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铝型材用粉末涂料原材料筛选方法浅谈

返回列表 来源:www.aps.com.cn 作者:发布日期:2019-12-02 15:00 | 加入收藏阅读次数-
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    摘要:本文介绍了铝型材用粉末涂料的主要原材料,并简单阐述了不同原材料的作用及其筛选和检测的方法。

    前言

    粉末涂料作为一种具有无溶剂、无污染、可收回和节能等优点的涂料,目前已经逐渐占领着一定份额的涂料市场。

    其中一种以TGIC为固化剂,端羧基饱和聚酯为基础树脂的纯聚酯热固性粉末涂料,可以被广泛地应用到铝型材涂装领域。

    该种铝型材用粉末涂料主要由聚酯树脂、固化剂、助剂、颜料和填料组成,本文将阐述这些原材料的筛选和检测方法。

    1、原料选择

    1.1聚酯树脂的选择

    树脂是热固性粉末涂料的主要成膜物质,树脂的结构和性能是决定粉末涂料质量和涂膜性能的主要因素。

    对于聚酯树脂的筛选,一般考虑在大型树脂厂家的铝型材专用聚酯树脂中选择,然而由于不同厂家之间的树脂配方的差别,聚酯树脂之间的性能指标有一定的差别。

    要考虑筛选出涂膜性能好、性价比高的聚酯树脂,必须比较不同厂家的树脂,在不同体系的配方中的性能,从而筛选出适合的聚酯树脂。

    例如,要从聚酯树脂A和B筛选出适合的聚酯,先根据以下四个配方,用同样的挤出、磨粉工艺制粉,然后分别测试该四个粉末的性能及其涂膜性能。

    主要测试对比的性能有:粉末的胶化时间、粒度和熔融流动性以及涂膜的外观、机械性能、耐沸水性、耐高温性和耐侯性等性能。

    聚酯树脂A和聚酯树脂B配制聚酯平面粉末涂料配方见表1;聚酯树脂A和聚酯树脂B配制聚酯砂纹粉末涂料配方见表2。

    从上述两组实验结果对比可以知道,在平面体系里,树脂A的胶化时间较长,表面流平较好,虽然耐沸水性要比树脂B差,但耐老化性能要好于树脂B,所以,从技术角度综合来看,树脂A更适合用于做平面粉;

    但在砂纹体系里,树脂B的耐沸水性较好,表面纹路较明显、较细腻,光泽也较低,所以树脂B更适合用于做砂纹粉。

    总而言之,对于铝型材用户外粉末涂料,对涂膜的耐候性、耐高温性和粉末的储存稳定性要求较高,所以选用的聚酯树脂,要求其在耐候性、耐沸水性以及耐高温性和储存稳定性要具有一定的优势。

    但不同的树脂各有各的优缺点,可能在不同体系的粉末里所表现出来的性能也不一致。

    对于平面体系的粉末涂料,选用的聚酯树脂要有较好的流平和较好的机械性能;对于砂纹体系的粉末涂料,要选用机械性能、耐沸水性较好和表面纹路较细的聚酯树脂;

    对于双组分干混体系。要选择快、慢组分粒径分布较均匀,光泽稳定性、储存稳定性较好和较易消光的树脂。所以在选择聚树脂的过程中,要全方面检测树脂在不同体系里的性能,从而筛选出最适合的树脂。

    1.2固化剂的选择

    固化剂与树脂发生交联反应,使涂料能够固化成膜得到具有一定物理力学性能和耐化学性能的涂膜。

    一般纯聚酯的粉末涂料选用异氰脲酸三缩水甘油酯(TGIC)或者羟烷基酰胺(HAA)作为固化剂。

    其中TGIC所配制的粉末摩擦带电性和储存稳定性较差,但是与树脂固化反应没有副产物产生,且耐温性和耐泛黄性较好;

    而HAA固化剂的毒性相比TGIC明显要小很多,且储存稳定性较好,但与树脂固化反应时会释放出小分子的水,而且其耐温性和耐泛黄性较差,不适合厚涂至100μm以上,膜厚在100μm以上时容易出现针孔。

    目前,铝型材用粉末涂料的固化剂主要以TGIC为主。

    对于固化剂的筛选,我们主要是从固化剂的冒烟状况、耐高温性能以及涂膜的性能等方面进行检测分析。

    例如,对三种不同厂家的固化剂进行对比检测,首先我们将各取10g固化剂样品置于220℃的烤箱中烘烤15min,然后观察其冒烟状况以及熔融状态。三种不同厂家TGIC固化剂的特点见表3。

    从实验结果可以看出,熔融状态三者均相似,均没出现烤焦的情况,但固化剂A的失重较大(肉眼观察A的冒烟少,可能是因为烘烤时挥发了一些肉眼看不到的物质),可以不考虑使用;

    固化剂B和固化剂C的失重差不多,但是固化剂B的冒烟较多,所以优先选择固化剂C。

    当然,还要对B和C这两种固化剂制成的涂膜的性能进行检测,主要根据对比两者涂膜的机械性能、表面流平、耐沸水性、耐候性以及在木纹体系的转印效果等进行进一步筛选。

    1.3填料的选择

    填料也是粉末涂料中不可或缺的组成部分,主要起到提高涂膜硬度、刚性和抗划伤性等性能的作用,当然还能降低一定的成本。

    填料的种类有硫酸钡、重晶石粉、轻质碳酸钙、重质碳酸钙以及硅微粉等。填料一般选择要吸油量小、分散性好且不含有重金属的品种。

    目前,铝型材用粉末涂料主要选择硫酸钡作为填料。对于填料,主要检测填料的纯度、白度以及是否含有其他异物,一般用水洗过筛和酸洗进行检测。

    例如检测硫酸钡,首先取硫酸钡试样150-200g到400目标准网筛中,放入水中进行水洗,以网筛中留下杂质多少评判硫酸钡的品质,杂质越多则认为硫酸钡的品质越差;

    然后取少量硫酸钡试样于小烧杯中,逐渐滴入10%盐酸溶液,观察是否有气泡产生。例如,下表4是三种不同厂家硫酸钡的检测结果。

    实验结果表明,硫酸钡B酸洗有少量气泡产生,说明该硫酸钡含有能与盐酸反应的其他物质(如碳酸钙),不能使用;硫酸钡C水洗酸洗均合格,可以考虑使用;硫酸钡A有少量的筛余物,可能做出的粉末涂料的涂膜容易出现沙粒,也不建议使用。

    一般铝型材用粉末要求在薄涂时(指40μm左右的膜厚)没有砂粒,所以还要考虑填料的粒度分布,不能有较粗的颗粒。

    此外,如果要替换现用的填料,在水洗、酸洗都合格的情况下,还要考虑填料的白度,不能对涂膜的颜色有影响,不同批次填料的白度也要相近,不能相差太大。

    1.4助剂的选择

    助剂虽然用量不多,但在粉末涂料中的作用也是很大的。对于助剂的选择,一般要求其相容性好、容易分散、无毒或者低毒且冒烟要较少。

    所有助剂的检测,首先都要先取10g助剂样品置于200℃的烤箱中烘烤10min,然后观察其冒烟状况和熔融状态以及测量它的失重。

    冒烟能达到要求了,再进行其他相关性能的检测。由于助剂的种类较多,本文主要对常用几种助剂的筛选检测进行阐述。

    1.4.1脱气剂的检测

    脱气剂是当粉末涂料熔融流平成膜时,使粉末中含有的空气、水分和小分子化合物等挥发物质脱逸出来,并使出现的针孔得到弥合,从而避免涂膜出现针孔或者猪毛孔等弊病,所以脱气剂在平面粉涂料中必不可少。

    脱气剂一般需要检测其冒烟状况、高温抗黄变性以及出现针孔的最低膜厚。例如,下表5是三种不同类型的脱气剂检测结果。

    通过实验对比可知,脱气剂A的冒烟较多,但抗黄变性较好且不易出现针孔,可以少量使用;脱气剂B虽然冒烟较少,但抗黄变性较差且容易出现针孔,所以不建议使用;

    脱气剂C冒烟少,抗黄变性较好,较不容易出现针孔,可以适用于大部分的平面体系中,但对于一些高光泽的平面粉可能会出现针孔,不建议使用,如果要用,可以加少量的脱气剂A配合使用。

    总之,冒烟少、抗黄变性好,又能避免针孔等弊病的出现,且不会影响粉末涂膜的其他性能的脱气剂是最适合选择。

    1.4.2蜡粉的检测

    蜡粉由于在成膜过程中会迁移到涂膜表面形成均匀分布的保护层,降低涂膜的表面摩擦系数,从而提高涂膜的抗划伤性和润滑性能。

    一般蜡粉的种类有聚乙烯蜡、聚丙烯蜡、聚四氟乙烯蜡、聚酰胺蜡以及改性聚乙烯蜡等。

    根据蜡粉的作用,蜡粉的检测一般是对比涂膜的硬度以及冒烟状况,当然是以添加该蜡粉后不影响涂膜的其他性能为前提。以下表6是四种蜡粉的对比检测结果。

    根据实验结果,蜡粉C由于冒烟,失重较多,不考虑使用;蜡粉D由于其对应的涂膜硬度较差,也不考虑使用;

    蜡粉A和B性能均相似,均能满足要求,可以根据厂家提供的价格进行筛选。简而言之,一般要选择冒烟少,能提高硬度且不影响涂膜其他性能的蜡粉。

    1.4.3消光剂的检测

    消光剂是通过消光剂与成膜物之间的相容性不好而产生的消光作用,主要是物理作用。在热固性粉末涂料中,常用的消光剂有蜡型消光剂和非蜡型消光剂两种。

    一般蜡型消光剂的消光能力较强、储存稳定性较好以及涂膜的耐沸水性较好;而非蜡型消光剂的热稳定性较好、耐泛黄性较好以及涂膜的流平性很好。

    所以消光剂的筛选第一步就要根据粉末涂料的性能要求进行选择哪一类型的消光剂更适合。

    一般消光剂的冒烟较多,所以为了避免涂膜烘烤时冒烟多的情况,建议选择冒烟较少的消光剂。

    另外,消光剂的消光能力、耐高温性能、贮存稳定性以及对树脂的选择性也是必要检测的方面,这些结果也要作为是否选用的依据。

    1.4.4流平剂和光亮剂的检测

    流平剂和光亮剂在平面粉中是必不可少的助剂。一般两者配套使用,可以使粉末熔融流平时的表面张力分布均匀,避免涂膜出现针孔和缩孔等弊病。

    在流平剂和光亮剂的筛选过程中,除了保证不影响粉末和涂膜的其他性能外,要注意不同厂家的流平剂和光亮剂之间的相容性,是否会相互干扰的问题。

    1.5颜料的选择

    1.5.1普通颜料的检测

    颜料在粉末涂料中的主要作用是遮盖底材和起到装饰的效果。常用的颜料有无机颜料和有机颜料两种。

    无机颜料的耐温性能和耐候性能比较好、颜色比较稳定,但着色力差、颜色不鲜艳;有机颜料的着色力强、颜色鲜艳、无毒,但耐候性和耐温性较差。

    颜料的选择首先要考虑颜料的吸油量,吸油量过高会对涂膜的流平造成影响;然后要检测颜料对涂膜的耐沸水性、耐候性的影响;

    接着要对颜料的耐高温性能进行检测,耐高温性能的检测一般是将喷涂完的样板放置于180℃、200℃、220℃、240℃四个温度的烤箱中烘烤10min,然后以200℃/10min的涂膜为标准对比其他三个温度涂膜的光泽以及颜色的变化;

    最后还要检测颜料的遮盖力,一般是根据40-60μm、60-80μm、80-100μm三种不同膜厚的色差进行比较。最终根据结果,优先选择遮盖力高,耐候性、耐酸耐碱性好,耐高温性能好的颜料。

    1.5.2金属颜料的检测

    金属颜料是指含有金属效果的颜料,一般有珠光颜料、铝粉、铜金粉等。通过加入金属颜料可以大大提高粉末涂膜的装饰性。

    对于金属颜料,首先要检测金属颜料的粒度,粒度越大的金属颜料,表面金属闪烁效果越好,对底色的遮盖越弱;反之粒度越小的,对底色的遮盖力越强,光泽越柔和;

    然后要对加入金属颜料的粉末涂膜进行耐酸性、耐碱性以及耐砂浆性等性能的检测。在金属粉末的选择过程中,在能满足表面的装饰效果下,尽量选择耐化学性能较好的金属颜料。

    2、结束语

    铝型材用粉末涂料作为新型环保节能的涂料,近几年已经逐渐取代原本的传统涂料。而要制造一种综合性能优异的粉末涂料,原材料的选择是至关重要的。

    当然,在原材料选择过程中,在确保能满足客户对粉末涂料的性能要求下,尽量选择无污染、无毒的原材料。

    从粉末涂料生产环保和涂装使用人员的健康考虑,建议今后逐步减少TGIC固化剂的使用量,提高HAA固化剂的使用量,最后达到完全替代的目标。

    来源:广东华江粉末科技有限公司

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