聚酯樹脂固化粉末涂料的研究

聚酯樹脂固化粉末涂料的研究

1羧基聚酯樹脂體系聚醚氧化物是中國(guó)最重要的抗侯性粉末材料之一。主要由三聚體異氰酸（異氰酸）和haa（羥色胺）制成的羧基聚酯樹脂體系組成。這種粉末涂料是由聚酯樹脂、顏料、填料和助劑等組成,每種組分的選擇對(duì)涂膜性能都有較大的影響。本文主要研究了這些組分對(duì)粉末涂料和涂膜性能的影響,對(duì)人們不太重視的顏料和填料作了比較詳細(xì)的研究。這些數(shù)據(jù)對(duì)聚酯粉末涂料配方設(shè)計(jì)提供了有說服力的依據(jù),為設(shè)計(jì)使用戶滿意的聚酯粉末涂料配方提供參考。2試驗(yàn)部分2.1試驗(yàn)儀器與測(cè)試設(shè)備試驗(yàn)中基礎(chǔ)配方所用原料的名稱以及生產(chǎn)廠家如表1所示。試驗(yàn)中使用的設(shè)備及儀器主要有D30mm雙螺桿擠出機(jī)(南京寧利實(shí)業(yè)有限公司),小型高速微細(xì)粉碎機(jī)(北京環(huán)亞天元機(jī)械技術(shù)有限公司),粉末涂料靜電噴涂設(shè)備(上海良時(shí)涂裝設(shè)備有限公司),粉末涂料膠化時(shí)間測(cè)定儀(武漢理科技術(shù)有限公司)和水平熔融流動(dòng)性測(cè)定儀(德盛檢測(cè)設(shè)備有限公司),涂膜光澤測(cè)定儀、涂膜沖擊強(qiáng)度試驗(yàn)器、涂膜柔韌性測(cè)定儀以及鉛筆硬度計(jì)(4種儀器均為北京泰格試驗(yàn)儀器有限公司)等。2.2出機(jī)膠化時(shí)間和流動(dòng)性測(cè)定按配方稱量原材料,放在塑料袋內(nèi)混合均勻,在D30mm雙螺桿擠出機(jī)中熔融擠出,冷卻,用小型高速微細(xì)粉碎機(jī)粉碎,然后過180目標(biāo)準(zhǔn)篩,在規(guī)定溫度條件下測(cè)定膠化時(shí)間和流動(dòng)性;在6kV電壓下靜電粉末噴涂,在規(guī)定溫度條件下烘烤固化,然后測(cè)定涂膜物理機(jī)械性能。3結(jié)果與討論3.1聚酯粉末涂料配方設(shè)計(jì)在聚酯粉末涂料配方中,聚酯樹脂是粉末涂料和涂膜性能的主要成分。選擇不同廠家生產(chǎn)的聚酯樹脂,以TGIC為固化劑,按m(聚酯)/m(TGIC)=92.5/7.5進(jìn)行配方設(shè)計(jì)。顏填料質(zhì)量分?jǐn)?shù)為30%,其中鈦白粉含量為25%。所得白色聚酯粉末涂料的試驗(yàn)結(jié)果見表2所示。表2的數(shù)據(jù)表明,不同廠家的聚酯樹脂用TGIC固化,其膠化時(shí)間、熔融水平流動(dòng)性均有一定的差別。有些樹脂的差別較大,這是因?yàn)椴煌瑥S家的聚酯樹脂在原材料成分、結(jié)構(gòu)、反應(yīng)活性、熔融粘度等方面均存在差別,最終導(dǎo)致粉末涂料之間的差別。因此,為了得到涂膜性能滿意的產(chǎn)品,必須選擇合適的、相匹配的、質(zhì)量穩(wěn)定的聚酯樹脂品種。3.2有很強(qiáng)的固化能力目前,聚酯粉末涂料中最常用的固化劑是TGIC和HAA2種。TGIC固化劑的特點(diǎn)是固化反應(yīng)時(shí)沒有副產(chǎn)物生成,厚膜噴涂時(shí)也不容易產(chǎn)生針孔和豬毛孔等弊病,涂膜烘烤時(shí)耐泛黃性好,涂膜耐侯性等綜合性能也很好。缺點(diǎn)是固化溫度比HAA高,固化時(shí)間長(zhǎng),而且粉末涂料有一定毒性。HAA固化劑的特點(diǎn)是固化溫度比TGIC體系低,固化劑用量比TGIC少,粉末涂料儲(chǔ)存穩(wěn)定性比TGIC體系好,粉末涂料沒有毒性。缺點(diǎn)是固化反應(yīng)有副產(chǎn)物形成,厚噴涂時(shí)容易產(chǎn)生針孔、豬毛孔等弊病;涂膜過烘烤耐泛黃性和耐久性不如TGIC體系。因此有必要根據(jù)用戶的要求,選擇用戶滿意的固化劑體系。不同固化劑用量對(duì)粉末涂料涂膜性能的影響見表3。表3表明,不同固化劑體系的粉末涂料在同一溫度下的膠化時(shí)間差別較大,因此固化時(shí)間的差別也較大。在同一固化劑體系中,固化劑的用量對(duì)膠化時(shí)間有一定的影響,對(duì)粉末涂料的熔融水平流動(dòng)性影響不大;但對(duì)涂膜的沖擊強(qiáng)度影響較大,當(dāng)固化劑的用量減少時(shí),涂膜的抗沖擊強(qiáng)度變差。因此在設(shè)計(jì)粉末配方時(shí),應(yīng)以原料廠家推薦的用量為基礎(chǔ),再通過試驗(yàn)選擇合理的固化劑用量。3.3涂膜的流平劑有效果在聚酯粉末涂料中,助劑是不可缺少的組成成分。對(duì)于涂膜外觀要求平整的粉末涂料,例如高光、有光、半光和無光的粉末涂料來說,都必須加流平劑。在TGIC固化的高光聚酯粉末涂料中流平劑用量的影響見表4。表4結(jié)果表明,當(dāng)配方中沒有流平劑或流平劑用量少時(shí),涂膜全板縮孔或者個(gè)別縮孔。而用量在成膜物質(zhì)的1.0%(質(zhì)量分?jǐn)?shù))以上時(shí),可以得到無縮孔的平整涂膜。由于流平劑是粘稠狀液體,可以降低粉末涂料的熔融粘度,有利于改進(jìn)涂末流平性。然而加多了會(huì)降低粉末涂料的貯存穩(wěn)定性,且流平劑容易浮到涂膜表面,從而降低涂膜的耐污染性和涂膜光澤,所以流平劑的質(zhì)量分?jǐn)?shù)最好不要超過1.5%。經(jīng)驗(yàn)證明,光亮劑(701)對(duì)含聚丙烯酸丁酯流平劑(505)的聚酯粉末涂料體系有良好的分散和助流平作用,適當(dāng)添加701對(duì)涂膜外觀有明顯的改進(jìn),但是添加量應(yīng)控制在成膜物質(zhì)量的2.0%以下,加多了會(huì)影響涂膜的抗沖擊強(qiáng)度。另外,為了促使粉末涂料中的水分易于逸出,應(yīng)在配方中加入安息香?？紤]到涂膜的泛黃問題,HAA固化體系中安息香的加入量要比TGIC固化體系少,安息香的質(zhì)量為成膜物的0.6%左右就可以了。為了進(jìn)一步滿足粉末涂料耐侯性和耐久性的要求,有些聚酯粉末涂料需要添加紫外光吸收劑、抗氧劑等穩(wěn)定劑。為適應(yīng)多孔性鑄件、鑄鋁、鍍鋅件等產(chǎn)品的涂裝要求,還需要在配方中添加消泡劑等助劑。為改進(jìn)粉末涂料的帶電效果,配方中需要添加增電劑或摩擦帶電劑等助劑。3.4環(huán)保涂料的影響3.4.1tgic固化的鈦白粉末涂料選用不同規(guī)格的金紅石型鈦白粉R940、R930、R902、R706、R244、R568和銳鈦型鈦白粉A01-01配制TGIC固化的聚酯粉末涂料,試驗(yàn)結(jié)果見表5。表5結(jié)果表明,不同規(guī)格的鈦白粉對(duì)聚酯粉末涂料膠化時(shí)間、熔融水平流動(dòng)性有明顯的影響,尤其是金紅石型和銳鈦型鈦白粉之間的差別較大,金紅石型鈦白粉品種之間差別相對(duì)較小。在設(shè)計(jì)粉末涂料配方時(shí),不能忽視鈦白粉品種對(duì)粉末涂料和涂膜性能的影響,應(yīng)根據(jù)鈦白粉品種選擇能滿足涂膜性能的配方。3.4.2施工原料的選擇選擇不同的顏料品種如耐曬黃、酞菁綠、永固紅、橘黃、鐵紅、碳黑等配制TGIC固化的聚酯粉末涂料體系,試驗(yàn)結(jié)果見表6。表6結(jié)果表明,不同顏料品種對(duì)TGIC固化的聚酯粉末涂料膠化時(shí)間、熔融水平流動(dòng)性的影響有明顯差別。其主要原因是不同顏料品種在粉末涂料體系中的分散性不同,而且,由于顏料吸油量、化學(xué)結(jié)構(gòu)的差異,使得它們對(duì)粉末涂料的熔融粘度和化學(xué)反應(yīng)活性也有不同的影響,使粉末涂料膠化時(shí)間和熔融水平流動(dòng)性產(chǎn)生差別。為了得到滿意的涂膜外觀和性能,必須選擇好的顏料品種。顏料用量對(duì)粉末涂料和涂膜性能也有影響。碳黑和有機(jī)顏料的吸油量大,在滿足著色力和遮蓋力的前提下,應(yīng)該盡量減少使用量,以利于涂膜外觀的改進(jìn)和產(chǎn)品成本的降低。一般情況下,顏料用量過多,粉末涂料的熔融粘度將增加,熔融水平流動(dòng)性降低,涂膜流平性變差,甚至對(duì)涂膜抗沖擊強(qiáng)度產(chǎn)生負(fù)面影響。如果顏料用量不足,將使涂膜遮蓋力達(dá)不到要求。所以適宜的顏料用量非常重要。對(duì)于一些著色力強(qiáng)、遮蓋力差的有機(jī)顏料而言,必須與遮蓋力強(qiáng)的無機(jī)顏料配合使用才能得到平整性好、遮蓋力也好的粉末涂膜。另外從粉末涂料的耐侯性考慮選擇耐光7級(jí)以上且耐侯性好的顏料品種是必要的。3.5tgic固化涂膜的制備選擇不同填料品種如超細(xì)硫酸鋇、沉淀硫酸鋇、消光硫酸鋇、超細(xì)高嶺土、云母粉輕質(zhì)碳酸鈣、滑石粉、超細(xì)滑石粉等配制TGIC固化的聚酯粉末涂料,試驗(yàn)結(jié)果見表7。表7結(jié)果表明,不同填料品種對(duì)TGIC固化的聚酯粉末涂料膠化時(shí)間有一定的影響,對(duì)熔融水平流動(dòng)性的影響以及對(duì)涂膜外觀、光澤、鉛筆硬度和沖擊強(qiáng)度的影響比較大。究其原因是填料品種之間吸油量、粒度大小和分布、密度和硬度以及分散性等差別較大。為了得到用戶滿意的涂膜外觀和性能,必須確定合適的填料品種,同時(shí)還要考慮填料用量。填料用量較大有利于提高涂膜硬度等性能,以及降低粉末涂料的產(chǎn)品成本,但對(duì)涂膜的致密性和沖擊強(qiáng)度產(chǎn)生負(fù)面影響。4助劑、樹脂和固化劑用量是聚酯粉末涂料配方設(shè)計(jì)的重要因素不同聚酯樹脂,不同固化劑及其不同用量,不同助劑、顏料和填料對(duì)聚酯粉末涂料涂膜性能的影響研究表明:樹脂和固化劑是決定聚酯粉末涂