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,每種組分的選擇對涂膜性能都有較大的影響。本文主要研究了這些組分對粉末涂料和涂膜性能的影響,對人們不太重視的顏料和填料作了比較詳細的研究。這些數(shù)據(jù)對聚酯粉末涂料配方設計提供了有說服力的依據(jù),為設計使用戶滿意的聚酯粉末涂料配方提供參考。2試驗部分2.1試驗儀器與測試設備試驗中基礎配方所用原料的名稱以及生產(chǎn)廠家如表1所示。試驗中使用的設備及儀器主要有D30mm雙螺桿擠出機(南京寧利實業(yè)有限公司),小型高速微細粉碎機(北京環(huán)亞天元機械技術有限公司),粉末涂料靜電噴涂設備(上海良時涂裝設備有限公司),粉末涂料膠化時間測定儀(武漢理科技術有限公司)和水平熔融流動性測定儀(德盛檢測設備有限公司),涂膜光澤測定儀、涂膜沖擊強度試驗器、涂膜柔韌性測定儀以及鉛筆硬度計(4種儀器均為北京泰格試驗儀器有限公司)等。2.2出機膠化時間和流動性測定按配方稱量原材料,放在塑料袋內混合均勻,在D30mm雙螺桿擠出機中熔融擠出,冷卻,用小型高速微細粉碎機粉碎,然后過180目標準篩,在規(guī)定溫度條件下測定膠化時間和流動性;在6kV電壓下靜電粉末噴涂,在規(guī)定溫度條件下烘烤固化,然后測定涂膜物理機械性能。3結果與討論3.1聚酯粉末涂料配方設計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進行配方設計。顏填料質量分數(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結果見表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,其膠化時間、熔融水平流動性均有一定的差別。有些樹脂的差別較大,這是因為不同廠家的聚酯樹脂在原材料成分、結構、反應活性、熔融粘度等方面均存在差別,最終導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、質量穩(wěn)定的聚酯樹脂品種。3.2有很強的固化能力目前,聚酯粉末涂料中最常用的固化劑是TGIC和HAA2種。TGIC固化劑的特點是固化反應時沒有副產(chǎn)物生成,厚膜噴涂時也不容易產(chǎn)生針孔和豬毛孔等弊病,涂膜烘烤時耐泛黃性好,涂膜耐侯性等綜合性能也很好。缺點是固化溫度比HAA高,固化時間長,而且粉末涂料有一定毒性。HAA固化劑的特點是固化溫度比TGIC體系低,固化劑用量比TGIC少,粉末涂料儲存穩(wěn)定性比TGIC體系好,粉末涂料沒有毒性。缺點是固化反應有副產(chǎn)物形成,厚噴涂時容易產(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間差別較大,因此固化時間的差別也較大。在同一固化劑體系中,固化劑的用量對膠化時間有一定的影響,對粉末涂料的熔融水平流動性影響不大;但對涂膜的沖擊強度影響較大,當固化劑的用量減少時,涂膜的抗沖擊強度變差。因此在設計粉末配方時,應以原料廠家推薦的用量為基礎,再通過試驗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結果表明,當配方中沒有流平劑或流平劑用量少時,涂膜全板縮孔或者個別縮孔。而用量在成膜物質的1.0%(質量分數(shù))以上時,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,有利于改進涂末流平性。然而加多了會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,所以流平劑的質量分數(shù)最好不要超過1.5%。經(jīng)驗證明,光亮劑(701)對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,適當添加701對涂膜外觀有明顯的改進,但是添加量應控制在成膜物質量的2.0%以下,加多了會影響涂膜的抗沖擊強度。另外,為了促使粉末涂料中的水分易于逸出,應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,安息香的質量為成膜物的0.6%左右就可以了。為了進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,試驗結果見表5。表5結果表明,不同規(guī)格的鈦白粉對聚酯粉末涂料膠化時間、熔融水平流動性有明顯的影響,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較小。在設計粉末涂料配方時,不能忽視鈦白粉品種對粉末涂料和涂膜性能的影響,應根據(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,試驗結果見表6。表6結果表明,不同顏料品種對TGIC固化的聚酯粉末涂料膠化時間、熔融水平流動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、化學結構的差異,使得它們對粉末涂料的熔融粘度和化學反應活性也有不同的影響,使粉末涂料膠化時間和熔融水平流動性產(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。顏料用量對粉末涂料和涂膜性能也有影響。碳黑和有機顏料的吸油量大,在滿足著色力和遮蓋力的前提下,應該盡量減少使用量,以利于涂膜外觀的改進和產(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,熔融水平流動性降低,涂膜流平性變差,甚至對涂膜抗沖擊強度產(chǎn)生負面影響。如果顏料用量不足,將使涂膜遮蓋力達不到要求。所以適宜的顏料用量非常重要。對于一些著色力強、遮蓋力差的有機顏料而言,必須與遮蓋力強的無機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硫酸鋇、沉淀硫酸鋇、消光硫酸鋇、超細高嶺土、云母粉輕質碳酸鈣、滑石粉、超細滑石粉等配制TGIC固化的聚酯粉末涂料,試驗結果見表7。表7結果表明,不同填料品種對TGIC固化的聚酯粉末涂料膠化時間有一定的影響,對熔融水平流動性的影響以及對涂膜外觀、光澤、鉛筆硬度和沖擊強度的影響比較大。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,但對涂膜的致密性和沖擊強度產(chǎn)生負面影響。4助劑、樹脂和固化劑用量是聚酯粉末涂料配方設計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