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嘉峪檢測網 2022-05-10 02:47
摘要:從原理上找出丙烯酸消光涂膜缺陷的原因,并實驗論證了粉末涂料配方中各組分對涂膜應用結果的影響,通過引入高交聯密度的羥基體系改善丙烯酸粉末的耐刮傷性能等方法,降低了丙烯酸消光涂層的缺陷。
0.引言
粉末涂料日新月異地向前發(fā)展,新品層出不窮,純聚酯戶外粉末涂料的性能優(yōu)異,應用范圍越來越廣泛,如交通車輛零部件、農用機械零部件、鋁合金門窗、路燈桿柱等。由于不同的產品有不同的外觀需求,單一的高光型粉末涂料滿足不了這種需求,于是出現了戶外消光甚至是無光粉末涂料。
純聚酯體系常用的消光方法為填料消光、添加不相容物比如蠟粉消光、兩種反應速度粉末干混消光、添加消光劑消光等,常用的消光劑一般有催化劑改性蠟消光劑、多元酸+催化劑復合型消光固化劑、復合催化劑+不相容反應性聚合物型消光劑,這些消光方式都有其優(yōu)點,但是這些消光方式都難以實現10以下,甚至是5光澤,只有環(huán)氧丙烯酸樹脂消光才能實現<10光澤且有很好的穩(wěn)定性。丙烯酸在涂料行業(yè)中應用很廣泛,尤其是在水性涂料中,因為丙烯酸涂料具有優(yōu)異的耐候性,且防腐性能不錯,裝飾性能強。但是在粉末涂料中,丙烯酸涂料占有的市場份額卻很小。環(huán)氧基丙烯酸消光粉末涂料可以實現低于10的極致亞光效果,光澤穩(wěn)定,但該類粉末涂料存在天生缺陷,如價格較貴,機械性能差,很難通過50 cm反沖,表面耐劃傷和耐磨性差,表面容易起亮點、花紋等限制了其應用范圍的拓展。本文通過實驗 改進丙烯酸消光出現的抗劃傷差的問題。
1.試驗部分
1.1 主要原材料
羧基聚酯;羥基聚酯;環(huán)氧丙烯酸消光樹脂;脂肪族縮水甘油酯;異氰酸酯;顏、填料;粉末涂料通用助劑(流平劑、安息香);蠟粉。
1.2 實驗儀器
平行雙螺桿擠出機;ACM磨機;靜電噴槍;烘箱;沖擊儀;差示掃描量熱儀(DSC)。
1.3 反應原理
GMA樹脂是基于苯乙烯、甲基丙烯酸酯、丙烯酸酯、甲基丙烯酸縮水甘油酯(GMA)以及其他不飽和單體通過自由基聚合制得的(圖1)。其中,苯乙烯作為硬單體用于提高樹脂的玻璃化轉變溫度(T g);丙烯酸酯作為軟單體,可以提高涂層的柔韌性;GMA為交聯單體,提供可固化交聯的環(huán)氧基團,GMA單體的用量決定涂層交聯密度[1]。
聚酯樹脂中的端羧基與脂肪族縮水甘油酯、環(huán)氧丙烯酸消光樹脂中的環(huán)氧基發(fā)生交聯反應,產生網狀結構形成致密的涂層。環(huán)氧丙烯酸消光樹脂中引入的苯乙烯單體與聚酯相容性差,成膜過程中析出分散于涂膜表面,從而破壞涂層的連續(xù)性,形成微觀粗糙的表面,達到消光目的。但是環(huán)氧丙烯酸消光樹脂中苯乙烯引入越多,將降低涂層的耐候性,同時與聚酯相容性差,將使涂層產生花紋效果。硬單體上浮在涂膜表面,經過劃傷測試,涂膜表面的硬單體被劃破,導致清晰的劃痕出現并伴有光澤的上升。
1.4 設計配方及涂層制備
按照配方進行稱量、預混合、擠出、磨粉、噴涂、固化等步驟制得涂層。
2.結果與討論
2.1 環(huán)氧丙烯酸消光樹脂的選擇
丙烯酸樹脂作為粉末涂料的涂層基料或作為消光劑的原料,國內研發(fā)很多,當量有300,也有當量在550~710左右的,環(huán)氧當量的不同會改變樹脂固化的交聯密度,要想獲得全面的消光性能,GMA的樹脂應滿足GMA單體濃度5%~30%之間,超過30%(對應環(huán)氧當量低于500)得到的實際是有光澤涂層,據此采用市場上銷售的環(huán)氧當量在550~710之間的產品進行試驗[2]。
2.2 聚酯樹脂的選擇
聚酯樹脂酸值越高、反應活性就高,涂層交聯密度大,酸值低則相反。另外由于環(huán)氧丙烯酸樹脂的表面張力與聚酯樹脂的表面張力相差較大,因此,需要選擇與環(huán)氧丙烯酸樹脂匹配的聚酯樹脂。表1為不同酸值、黏度的聚酯與環(huán)氧丙烯酸消光樹脂搭配制得涂層的外觀。
從表1實驗可以看出,酸值越高,交聯密度越大,抗劃傷性能越好,但是聚酯A的抗劃傷性能還是一般。
2.3 填料的影響
粉末涂料常用填料有硫酸鋇、碳酸鈣、滑石粉、高嶺土、絹云母、硅灰石等,不同填料在粉末涂料中使用有不同的性能,表現出不同的紋理效果、機械性能、流動性能、硬度、光澤等。而在丙烯酸消光粉末涂料中,流動性對涂層的影響很大,流動性越好,硬單體越容易上浮到涂層表面,造成“起花”效果,流動性越差,硬單體難以上浮,消光就比較困難。而且不同的填料品種有不同的結構特點,絹云母和滑石粉是鱗片狀的結構,對硬度有差異,對抗劃傷性能也會有影響。表2實驗為填料對涂層表面的影響。
從表2看出,硅灰石、絹云母、滑石粉對涂層的硬度和抗劃傷性能都有提高,滑石粉會降低機械性能,硅灰石和滑石粉對涂層光澤升高較多,原因為提高了涂層黏度,降低了流動性。硫酸鋇+5%絹云母對涂層的光澤和機械性能幾乎沒有影響,提高了抗劃傷性能。
2.4 加入羥基樹脂的影響
羥基樹脂和異氰酸酯固化后的涂層交聯密度大,硬度高,流平好。評估不同羥值樹脂加入到丙烯酸消光粉末涂料中對涂層的影響[3],見表3。
從表3實驗可以看出,加入的羥基樹脂羥值越高,涂層光澤就越高,因此加入低羥樹脂較合適,而且對涂層的抗劃傷性能有較大提高。并且在丙烯酸樹脂消光體系加入羥基樹脂,能提高流平等級,在一些起花表面還能起到消除花紋的效果。
2.5 實驗最佳配方
經過聚酯、丙烯酸的選擇,對填料不同的組合對比評估,以及羥基樹脂的選擇及用量,對涂層耐磨耐劃傷、表面亮點的改善,流平的提高,附著力的提高等確定最終配方、制得粉末,并對粉末及其涂層性能檢測,粉末配方及涂層性能如表4和表5所示
從涂層性能可以看出,相對于單純GMA樹脂固化,表面流平、細膩度都有提高,而且能消除花紋,對涂膜硬度和抗劃傷性能也有較大提高。
3.結語
GMA消光常用的樹脂多為低酸值樹脂,這是考慮到丙烯酸消光的機械性能不太好,但是機械性能可以通過設計配方來調控,選用高酸值樹脂的抗劃傷性能明顯優(yōu)于低酸值樹脂。填料的選擇也絕不僅僅是最常用的硫酸鋇,可以在配方中加入少量的絹云母來提高硬度和抗劃傷性。另外配方設計不要定式思維,可以加入少量的羥基樹脂,增加反應的復雜性,提高涂層交聯密度,抗劃傷性能自然增加。還可以加入一些蠟提高抗劃傷性能。需要注意的一點是擠出機工藝,用排布低的螺桿,在95~100 ℃擠出,涂層表面效果要更好。
來源:粉末涂料與涂裝2021年第