摘 要 : 研究了不同型號鈦白粉、無機顏料、有機顏料、填料的品種和用量對聚酯環氧粉末涂料的影響 , 為科學合理地設計粉末涂料的配方提供依據。
關鍵詞 : 顏填料 ; 聚酯環氧粉末涂料 ; 配方設計
引 言
聚酯環氧粉末涂料是我國最主要的粉末涂料產品之一 , 由聚酯樹脂、環氧樹脂、顏填料和助劑等組成。雖然聚酯樹脂和環氧樹脂是影響聚酯環氧粉末涂料性能的主要因素 , 但是顏填料對其的影響也不容忽視。本文研究了各種鈦白粉、中鉻黃、鐵綠、鐵紅、鐵黃、耐曬黃Ｇ、酞菁綠、酞菁藍ＢＧＳ、大紅ＢＢＮ、艷紅、永固紅Ｆ 3 ＲＫ、永固紅Ｆ 5 ＲＫ和炭黑等顏料 , 各種硫酸鋇、碳酸鈣、高嶺土、滑石粉、云母粉等填料 , 及其不同用量對聚酯環氧粉末涂料性能的影響。
1 實驗部分
• 原材料
本試驗選擇 50 ∶ 50 聚酯環氧粉末涂料配方 , 聚酯樹脂選用高酸值 (72 ｍｇＫＯＨ / ｇ ) 樹脂 , 環氧樹脂選用環氧值 0 12 的Ｅ -12 樹脂。消光粉末涂料選用聚酯樹脂 ( 酸值為 33 ｍｇＫＯＨ / ｇ ) 、Ｅ -12 環氧樹脂和環脒酸酐消光固化劑體系。在上述 2 個體系中都使用流平劑 (503) 、光亮劑 (701) 和安息香等助劑 , 然后改變顏填料品種和填料用量。
1.2 試驗設備
30 ｍｍ雙螺桿擠出機 ; 小型高速微細粉碎機 ; 粉末涂料膠化時間和熔融水平流動性測定儀 ; ＴＣ - ＰＥＡ全自動測色色差計 ; 高壓靜電粉末噴涂設備 ; ＷＧＧ 60 光澤度儀等。
1.3 試驗方法
按配方稱取 300 ｇ原料 , 經預混合 , 用Φ 30 ｍｍ擠出機熔融擠出混合 , 壓片冷卻 , 然后用小型高速微細粉碎機粉碎 , 用 180 目標準篩過篩 , 制得粉末涂料。測定粉末涂料的膠化時間和熔融水平流動性。采用高壓靜電粉末噴涂設備 , 在 50 ｋＶ電壓下將粉末涂料靜電噴涂在 0 5 ｍｍ冷軋鋼板上 , 有光粉末涂料在 180 ℃固化 15 ｍｉｎ , 消光粉末涂料在 190 ℃固化 15 ｍｉｎ , 冷卻后在室溫下測定涂膜性能。
2 結果與討論
2.1 不同型號鈦白粉的影響鈦
白粉是白色聚酯環氧粉末涂料常用的白色顏料。選擇常用的白色聚酯環氧粉末涂料配方 , 對不同類型的鈦白粉Ａ 0101 、Ｒ 940 、Ｒ 902 、Ｒ 244 、Ｒ 930 和Ｒ 706 進行比較試驗 , 其結果見表 1 。
注 : 鈦白粉用量為 24%, 填料為沉淀硫酸鋇 , 顏填料用量為 30% 。
由表 1 可見 , 不同類型的鈦白粉 , 由于制造工藝、晶型和表面處理方法不同 , 它們的化學成分和性質不同, 對聚酯環氧粉末涂料的化學反應活性和分散性影響不同 , 對粉末涂料的膠化時間和熔融水平流動性有明顯的影響 , 對涂膜的流動性、光澤、色差和耐沖擊性也有影響。試驗數據表明 , 銳鈦型鈦白粉 ( Ａ 0101) 配制的粉末涂料比金紅石型 ( Ｒ型 ) 鈦白粉配制的粉末涂料活性大 , 膠化時間短 , 熔融水平流動性小 , 涂膜平整性差 , 光澤低。金紅石型鈦白粉之間的技術指標也有明顯的差別。因此 , 根據粉末涂料性能的要求 , 選擇能夠滿足粉末涂料和涂膜性能要求的鈦白粉品種是很重要的。試驗還表明 , 消光聚酯環氧樹脂粉末涂料中 , 銳鈦型鈦白粉比金紅石型鈦白粉更易使涂膜變色或泛黃, 因此這種涂料體系最好使用金紅石型鈦白粉。
2 顏料品種的影響為
了比較不同顏料品種對聚酯環氧粉末涂料和涂膜性能的影響 , 以鈦白、中鉻黃、鐵綠、鐵紅、鐵黃為一組 , 以耐曬黃Ｇ、酞菁綠、酞菁藍ＢＧＳ、大紅ＢＢＮ、艷紅、永固紅Ｆ 3 ＲＫ和永固紅Ｆ 5 ＲＫ為另一組進行試驗 , 其結果分別見表 2 和表 3 。
3 有機顏料對聚酯環氧粉末涂料的影響
對比性能耐曬黃Ｇ酞菁綠酞菁藍ＢＧＳ大紅ＢＢＮ艷紅永固紅Ｆ 3 ＲＫ 永固紅Ｆ 5 ＲＫ顏料用量 /%2 12 12 12 12 12 12 1 顏
填料用量 /%30 330 330 330 330 330 330 3
膠化時間 (180 ℃ )/ ｓ 194205180196254186193
熔融水平流動性 ( 180 ℃ )/ ｍｍ 2
膜外觀
表 2 、 3 結果表明 , 各種顏料對聚酯環氧粉末涂料反應活性有不同的影響 , 而且顏料的吸油量和分散性的差別影響到粉末涂料的熔融水平流動性和涂膜的流平性、光澤和耐沖擊性。因此 , 在粉末涂料配方設計中應充分考慮顏料對粉末涂料和涂膜性能的影響。另外 , 炭黑也是常用的黑色顏料。選擇高耐磨炭黑、日本ＭＡ -100 炭黑、高色素炭黑、德國ＸＰＢ 90 炭黑等進行試驗 , 結果表明 : 不同品種的炭黑對聚酯環氧粉末涂料的膠化時間、熔融水平流動性沒有明顯的影響 , 對涂膜的外觀、光澤和耐沖擊性也沒有明顯的影響 , 只是對色差有明顯影響。
2 .3 填料品種的影響
填料是聚酯環氧粉末涂料的重要組分之一 , 除了白色粉末涂料外 , 大部分有色粉末涂料中 , 填料用量高于顏料用量 , 填料對粉末涂料和涂膜性能的影響也不可忽視。
2 .3.1 填料品種的影響
選擇沉淀硫酸鋇、消光硫酸鋇、輕質碳酸鈣、消光重質碳酸鈣、超細高嶺土、滑石粉和云母粉 , 對聚酯環氧粉末涂料體系和涂膜性能的影響進行比較 , 其結果見表 4。
填料品種對聚酯環氧粉末涂料的影響對比性能沉淀硫酸鋇消光硫酸鋇輕質碳酸鈣消光重質碳酸鈣超細高嶺土滑石粉云母粉填料用量 /%26 026 026 026 026 026 026 0 顏填料用量 /%32 832 832 832 832 832 832 8 膠化時間 (180 ℃ )/ ｓ 120127129137128141145 熔融水平流動性 (180 ℃ )/ ｍｍ 25 6-24 525 726 518 026 1 涂膜外觀 光亮 , 豐滿 , 輕微桔紋較平整 豐滿 , 輕微桔紋很平整 較平整 砂紋 較平整 60 °光澤 98 866 992 670 970 959 457 7 耐沖擊性 / ｃｍ 50, 通過正反沖擊 50, 通過正反沖擊 50, 通過正沖擊 , 未通過反沖擊 50, 通過正反沖擊 50, 通過正反沖擊 50, 通過正沖擊 , 未通過反沖擊 50, 通過正沖擊 , 未通過反沖擊鉛筆硬度 2 Ｈ 2 Ｈ 3 Ｈ 3 Ｈ 4 Ｈ 4 Ｈ 5 Ｈ 注 : 該涂料配方為藍色 , 顏料為鈦白粉和酞菁藍 , 填料為單一品種。 由表 4 可見 : 填料品種對聚酯環氧粉末涂料的膠化時間和熔融水平流動性有明顯的影響 ; 對涂膜的流平性、光澤、耐沖擊性和鉛筆硬度也有明顯影響。其主要原因是填料的化學組成不同 , 密度、硬度、粒度分布和吸油量等物理性質不同 , 這將影響聚酯環氧粉末涂料的反應活性和熔融粘度 , 同時也影響涂膜的流平性、光澤、耐沖擊性和鉛筆硬度等性能。因此 , 在設計粉末涂料配方時 , 根據粉末涂料和涂膜性能的要求 , 選擇合適的填料品種也是很重要的。
2.3.2 不同硫酸鋇的影響硫酸鋇是價格便宜、化學穩定性好、分散性好的填料 , 是各種粉末涂料最常用的填料品種。選用超細硫酸鋇、沉淀硫酸鋇、消光硫酸鋇、不同粒度分布硫酸鋇等 9 個品種對聚酯環氧粉末涂料的影響進行試驗。試驗結果表明 , 不同廠家、不同規格的硫酸鋇對粉末涂料膠化時間和熔融水平流動性的影響較小 , 對涂膜色差的影響也較小 , 而對涂膜的流平性和光澤的影響較大 ; 超細和沉淀硫酸鋇的光澤均在 95% 以上 , 消光硫酸鋇的光澤只有 67% 。這一結果表明 , 有的硫酸鋇品種適合于高光澤粉末涂料 , 有的硫酸鋇品種適用于低光澤粉末涂料。一般來說 , 沉淀硫酸鋇的松密度小 , 白度高 , 分散性好 , 涂膜光澤高 ; 用重晶石加工的硫酸鋇松密度大 , 顏色較深 , 分散性差 , 涂膜光澤低 , 消光性好 , 但是經過增白處理和超細加工后白度得到提高 , 涂膜的光澤也得到提高。因此 , 根據粉末涂膜外觀和光澤要求 , 選擇硫酸鋇品種是必要的。
2.3.3 不同碳酸鈣的影響碳酸鈣也是聚酯環氧粉末涂料常用的密度較小的填料 , 主要品種是由石灰石制造的輕質碳酸鈣和方解石制造的重質碳酸鈣。研究了超細活性碳酸鈣、輕質碳酸鈣、高光重質碳酸鈣和消光重質碳酸鈣等品種對聚酯環氧粉末涂料的影響。其試驗結果表明 , 碳酸鈣的品種對聚酯環氧粉末涂料膠化時間和熔融水平流動性有一定的影響 ; 對涂膜色差的影響比硫酸鋇小得多 , 但是對涂膜的流平性、光澤和耐沖擊性有明顯影響 , 其中消光重質碳酸鈣的消光效果比較明顯 ( 光澤只有 71%), 而且重質碳酸鈣的涂膜耐沖擊性 ( 通過正反沖擊 50 ｃｍ ), 明顯比輕質碳酸鈣 ( 只通過正沖擊 50 ｃｍ ) 好。其主要原因是重質碳酸鈣的密度大 , 涂膜中的填料體積濃度小。因此 , 在配方設計中 , 根據涂膜性能的要求選擇碳酸鈣的品種也是很重要的。
2.3.4 不同填料對消光粉末涂料的影響選用超細硫酸鋇、消光硫酸鋇和超細高嶺土分別配制消光聚酯環氧粉末涂料 , 聚酯樹脂酸值為 33 ｍｇＫＯＨ / ｇ。不同填料對消光粉末涂料性能的影響見表 5 。表 5 不同填料對消光聚酯環氧粉末涂料的影響 對比性能超細硫酸鋇消光硫酸鋇超細高嶺土熔融水平流動性 (180 ℃ )/ ｍｍ 18 5 23 5 20 4 涂膜外觀很平整很平整很平整耐沖擊性 / ｃｍ 50, 通過正反沖擊 50, 通過正反沖擊 50, 通過正反沖擊 60 °光澤 9 817 619 6 注 : 該涂料配方為藍色 , 消光劑為環脒酸酐 , 填料用量為 24 7%, 顏填料用量為 31 2% 。由表 5 可見 : 在消光聚酯環氧粉末涂料中 , 選用超細硫酸鋇配制粉末涂料的光澤 , 反而比消光性強的消光硫酸鋇和超細高嶺土配制的粉末涂料的光澤低。這一結果表明 , 在消光聚酯環氧粉末涂料體系中 , 其 03 南仁植等 : 顏填料對聚酯環氧粉末涂料的影響
消光作用是 2 種不同固化反應速度的成膜物之間的化學反應差異和相容性不好而產生的 , 在此消光填料起不到明顯的消光作用。
2.4 填料用量的影響以沉淀硫酸鋇為填料 , 其不同用量對聚酯環氧粉末涂料的影響見表 6 。表 6 沉淀硫酸鋇不同用量對聚酯環氧粉末涂料的影響 對 比 性 能沉 淀 硫 酸 鋇 用 量 /%20 226 031 537 042 4 顏填料用量 /%27 832 837 842 847 8 膠化時間 (180 ℃ )/ ｓ 122120127122115 熔融水平流動性 (180 ℃ )/ ｍｍ 26 225 619 316 815 5 涂膜外觀 光亮 , 豐滿 , 輕微桔紋光亮 , 豐滿 , 輕微桔紋光亮 , 豐滿 , 明顯桔紋小皺紋 小皺紋 60 °光澤 98 598 898 684 557 3 耐沖擊性 / ｃｍ 50, 通過正反沖擊 50, 通過正反沖擊 50, 通過正反沖擊 50, 通過正沖擊 , 未通過反沖擊 50, 通過正沖擊 , 未通過反沖擊色差 ( ΔＥ )65 2064 9064 9564 6864 17
注 : 該涂料配方為藍色 , 顏料為鈦白粉和酞菁藍。 由表 6 可見 , 不同沉淀硫酸鋇用量對聚酯環氧粉末涂料的膠化時間沒有明顯影響 , 但是對粉末涂料的熔融水平流動性的影響很大 , 隨其用量的增大 , 涂膜的熔融水平流動性變小 , 流平性變差 , 光澤下降 , 耐沖擊性也變差 , 對涂膜色差也有一定影響。這一結果表明 , 填料用量對聚酯環氧粉末涂料和涂膜性能影響很大。因此根據粉末涂料和涂膜性能要求 , 選擇合適的填料用量是粉末涂料配方設計中應該考慮的重要因素之一。
3 結 語
(1) 不同規格鈦白粉和各種彩色顏料對聚酯環氧粉末涂料的膠化時間和熔融水平流動性有明顯的影響 , 對涂膜的平整性、光澤和耐沖擊性也有明顯的影響。
(2) 不同填料品種和用量對聚酯環氧粉末涂料的膠化時間和熔融水平流動性有一定的影響 , 對涂膜的流平性、光澤和耐沖擊性也有明顯的影響。在設計聚酯環氧粉末涂料配方時 , 應充分考慮顏填料對粉末涂料和涂膜性能的影響 , 以保證粉末涂料和涂膜的性能要求。
