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嘉峪檢測(cè)網(wǎng) 2025-03-10 16:06
摘要
本文從粉末涂料配方體系中樹(shù)脂、顏填料、助劑等角度研究了不同因素對(duì)于粉末涂料流掛性能的影響。其中樹(shù)脂作為主要成膜物質(zhì)起到關(guān)鍵性作用,不同顏填料的選擇和比例也會(huì)影響流掛性能,同時(shí)功能性助劑也在一定程度上影響到粉末體系的流掛。
引言
近年來(lái),隨著一系列環(huán)保法律法規(guī)的出臺(tái),溶劑型涂料(尤其是油性涂料)的使用受到越來(lái)越嚴(yán)格的限制,而粉末涂料作為一種不含溶劑、無(wú)揮發(fā)份的固體涂料,以其綠色化、節(jié)能化、特色專(zhuān)用化和經(jīng)濟(jì)化等特有優(yōu)勢(shì),在我國(guó)迅速發(fā)展,越來(lái)越受到使用者的歡迎。隨著粉末涂料行業(yè)的深入發(fā)展,應(yīng)用領(lǐng)域越來(lái)越廣,在多個(gè)領(lǐng)域取代了傳統(tǒng)的油性涂料。
粉末涂料是一無(wú)溶劑的均勻體系,必須熔融后才能附著在被涂物上面,流平后固化成膜,一般需要經(jīng)過(guò)三個(gè)過(guò)程[1]:從單獨(dú)的粉末顆粒,聚集成為一層連續(xù)的、不平整的膜,此過(guò)程稱(chēng)為聚集過(guò)程;從連續(xù)不平整的表面流淌形成較為光滑與平整的表面即流平過(guò)程;熔融的涂液通過(guò)交聯(lián)反應(yīng),黏度不斷提高,最后固化為堅(jiān)硬的涂膜,稱(chēng)為固化過(guò)程[2]。相對(duì)于油性涂料而言,粉末涂料的膜厚較高,油性涂料的涂膜厚度一般只在20~70μm,而粉末涂料的涂膜厚度大多在60~150μm,甚至有些應(yīng)用領(lǐng)域達(dá)到200μm或者更厚。更厚的涂層噴涂固化所需時(shí)間更長(zhǎng),工件的邊緣往往會(huì)出現(xiàn)肥邊現(xiàn)象,甚至?xí)霈F(xiàn)因涂層過(guò)厚,流動(dòng)時(shí)間太長(zhǎng)未及時(shí)固化而流掛。實(shí)驗(yàn)室對(duì)于流掛的測(cè)量一般有兩種方式:水平流動(dòng)性和傾斜流動(dòng)性。一般而言,涂料不易流掛但也不易流平,涂層厚易流平但也易產(chǎn)生流掛[3]。粉末體系的斜流越長(zhǎng),可以認(rèn)為該粉末涂料的流平越好,但斜流太長(zhǎng)則容易肥邊甚至流出工件表面。在實(shí)際噴涂應(yīng)用中,控制粉末的流掛在合適的范圍,既能得到合適的流平性能,又能避免過(guò)度的肥邊,影響工件連接。本文主要通過(guò)傾斜流動(dòng)的長(zhǎng)短(簡(jiǎn)稱(chēng)斜流)來(lái)研究粉末涂料中樹(shù)脂、顏填料、助劑等對(duì)粉末體系流掛的影響。
1. 粉末涂料的制備
1.1 原材料
本次采用幾組試驗(yàn)來(lái)說(shuō)明斜流的影響因素,主要材料如下。聚酯樹(shù)脂:安徽神劍新材料股份有限公司(指標(biāo)見(jiàn)表1);TGIC:工業(yè)級(jí),黃山華惠;鈦白粉(R-996):工業(yè)級(jí),四川龍蟒;超細(xì)硫酸鋇:工業(yè)級(jí),青島紅蝶;流平劑GLP588、安息香、701B:工業(yè)級(jí),南海化學(xué);各類(lèi)助劑:工業(yè)級(jí),捷通達(dá)。

1.2 主要實(shí)驗(yàn)儀器
雙螺桿擠出機(jī):SLJ-40,煙臺(tái)凌宇;咖啡磨:Q-250A,浙江屹立;靜電噴涂設(shè)備:HANZHE-901,漢哲涂裝;電烘箱:FDL-100,Binder;膜厚儀:NIX4500,NIX;玻璃板三角架(傾斜角60°),游標(biāo)卡尺,斜流壓片裝置。
1.3 實(shí)驗(yàn)步驟
按照樹(shù)脂的基本配方制備粉末涂料,工藝流程為:配料→預(yù)混→擠出壓片→研磨過(guò)篩(200目)→粉末涂料產(chǎn)品。得到粉末涂料后,用電子天平上稱(chēng)取1g左右待測(cè)粉末(±0.01g),用壓片機(jī)壓片制成圓餅(直徑(12.0±0.05)mm,厚度(8.0±0.2)mm)。將所制圓餅置于玻璃板底部,然后將玻璃板放入200℃烘箱預(yù)熱2min,使圓餅與玻璃板適當(dāng)黏合,避免圓餅滑動(dòng)。2min后將玻璃板放置至60°夾角的三角架上(放置時(shí)圓餅所在的底部應(yīng)處于高處,放置時(shí)間不超過(guò)15s),有圓餅的一頭朝上,在200℃烘箱中烘烤15min后取出玻璃板,待玻璃板冷卻至室溫后,用游標(biāo)卡尺測(cè)量粉末涂料傾斜流動(dòng)長(zhǎng)度,所得長(zhǎng)度即為該粉末涂料在該測(cè)試條件下的斜流[4]。(參考國(guó)標(biāo)GB/T21782.11-2010,并根據(jù)實(shí)驗(yàn)室現(xiàn)有器材調(diào)整)
2. 結(jié)果與討論
2.1 樹(shù)脂對(duì)于流掛性能的影響
樹(shù)脂時(shí)粉末涂料最主要的組分之一,是主要成膜物質(zhì)。因此樹(shù)脂的選擇是粉末涂料性能的關(guān)鍵性因素,對(duì)于流掛性能的影響自然也是很明顯。
2.1.1 實(shí)驗(yàn)配方設(shè)計(jì)
探究樹(shù)脂對(duì)于流掛性能的影響的實(shí)驗(yàn)配方設(shè)計(jì)見(jiàn)表2。

2.1.2 斜流長(zhǎng)度測(cè)試結(jié)果
不同樹(shù)脂配方下斜流長(zhǎng)度測(cè)試結(jié)果見(jiàn)表3、圖1和圖2。


2.1.3 樹(shù)脂對(duì)斜流長(zhǎng)度的影響分析
配方1和配方5均為樹(shù)脂1為主要成膜物質(zhì),配方2和配方4均為樹(shù)脂2為主要成膜物質(zhì)。對(duì)比配方1和配方2的斜流長(zhǎng)度,以及配方4和配方5的斜流長(zhǎng)度,可以發(fā)現(xiàn),當(dāng)樹(shù)脂的黏度一致,配方中其他材料保持一致時(shí),不同樹(shù)脂對(duì)應(yīng)粉末的膠化時(shí)間越短,其斜流越短。膠化時(shí)間較為直觀的體現(xiàn)出樹(shù)脂的反應(yīng)活性,膠化時(shí)間越短,反應(yīng)活性越高,其流平固化的第三階段時(shí)間短,傾斜流動(dòng)的長(zhǎng)度即偏短。
對(duì)比配方1和配方3可以發(fā)現(xiàn),當(dāng)樹(shù)脂的反應(yīng)活性接近或相同時(shí),黏度越低,其斜流長(zhǎng)度越長(zhǎng),這是由于樹(shù)脂黏度偏低時(shí),粉末體系的整體黏度也會(huì)降低,流平固化的第二階段流平過(guò)程更容易,流動(dòng)長(zhǎng)度即更長(zhǎng),但黏度的影響沒(méi)有反應(yīng)活性的影響大。
另外對(duì)比配方1和配方5,以及配方2和配方4的斜流數(shù)據(jù)可以看到,當(dāng)樹(shù)脂保持一致時(shí),黑色配方的斜流比白色配方的斜流短的多,說(shuō)明除了樹(shù)脂影響粉末涂料的斜流外,顏料對(duì)于斜流也有影響,主要是因?yàn)樘亢诘奈土勘肉伆追鄞蟮亩啵谏浞降姆勰┩苛象w系黏度比白色大的多,導(dǎo)致斜流偏短。
2.2 顏填料對(duì)于流掛性能的影響
上面的研究表明,顏料對(duì)于斜流有較大影響,其主要影響因子是顏料吸油量的大小,一般而言有機(jī)顏料的著色力更強(qiáng),顏色更艷麗,吸油量也更高。在實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程中,所需粉末涂料的顏色一般是固定的,粉末廠(chǎng)商可根據(jù)顏色要求及吸油量的大小選擇合適的顏料,以達(dá)到顏色要求和流掛性能要求,此處不再贅述。本文主要研究填料對(duì)于斜流的影響,從填料的種類(lèi),以及顏填料的比例進(jìn)行研究。
2.2.1 實(shí)驗(yàn)配方設(shè)計(jì)
探究顏填料對(duì)于流掛性能的影響的實(shí)驗(yàn)配方設(shè)計(jì)見(jiàn)表4。

2.2.2 斜流長(zhǎng)度測(cè)試結(jié)果
不同顏填料配方下斜流長(zhǎng)度測(cè)試結(jié)果見(jiàn)表5和圖3。

2.2.3 顏填料對(duì)斜流長(zhǎng)度的影響分析
對(duì)比配方6和配方7的斜流數(shù)據(jù)可以看到,當(dāng)改變配方體系中顏料和填料的比例時(shí),粉末體系的膠化時(shí)間和斜流長(zhǎng)度都會(huì)發(fā)生變化,這是由于硫酸鋇和鈦白粉對(duì)于粉末體系的反應(yīng)活性貢獻(xiàn)不同,同時(shí)粉末體系的黏度也不同。而對(duì)比配方7和配方8可以看出:當(dāng)粉末配方體系的樹(shù)脂和顏料都保持一致時(shí),改變硫酸鋇的種類(lèi)時(shí),粉末的活性略有變化,但對(duì)斜流的影響很大。這是由于超細(xì)鋇和W-5HB的粒徑不同,超細(xì)鋇的粒徑更細(xì),相對(duì)而言吸油量更高,同時(shí)粒徑更大的W-5HB流動(dòng)性相對(duì)更好,也是斜流更長(zhǎng)的原因。
在實(shí)際生產(chǎn)中,硅微粉、玻璃微球、碳酸鈣、氧化鋁這些填料以及各種有機(jī)顏料、無(wú)機(jī)顏料的粒徑不同、吸油量也不同,用于粉末涂料中時(shí)對(duì)于流掛性能的影響都需要考慮進(jìn)去。
2.3 助劑對(duì)于斜流的影響
助劑是涂料體系中重要組分之一,粉末涂料體系中的助劑同樣有著重要的作用,添加不同的助劑可以起到不同的效果。隨著粉末涂料研究的日益發(fā)展,各不同的助劑廠(chǎng)家對(duì)助劑種類(lèi)的開(kāi)發(fā)也更加豐富,各種效果的助劑都有開(kāi)發(fā)。本文選取了幾種常用類(lèi)型助劑進(jìn)行研究,探析助劑對(duì)于粉末涂料流掛性能的影響。
2.3.1 實(shí)驗(yàn)配方設(shè)計(jì)
探究助劑對(duì)于流掛性能的影響的實(shí)驗(yàn)配方設(shè)計(jì)見(jiàn)表6。

2.3.2 測(cè)試得到斜流長(zhǎng)度
不同助劑配方下斜流長(zhǎng)度測(cè)試結(jié)果見(jiàn)表7。

2.3.3 助劑對(duì)于流掛性能的影響分析
對(duì)比配方9、10、11的斜流長(zhǎng)度可以看出,粉末配方中添加一定量消光劑能夠縮短粉末涂料的斜流長(zhǎng)度,且添加量越大,斜流長(zhǎng)度越短。對(duì)比配方9和配方12、13的斜流數(shù)據(jù)可以看出,粉末涂料中加入促進(jìn)劑會(huì)使斜流變短。消光劑和促進(jìn)劑對(duì)于斜流影響的機(jī)理類(lèi)似,都是提高了粉末涂料體系的反應(yīng)活性,從而讓粉末涂料的固化更快,流動(dòng)時(shí)間更短,斜流更短。
而對(duì)比配方9和配方14、15可知,在配方中加入抗流掛助劑能夠縮短粉末的斜流,抗流掛助劑主要調(diào)節(jié)體系黏度和粉末涂料的表面張力,從而使粉末涂料不易流動(dòng),即從連續(xù)不平整的表面流淌形成較為光滑與平整的表面的流平過(guò)程阻力增大,進(jìn)而起到縮短粉末涂料斜流的作用。
3. 結(jié)語(yǔ)
由以上試驗(yàn)可以看出,粉末體系的斜流的影響因素很多。樹(shù)脂自身的黏度和反應(yīng)活性是一個(gè)最關(guān)鍵的因素,選擇合適的樹(shù)脂可以得到理想的流掛性能。粉末配方體系中顏填料的選用也是一個(gè)重要因素,其中顏填料的吸油量和粒徑是顏填料影響斜流的主要影響因子。而各種功能性助劑添加到粉末涂料中也會(huì)在一定程度上影響粉末涂料的流掛性能,主要體現(xiàn)在對(duì)粉末涂料的反應(yīng)活性和表面張力的影響。除了以上影響因素,涂膜的厚度、涂層的烘烤溫度、噴涂工件表面光滑程度、工件的擺放形式(與水平面的夾角大小)等都會(huì)影響到粉末的斜流長(zhǎng)度。在生產(chǎn)實(shí)踐中,要考慮多種影響因素,綜合考慮體系功能性、對(duì)于流平性的要求及流掛的要求,以及配方體系的成本,在粉末涂料體系中找到一個(gè)合適的平衡點(diǎn)。
參考文獻(xiàn):
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[4]GB/T21782.11-2010,粉末涂料第11部分:傾斜板流動(dòng)性的測(cè)定[S]。
來(lái)源:粉末涂料與涂裝2024-4;作者:王永波 張 啟 ( 安徽神劍新材料股份有限公司 )

來(lái)源:Internet