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嘉峪檢測網 2025-03-10 16:06
摘要
本文從粉末涂料配方體系中樹脂、顏填料、助劑等角度研究了不同因素對于粉末涂料流掛性能的影響。其中樹脂作為主要成膜物質起到關鍵性作用，不同顏填料的選擇和比例也會影響流掛性能，同時功能性助劑也在一定程度上影響到粉末體系的流掛。
引言
近年來，隨著一系列環保法律法規的出臺，溶劑型涂料(尤其是油性涂料)的使用受到越來越嚴格的限制，而粉末涂料作為一種不含溶劑、無揮發份的固體涂料，以其綠色化、節能化、特色專用化和經濟化等特有優勢，在我國迅速發展，越來越受到使用者的歡迎。隨著粉末涂料行業的深入發展，應用領域越來越廣，在多個領域取代了傳統的油性涂料。
粉末涂料是一無溶劑的均勻體系，必須熔融后才能附著在被涂物上面，流平后固化成膜，一般需要經過三個過程[1]：從單獨的粉末顆粒，聚集成為一層連續的、不平整的膜，此過程稱為聚集過程；從連續不平整的表面流淌形成較為光滑與平整的表面即流平過程；熔融的涂液通過交聯反應，黏度不斷提高，最后固化為堅硬的涂膜，稱為固化過程[2]。相對于油性涂料而言，粉末涂料的膜厚較高，油性涂料的涂膜厚度一般只在20~70μm，而粉末涂料的涂膜厚度大多在60~150μm，甚至有些應用領域達到200μm或者更厚。更厚的涂層噴涂固化所需時間更長，工件的邊緣往往會出現肥邊現象，甚至會出現因涂層過厚，流動時間太長未及時固化而流掛。實驗室對于流掛的測量一般有兩種方式：水平流動性和傾斜流動性。一般而言，涂料不易流掛但也不易流平，涂層厚易流平但也易產生流掛[3]。粉末體系的斜流越長，可以認為該粉末涂料的流平越好，但斜流太長則容易肥邊甚至流出工件表面。在實際噴涂應用中，控制粉末的流掛在合適的范圍，既能得到合適的流平性能，又能避免過度的肥邊，影響工件連接。本文主要通過傾斜流動的長短(簡稱斜流)來研究粉末涂料中樹脂、顏填料、助劑等對粉末體系流掛的影響。
1. 粉末涂料的制備
1.1 原材料
本次采用幾組試驗來說明斜流的影響因素，主要材料如下。聚酯樹脂：安徽神劍新材料股份有限公司(指標見表1)；TGIC：工業級，黃山華惠；鈦白粉(R-996)：工業級，四川龍蟒；超細硫酸鋇:工業級，青島紅蝶；流平劑GLP588、安息香、701B：工業級，南海化學；各類助劑：工業級，捷通達。
1.2 主要實驗儀器
雙螺桿擠出機：SLJ－40，煙臺凌宇；咖啡磨：Q-250A，浙江屹立；靜電噴涂設備:HANZHE-901，漢哲涂裝；電烘箱：FDL-100，Binder；膜厚儀：NIX4500，NIX；玻璃板三角架(傾斜角60°)，游標卡尺，斜流壓片裝置。
1.3 實驗步驟
按照樹脂的基本配方制備粉末涂料，工藝流程為：配料→預混→擠出壓片→研磨過篩(200目)→粉末涂料產品。得到粉末涂料后，用電子天平上稱取1g左右待測粉末(±0.01g)，用壓片機壓片制成圓餅(直徑(12.0±0.05)mm，厚度(8.0±0.2)mm)。將所制圓餅置于玻璃板底部，然后將玻璃板放入200℃烘箱預熱2min，使圓餅與玻璃板適當黏合，避免圓餅滑動。2min后將玻璃板放置至60°夾角的三角架上(放置時圓餅所在的底部應處于高處，放置時間不超過15s)，有圓餅的一頭朝上，在200℃烘箱中烘烤15min后取出玻璃板，待玻璃板冷卻至室溫后，用游標卡尺測量粉末涂料傾斜流動長度，所得長度即為該粉末涂料在該測試條件下的斜流[4]。(參考國標GB/T21782.11-2010，并根據實驗室現有器材調整)
2. 結果與討論
2.1 樹脂對于流掛性能的影響
樹脂時粉末涂料最主要的組分之一，是主要成膜物質。因此樹脂的選擇是粉末涂料性能的關鍵性因素，對于流掛性能的影響自然也是很明顯。
2.1.1 實驗配方設計
探究樹脂對于流掛性能的影響的實驗配方設計見表2。
2.1.2 斜流長度測試結果
不同樹脂配方下斜流長度測試結果見表3、圖1和圖2。
2.1.3 樹脂對斜流長度的影響分析
配方1和配方5均為樹脂1為主要成膜物質，配方2和配方4均為樹脂2為主要成膜物質。對比配方1和配方2的斜流長度，以及配方4和配方5的斜流長度，可以發現，當樹脂的黏度一致，配方中其他材料保持一致時，不同樹脂對應粉末的膠化時間越短，其斜流越短。膠化時間較為直觀的體現出樹脂的反應活性，膠化時間越短，反應活性越高，其流平固化的第三階段時間短，傾斜流動的長度即偏短。
對比配方1和配方3可以發現，當樹脂的反應活性接近或相同時，黏度越低，其斜流長度越長，這是由于樹脂黏度偏低時，粉末體系的整體黏度也會降低，流平固化的第二階段流平過程更容易，流動長度即更長，但黏度的影響沒有反應活性的影響大。
另外對比配方1和配方5，以及配方2和配方4的斜流數據可以看到，當樹脂保持一致時，黑色配方的斜流比白色配方的斜流短的多，說明除了樹脂影響粉末涂料的斜流外，顏料對于斜流也有影響，主要是因為炭黑的吸油量比鈦白粉大的多，黑色配方的粉末涂料體系黏度比白色大的多，導致斜流偏短。
2.2 顏填料對于流掛性能的影響
上面的研究表明，顏料對于斜流有較大影響，其主要影響因子是顏料吸油量的大小，一般而言有機顏料的著色力更強，顏色更艷麗，吸油量也更高。在實際生產過程中，所需粉末涂料的顏色一般是固定的，粉末廠商可根據顏色要求及吸油量的大小選擇合適的顏料，以達到顏色要求和流掛性能要求，此處不再贅述。本文主要研究填料對于斜流的影響，從填料的種類，以及顏填料的比例進行研究。
2.2.1 實驗配方設計
探究顏填料對于流掛性能的影響的實驗配方設計見表4。
2.2.2 斜流長度測試結果
不同顏填料配方下斜流長度測試結果見表5和圖3。
2.2.3 顏填料對斜流長度的影響分析
對比配方6和配方7的斜流數據可以看到，當改變配方體系中顏料和填料的比例時，粉末體系的膠化時間和斜流長度都會發生變化，這是由于硫酸鋇和鈦白粉對于粉末體系的反應活性貢獻不同，同時粉末體系的黏度也不同。而對比配方7和配方8可以看出：當粉末配方體系的樹脂和顏料都保持一致時，改變硫酸鋇的種類時，粉末的活性略有變化，但對斜流的影響很大。這是由于超細鋇和W-5HB的粒徑不同，超細鋇的粒徑更細，相對而言吸油量更高，同時粒徑更大的W-5HB流動性相對更好，也是斜流更長的原因。
在實際生產中，硅微粉、玻璃微球、碳酸鈣、氧化鋁這些填料以及各種有機顏料、無機顏料的粒徑不同、吸油量也不同，用于粉末涂料中時對于流掛性能的影響都需要考慮進去。
2.3 助劑對于斜流的影響
助劑是涂料體系中重要組分之一，粉末涂料體系中的助劑同樣有著重要的作用，添加不同的助劑可以起到不同的效果。隨著粉末涂料研究的日益發展，各不同的助劑廠家對助劑種類的開發也更加豐富，各種效果的助劑都有開發。本文選取了幾種常用類型助劑進行研究，探析助劑對于粉末涂料流掛性能的影響。
2.3.1 實驗配方設計
探究助劑對于流掛性能的影響的實驗配方設計見表6。
2.3.2 測試得到斜流長度
不同助劑配方下斜流長度測試結果見表7。
2.3.3 助劑對于流掛性能的影響分析
對比配方9、10、11的斜流長度可以看出，粉末配方中添加一定量消光劑能夠縮短粉末涂料的斜流長度，且添加量越大，斜流長度越短。對比配方9和配方12、13的斜流數據可以看出，粉末涂料中加入促進劑會使斜流變短。消光劑和促進劑對于斜流影響的機理類似，都是提高了粉末涂料體系的反應活性，從而讓粉末涂料的固化更快，流動時間更短，斜流更短。
而對比配方9和配方14、15可知，在配方中加入抗流掛助劑能夠縮短粉末的斜流，抗流掛助劑主要調節體系黏度和粉末涂料的表面張力，從而使粉末涂料不易流動，即從連續不平整的表面流淌形成較為光滑與平整的表面的流平過程阻力增大，進而起到縮短粉末涂料斜流的作用。
3. 結語
由以上試驗可以看出，粉末體系的斜流的影響因素很多。樹脂自身的黏度和反應活性是一個最關鍵的因素，選擇合適的樹脂可以得到理想的流掛性能。粉末配方體系中顏填料的選用也是一個重要因素，其中顏填料的吸油量和粒徑是顏填料影響斜流的主要影響因子。而各種功能性助劑添加到粉末涂料中也會在一定程度上影響粉末涂料的流掛性能，主要體現在對粉末涂料的反應活性和表面張力的影響。除了以上影響因素，涂膜的厚度、涂層的烘烤溫度、噴涂工件表面光滑程度、工件的擺放形式(與水平面的夾角大小)等都會影響到粉末的斜流長度。在生產實踐中，要考慮多種影響因素，綜合考慮體系功能性、對于流平性的要求及流掛的要求，以及配方體系的成本，在粉末涂料體系中找到一個合適的平衡點。
參考文獻：
[1]馮素蘭，張昱斐．粉末涂料［Ｍ］．北京：化學工業出版社2004：64－65；
[2]劉宏，向寓華，師立功．鋁型材噴涂粉末涂料流平性因素的探討[J]．《涂料工業》，2009，03(3)：25-27；
[3]樊慶春，童身毅．涂料流平性與流掛研究進展［J］·《中國涂料》，2012.04：33-36；
[4]GB/T21782.11-2010，粉末涂料第11部分：傾斜板流動性的測定[S]。
來源：粉末涂料與涂裝2024-4；作者：王永波 張 啟 ( 安徽神劍新材料股份有限公司 )
來源：Internet
