結(jié)論以實(shí)驗(yàn)結(jié)果為準(zhǔn)。綜上，不同樹(shù)脂及不同體系對(duì)粉末涂料的耐候性能有明顯的影響，其中，超耐候型與聚氨酯體系的耐候性最優(yōu)，而對(duì)于TGIC體系和HAA體系來(lái)說(shuō)，不同樹(shù)脂之間的性能差異大，以實(shí)際實(shí)驗(yàn)結(jié)果為準(zhǔn)。

2.2 不同填料

圖3 不同填料對(duì)TGIC體系的保光率影響

圖4 不同填料對(duì)TGIC體系的色差值影響

 

圖5 不同填料對(duì)HAA體系的保光率影響

圖6 不同填料對(duì)HAA體系的色差值影響

如圖2-6所示，對(duì)于TGIC體系來(lái)說(shuō)，在前500h，三種填料的保光率和色差值總體上無(wú)明顯區(qū)別；500h后，填料A的保光率要高于填料B和填料C，色差值明顯低于填料B。對(duì)于HAA體系來(lái)說(shuō)，填料A的保光率和色差值要始終優(yōu)于填料B和填料C。造成這一結(jié)果的不同與填料的顏色、形狀、粒徑大小等因素有關(guān)，填料在涂層中的分布越均勻致密，涂層的老化性能越好。因此，不同填料對(duì)不同體系的粉末涂料耐候性有一定影響，其中，填料A的耐候性能較優(yōu)。

2.3 不同樹(shù)脂含量

圖7 不同樹(shù)脂含量對(duì)TGIC體系的保光率影響

 

圖8 不同樹(shù)脂含量對(duì)TGIC體系的色差值影響

圖9 不同樹(shù)脂含量對(duì)HAA體系的保光率影響

圖10 不同樹(shù)脂含量對(duì)HAA體系的色差值影響

如圖7-10所示，對(duì)于TGIC體系和HAA體系來(lái)說(shuō)，在前500h中，提高粉末涂料的樹(shù)脂量后，粉末涂料的失光率和色差值明顯變??；但自500h后，樹(shù)脂含量相對(duì)低的粉末涂料的保光率卻高于樹(shù)脂含量相對(duì)高的粉末涂料，這可能是由于此時(shí)涂層中的酯鍵出現(xiàn)了大面積水解斷裂，而樹(shù)脂含量相對(duì)較高，其破壞程度也會(huì)相對(duì)較大，因此樹(shù)脂含量高的涂層的保光率會(huì)略低于樹(shù)脂含量低的涂層。最終，在1300h附近，涂層被完全分解破壞，保光率和色差值趨于一致。綜上，提高粉末涂料的樹(shù)脂含量可以在短時(shí)間內(nèi)相對(duì)提高老化性能。

2.4 不同表面類(lèi)型

圖11 不同表面類(lèi)型對(duì)粉末涂料保光率的影響

圖12 不同表面類(lèi)型對(duì)粉末涂料色差值的影響

如圖11-12所示，高光型涂層的保光率基本一直高于消光型和砂紋型，在800h-1600h區(qū)別最為明顯，色差值的變化則略?xún)?yōu)于消光型涂層，和砂紋型涂層基本一致。導(dǎo)致這一結(jié)果的原因可能是涂層表面微觀結(jié)構(gòu)的不同。高光型相比消光型和砂紋型來(lái)說(shuō)，微觀結(jié)構(gòu)相對(duì)均勻致密，而消光和砂紋的微觀結(jié)構(gòu)相對(duì)粗糙，容易遭受水汽的侵蝕，破壞速度相對(duì)更快。綜上，不同表面類(lèi)型對(duì)粉末涂料的耐候性有一定影響，高光型粉末涂料的耐候性?xún)?yōu)于消光型和砂紋型。

 

3、 結(jié)語(yǔ)

(1) 涂層老化的保光率均呈現(xiàn)先減小后增大再減小的趨勢(shì)，這可能與涂層表面的微觀結(jié)構(gòu)變化有關(guān)。

(2) 不同樹(shù)脂及不同體系對(duì)粉末涂料的耐候性能有明顯的影響，超耐候型與聚氨酯體系最優(yōu)，對(duì)于TGIC型和HAA型來(lái)說(shuō)，不同廠家、不同牌號(hào)的樹(shù)脂性能差異大，具體以實(shí)際結(jié)果為準(zhǔn)。

(3) 不同填料對(duì)粉末涂料的耐候性有一定影響，這與填料的顏色、形狀、粒徑等因素有關(guān)。

(4) 不同樹(shù)脂含量對(duì)粉末涂料的耐候性有一定影響，提高粉末涂料的樹(shù)脂含量可以在短時(shí)間內(nèi)相對(duì)提高老化性能，需結(jié)合其他因素綜合考慮。

(5) 不同表面類(lèi)型對(duì)粉末涂料的耐候性有一定影響，高光型粉末涂料的耐候性?xún)?yōu)于消光型和砂紋型。