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鋁型材用粉末涂料原材料篩選方法淺談

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摘要:本文介紹了鋁型材用粉末涂料的主要原材料,并簡單闡述了不同原材料的作用及其篩選和檢測的方法。


前言:粉末涂料作為一種具有無溶劑、無污染、可收回和節(jié)能等優(yōu)點的涂料,目前已經(jīng)逐漸占領(lǐng)著一定份額的涂料市場。


其中一種以TGIC為固化劑,端羧基飽和聚酯為基礎(chǔ)樹脂的純聚酯熱固性粉末涂料,可以被廣泛地應(yīng)用到鋁型材涂裝領(lǐng)域。


該種鋁型材用粉末涂料主要由聚酯樹脂、固化劑、助劑、顏料和填料組成,本文將闡述這些原材料的篩選和檢測方法。


1、原料選擇


1.1聚酯樹脂的選擇


樹脂是熱固性粉末涂料的主要成膜物質(zhì),樹脂的結(jié)構(gòu)和性能是決定粉末涂料質(zhì)量和涂膜性能的主要因素。


對于聚酯樹脂的篩選,一般考慮在大型樹脂廠家的鋁型材專用聚酯樹脂中選擇,然而由于不同廠家之間的樹脂配方的差別,聚酯樹脂之間的性能指標(biāo)有一定的差別。


要考慮篩選出涂膜性能好、性價比高的聚酯樹脂,必須比較不同廠家的樹脂,在不同體系的配方中的性能,從而篩選出適合的聚酯樹脂。


例如,要從聚酯樹脂A和B篩選出適合的聚酯,先根據(jù)以下四個配方,用同樣的擠出、磨粉工藝制粉,然后分別測試該四個粉末的性能及其涂膜性能。


主要測試對比的性能有:粉末的膠化時間、粒度和熔融流動性以及涂膜的外觀、機(jī)械性能、耐沸水性、耐高溫性和耐侯性等性能。


聚酯樹脂A和聚酯樹脂B配制聚酯平面粉末涂料配方見表1;聚酯樹脂A和聚酯樹脂B配制聚酯砂紋粉末涂料配方見表2。



從上述兩組實驗結(jié)果對比可以知道,在平面體系里,樹脂A的膠化時間較長,表面流平較好,雖然耐沸水性要比樹脂B差,但耐老化性能要好于樹脂B,所以,從技術(shù)角度綜合來看,樹脂A更適合用于做平面粉;


但在砂紋體系里,樹脂B的耐沸水性較好,表面紋路較明顯、較細(xì)膩,光澤也較低,所以樹脂B更適合用于做砂紋粉。


總而言之,對于鋁型材用戶外粉末涂料,對涂膜的耐候性、耐高溫性和粉末的儲存穩(wěn)定性要求較高,所以選用的聚酯樹脂,要求其在耐候性、耐沸水性以及耐高溫性和儲存穩(wěn)定性要具有一定的優(yōu)勢。


但不同的樹脂各有各的優(yōu)缺點,可能在不同體系的粉末里所表現(xiàn)出來的性能也不一致。


對于平面體系的粉末涂料,選用的聚酯樹脂要有較好的流平和較好的機(jī)械性能;對于砂紋體系的粉末涂料,要選用機(jī)械性能、耐沸水性較好和表面紋路較細(xì)的聚酯樹脂;


對于雙組分干混體系。要選擇快、慢組分粒徑分布較均勻,光澤穩(wěn)定性、儲存穩(wěn)定性較好和較易消光的樹脂。所以在選擇聚樹脂的過程中,要全方面檢測樹脂在不同體系里的性能,從而篩選出最適合的樹脂。


1.2固化劑的選擇


固化劑與樹脂發(fā)生交聯(lián)反應(yīng),使涂料能夠固化成膜得到具有一定物理力學(xué)性能和耐化學(xué)性能的涂膜。


一般純聚酯的粉末涂料選用異氰脲酸三縮水甘油酯(TGIC)或者羥烷基酰胺(HAA)作為固化劑。


其中TGIC所配制的粉末摩擦帶電性和儲存穩(wěn)定性較差,但是與樹脂固化反應(yīng)沒有副產(chǎn)物產(chǎn)生,且耐溫性和耐泛黃性較好;


而HAA固化劑的毒性相比TGIC明顯要小很多,且儲存穩(wěn)定性較好,但與樹脂固化反應(yīng)時會釋放出小分子的水,而且其耐溫性和耐泛黃性較差,不適合厚涂至100μm以上,膜厚在100μm以上時容易出現(xiàn)針孔。


目前,鋁型材用粉末涂料的固化劑主要以TGIC為主。


對于固化劑的篩選,我們主要是從固化劑的冒煙狀況、耐高溫性能以及涂膜的性能等方面進(jìn)行檢測分析。


例如,對三種不同廠家的固化劑進(jìn)行對比檢測,首先我們將各取10g固化劑樣品置于220℃的烤箱中烘烤15min,然后觀察其冒煙狀況以及熔融狀態(tài)。三種不同廠家TGIC固化劑的特點見表3。


23.jpg


從實驗結(jié)果可以看出,熔融狀態(tài)三者均相似,均沒出現(xiàn)烤焦的情況,但固化劑A的失重較大(肉眼觀察A的冒煙少,可能是因為烘烤時揮發(fā)了一些肉眼看不到的物質(zhì)),可以不考慮使用;


固化劑B和固化劑C的失重差不多,但是固化劑B的冒煙較多,所以優(yōu)先選擇固化劑C。


當(dāng)然,還要對B和C這兩種固化劑制成的涂膜的性能進(jìn)行檢測,主要根據(jù)對比兩者涂膜的機(jī)械性能、表面流平、耐沸水性、耐候性以及在木紋體系的轉(zhuǎn)印效果等進(jìn)行進(jìn)一步篩選。


1.3填料的選擇


填料也是粉末涂料中不可或缺的組成部分,主要起到提高涂膜硬度、剛性和抗劃傷性等性能的作用,當(dāng)然還能降低一定的成本。


填料的種類有硫酸鋇、重晶石粉、輕質(zhì)碳酸鈣、重質(zhì)碳酸鈣以及硅微粉等。填料一般選擇要吸油量小、分散性好且不含有重金屬的品種。


目前,鋁型材用粉末涂料主要選擇硫酸鋇作為填料。對于填料,主要檢測填料的純度、白度以及是否含有其他異物,一般用水洗過篩和酸洗進(jìn)行檢測。


例如檢測硫酸鋇,首先取硫酸鋇試樣150-200g到400目標(biāo)準(zhǔn)網(wǎng)篩中,放入水中進(jìn)行水洗,以網(wǎng)篩中留下雜質(zhì)多少評判硫酸鋇的品質(zhì),雜質(zhì)越多則認(rèn)為硫酸鋇的品質(zhì)越差;


然后取少量硫酸鋇試樣于小燒杯中,逐漸滴入10%鹽酸溶液,觀察是否有氣泡產(chǎn)生。例如,下表4是三種不同廠家硫酸鋇的檢測結(jié)果。


24.jpg


實驗結(jié)果表明,硫酸鋇B酸洗有少量氣泡產(chǎn)生,說明該硫酸鋇含有能與鹽酸反應(yīng)的其他物質(zhì)(如碳酸鈣),不能使用;硫酸鋇C水洗酸洗均合格,可以考慮使用;硫酸鋇A有少量的篩余物,可能做出的粉末涂料的涂膜容易出現(xiàn)沙粒,也不建議使用。


一般鋁型材用粉末要求在薄涂時(指40μm左右的膜厚)沒有砂粒,所以還要考慮填料的粒度分布,不能有較粗的顆粒。


此外,如果要替換現(xiàn)用的填料,在水洗、酸洗都合格的情況下,還要考慮填料的白度,不能對涂膜的顏色有影響,不同批次填料的白度也要相近,不能相差太大。


1.4助劑的選擇


助劑雖然用量不多,但在粉末涂料中的作用也是很大的。對于助劑的選擇,一般要求其相容性好、容易分散、無毒或者低毒且冒煙要較少。


所有助劑的檢測,首先都要先取10g助劑樣品置于200℃的烤箱中烘烤10min,然后觀察其冒煙狀況和熔融狀態(tài)以及測量它的失重。


冒煙能達(dá)到要求了,再進(jìn)行其他相關(guān)性能的檢測。由于助劑的種類較多,本文主要對常用幾種助劑的篩選檢測進(jìn)行闡述。


1.4.1脫氣劑的檢測


脫氣劑是當(dāng)粉末涂料熔融流平成膜時,使粉末中含有的空氣、水分和小分子化合物等揮發(fā)物質(zhì)脫逸出來,并使出現(xiàn)的針孔得到彌合,從而避免涂膜出現(xiàn)針孔或者豬毛孔等弊病,所以脫氣劑在平面粉涂料中必不可少。


脫氣劑一般需要檢測其冒煙狀況、高溫抗黃變性以及出現(xiàn)針孔的最低膜厚。例如,下表5是三種不同類型的脫氣劑檢測結(jié)果。


25.jpg


通過實驗對比可知,脫氣劑A的冒煙較多,但抗黃變性較好且不易出現(xiàn)針孔,可以少量使用;脫氣劑B雖然冒煙較少,但抗黃變性較差且容易出現(xiàn)針孔,所以不建議使用;


脫氣劑C冒煙少,抗黃變性較好,較不容易出現(xiàn)針孔,可以適用于大部分的平面體系中,但對于一些高光澤的平面粉可能會出現(xiàn)針孔,不建議使用,如果要用,可以加少量的脫氣劑A配合使用。


總之,冒煙少、抗黃變性好,又能避免針孔等弊病的出現(xiàn),且不會影響粉末涂膜的其他性能的脫氣劑是最適合選擇。


1.4.2蠟粉的檢測


蠟粉由于在成膜過程中會遷移到涂膜表面形成均勻分布的保護(hù)層,降低涂膜的表面摩擦系數(shù),從而提高涂膜的抗劃傷性和潤滑性能。


一般蠟粉的種類有聚乙烯蠟、聚丙烯蠟、聚四氟乙烯蠟、聚酰胺蠟以及改性聚乙烯蠟等。


根據(jù)蠟粉的作用,蠟粉的檢測一般是對比涂膜的硬度以及冒煙狀況,當(dāng)然是以添加該蠟粉后不影響涂膜的其他性能為前提。以下表6是四種蠟粉的對比檢測結(jié)果。


26.jpg


根據(jù)實驗結(jié)果,蠟粉C由于冒煙,失重較多,不考慮使用;蠟粉D由于其對應(yīng)的涂膜硬度較差,也不考慮使用;


蠟粉A和B性能均相似,均能滿足要求,可以根據(jù)廠家提供的價格進(jìn)行篩選。簡而言之,一般要選擇冒煙少,能提高硬度且不影響涂膜其他性能的蠟粉。


1.4.3消光劑的檢測


消光劑是通過消光劑與成膜物之間的相容性不好而產(chǎn)生的消光作用,主要是物理作用。在熱固性粉末涂料中,常用的消光劑有蠟型消光劑和非蠟型消光劑兩種。


一般蠟型消光劑的消光能力較強(qiáng)、儲存穩(wěn)定性較好以及涂膜的耐沸水性較好;而非蠟型消光劑的熱穩(wěn)定性較好、耐泛黃性較好以及涂膜的流平性很好。


所以消光劑的篩選第一步就要根據(jù)粉末涂料的性能要求進(jìn)行選擇哪一類型的消光劑更適合。


一般消光劑的冒煙較多,所以為了避免涂膜烘烤時冒煙多的情況,建議選擇冒煙較少的消光劑。


另外,消光劑的消光能力、耐高溫性能、貯存穩(wěn)定性以及對樹脂的選擇性也是必要檢測的方面,這些結(jié)果也要作為是否選用的依據(jù)。


1.4.4流平劑和光亮劑的檢測


流平劑和光亮劑在平面粉中是必不可少的助劑。一般兩者配套使用,可以使粉末熔融流平時的表面張力分布均勻,避免涂膜出現(xiàn)針孔和縮孔等弊病。


在流平劑和光亮劑的篩選過程中,除了保證不影響粉末和涂膜的其他性能外,要注意不同廠家的流平劑和光亮劑之間的相容性,是否會相互干擾的問題。


1.5顏料的選擇


1.5.1普通顏料的檢測


顏料在粉末涂料中的主要作用是遮蓋底材和起到裝飾的效果。常用的顏料有無機(jī)顏料和有機(jī)顏料兩種。


無機(jī)顏料的耐溫性能和耐候性能比較好、顏色比較穩(wěn)定,但著色力差、顏色不鮮艷;有機(jī)顏料的著色力強(qiáng)、顏色鮮艷、無毒,但耐候性和耐溫性較差。


顏料的選擇首先要考慮顏料的吸油量,吸油量過高會對涂膜的流平造成影響;然后要檢測顏料對涂膜的耐沸水性、耐候性的影響;


接著要對顏料的耐高溫性能進(jìn)行檢測,耐高溫性能的檢測一般是將噴涂完的樣板放置于180℃、200℃、220℃、240℃四個溫度的烤箱中烘烤10min,然后以200℃/10min的涂膜為標(biāo)準(zhǔn)對比其他三個溫度涂膜的光澤以及顏色的變化;


最后還要檢測顏料的遮蓋力,一般是根據(jù)40-60μm、60-80μm、80-100μm三種不同膜厚的色差進(jìn)行比較。最終根據(jù)結(jié)果,優(yōu)先選擇遮蓋力高,耐候性、耐酸耐堿性好,耐高溫性能好的顏料。


1.5.2金屬顏料的檢測


金屬顏料是指含有金屬效果的顏料,一般有珠光顏料、鋁粉、銅金粉等。通過加入金屬顏料可以大大提高粉末涂膜的裝飾性。


對于金屬顏料,首先要檢測金屬顏料的粒度,粒度越大的金屬顏料,表面金屬閃爍效果越好,對底色的遮蓋越弱;反之粒度越小的,對底色的遮蓋力越強(qiáng),光澤越柔和;


然后要對加入金屬顏料的粉末涂膜進(jìn)行耐酸性、耐堿性以及耐砂漿性等性能的檢測。在金屬粉末的選擇過程中,在能滿足表面的裝飾效果下,盡量選擇耐化學(xué)性能較好的金屬顏料。


2、結(jié)束語


鋁型材用粉末涂料作為新型環(huán)保節(jié)能的涂料,近幾年已經(jīng)逐漸取代原本的傳統(tǒng)涂料。而要制造一種綜合性能優(yōu)異的粉末涂料,原材料的選擇是至關(guān)重要的。


當(dāng)然,在原材料選擇過程中,在確保能滿足客戶對粉末涂料的性能要求下,盡量選擇無污染、無毒的原材料。


從粉末涂料生產(chǎn)環(huán)保和涂裝使用人員的健康考慮,建議今后逐步減少TGIC固化劑的使用量,提高HAA固化劑的使用量,最后達(dá)到完全替代的目標(biāo)。


更新日期:2023-01-31