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浅析微粒径固化剂对粉末涂料性能的影响

                                   浅析微粒径固化剂对粉末涂料性能的影响
                                                         陈旭峰
                        (湖北来斯化工新材料有限公司,湖北 鄂州 436070)
    摘 要:本文通过介绍粉末涂料中纯环氧、纯聚酯固化剂等粉体经过物理改性前后涂膜性能对比,从而探讨微粒径固化剂对粉末涂料性能的影响。
    关键词:粉末涂料;固化剂;粉体表面改性;激光粒度分析;涂膜机械性能
    前 言
    粉末涂料是不含溶剂、平均粒径在35 微米,通过静电喷涂后烘烤成膜的一类环保涂料。主要应用在家电、钢制门窗、金属箱体等工件上。随着粉末涂料的市场不断地开拓和渗透,粉末涂料的生产商更加注重涂膜缺陷的消除,提高涂膜平整度,降低涂料固化温度(节能),要想达到这些,都与选择好合适的固化剂有关。湖北来斯化工新材料有限公司通过不同的物理、化学方法对固化剂进行表面改性,一定程度上改变颗粒表面的晶体结构提高其反应活性,提高它在基体中的分散性,增强与基体的界面结合力,达到粉体表面改性的目的。进而很好的适应市场,服务于广大客户。
    1· 原料部分
    1.1 固化剂制备
    固化剂通过气流粉碎设备,在多股高压气流的交汇点处使得物料被反复碰撞、磨擦、剪切而粉碎,受机械剪切力作用影响,作用于颗粒的机械能将使颗粒的结晶结构不断破坏,晶格应变和晶格扰乱增大,反应物的活性增强,最终导致反应速率常数显著增大。利用机械方法通过强烈机械作用有目地的对粉体表面进行激活,增加与基体的相容性和润湿性,提高它在基体中的分散性,增强与基体的界面结合力,达到粉体表面改性的目的。[1]
    1.2 主要原料
    环氧树脂,工业品E-12,环氧值0.12,安徽恒远化工有限公司
    聚酯树脂,工业品P9337,酸值32,杭州中法实业股份有限公司
    改性环氧固化剂,自制(环氧固化剂381 改性制得),湖北来斯化工新材料有限公司
    改性聚酯固化剂,自制(聚酯固化剂317 改性制得),
    湖北来斯化工新材料有限公司
    钛白粉(锐钛型),工业品,山东淄博钻业有限公司
    沉淀硫酸钡,工业品,宜昌恒大化工有限责任公司
    催化剂,工业品,湖北来斯化工新材料有限公司(固化剂性能指标见表1)
                      
    1.3 对比分析
    激光粒度仪是利用颗粒对光的散射(衍射)现象测量颗粒大小,即光在进行过程中,遇到颗粒(障碍物)时,会有一部分偏离原来的传播方向,颗粒尺寸越小,偏离量越小。通过利用激光粒度仪对固化剂改性前后粒径大小的进行测定,测定结果如表2。
 
 
    由表2 可知,固化剂通过改性后,固体比表面积明显增大,粒径明显减小。
    2· 试验部分
    2.1 试验设备
    气流粉碎机(固化剂制备)、欧美克SCF-106 型激光粒度分析仪、冲击仪、弯曲试验仪、双螺旋挤出机、静电喷枪、恒温烤箱
    2.2 试验配方
    2.2.1 实验基本配方
 
    2.2.2 试验所用配方
             
    2.3 粉末涂料漆膜的制备
    将所得的配方预混合后,经熔融挤出、粉碎、过筛,然后喷涂到马口铁上,分别在烤箱中进行不同温度和时间的烘烤固化,即得到样板。
    2.4 表征方法
    涂膜的制备根据GB/T 1727—1992《漆膜一般制备方法》进行;漆膜耐冲击性按GB/T 1732—1993《漆膜耐冲击测定方法》测定;漆膜柔韧性按GB/T 1731—1993《漆膜柔韧性测定方法》测定;漆膜附着力按GB/T 9286—1998 规定进行。
    3· 结果与讨论
    将配方1、2、3、4、5、6 分别进行180℃*17min、190℃*10min、190℃*15min、200℃*20min 的固化,所得到的结果如下表所示:
              
    注:按GB/T 1731-1993《漆膜柔韧性测定法》测涂膜柔韧性。1 级:轴棒35mm*10mm*(1±0.1)mm,曲率半径(0.5±0.1)mm;2 级:轴棒35mm*10mm*(2±0.1)mm,曲率半径(,1±0.1)mm;轴棒35mm*10mm*(3±0.1)mm,曲率半径(1.5±0.1)mm;下同
                             表7 纯环氧粉末涂料固化200℃*15min 后的涂膜性能   
              
    从表6 可知,配方1、3 在180℃*17min 条件下涂膜冲击强度不高、柔韧性非常差,其原因是环氧固化剂在此条件下不和环氧树脂固化,而配方2 在此条件冲击强度过50,柔韧性很好,其性能明显优于配方3(添加化学活性剂后的固化剂)。
    结合表7 来看,环氧固化剂当温度达到200℃*15min时,固化剂同环氧树脂开始固化,其冲击强度过50,而改性后的环氧固化剂冲击强度为40,但柔韧性同配方3,这可能是由于烘烤时间温度过高而导致的。
    从表6 和表7 比较而知,改性后的环氧固化剂能缩短其固化时间,效果比改性前加了催化剂的配方效果还要好。同时还发现,环氧改性前后对涂膜的外观有明显改变,无论是在180℃还是200℃,其流平效果都好于改性前的涂膜效果。这是由于环氧固化剂的熔点高达200℃以上,在此熔融温度下环氧树脂已快速固化,因此固化剂和环氧的混合式以前者悬浮分散的方式实现。环氧固化剂的相对密度大于环氧树脂,其粒径大小和固化速度有着密切的关系[3]。改性后的环氧固化剂有效的降低该固化体系温度,提高固化速率和分散性,从而缩短固化时间,改善涂膜的流平性。
                  
     从表8、9 对比可知,改性后的聚酯固化剂在180℃就能完全固化,其固化温度明显低于改性前加催化剂后的固化剂固化温度,这是由于固化剂通过物理改性后,粉体表面被激活,其活性增加,表面活性点或活性基团的活性能明显降低,使之固化效果比添加化学活性剂效果要好;在者,固化剂粒径减小后,其与聚酯的分散性提高,同聚酯界面的结合能力增强。
    从表6、8 来看,固化剂改性后,不同粉末涂料涂膜的表面情况都有所改善,其表面光泽增高。综合表6、7、8、9 可看得出来,改性后固化剂的固化温度都明显低于该性前加化学活性剂的固化剂的固化温度。
    4· 结 语
    在粉末涂料中,固化剂粒径大小对粉末涂料的固化温度和涂膜表面情况有明显影响。微粒径固化剂能明显提高粉末涂料机械性能,更有利于粉末涂料的固化。不仅低温固化节约了加热的能耗,而且提高涂膜一系列的防护性能,如附着力、耐腐蚀性、耐候性等。
参考文献
[1]陶珍东, 郑少华. 粉体工程与设备[M]. 北京: 化学工业出版社, 2010.
[2]中国粉末涂料学会, 湖北来斯化工新材料有限公司.粉末涂料原材料汇编.
[3]王德中. 环氧树脂生产与应用[M]. 第2 版. 北京: 化学工业出版社, 2001.
[4]南仁植. 粉末涂料与涂装技术[M]. 北京: 化学工业出版社, 2008.


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