返回顶部
返回首页
返回首页
今天是    | 手机版 | 产品 | 热点 | 商道 | 资讯 |
home 您现在的位置: 首页 >工业涂料>产品资讯 > 详细信息
用于粉末涂料的多功能铝微球
2019年10月16日    阅读量:11826     新闻来源:Sun Chemical PCI可名文化    |  投稿

作者:Jonathan Doll, Michael Venturini, and Anthony Rohrer Sun Chemical Corporation


粉末涂料是一种无溶剂涂料系统,应用广泛,和液态涂料系统相比,具有环保、耐久、易施工等优势。粉末涂料利用静电涂装到基材上,在相当高的温度下固化,形成一层连续性、耐久性的漆膜。粉末涂料的优势在于喷涂时,不使用溶剂,从而减少了因挥发性有机化合物(VOCs)造成的环境问题涂料在线coatingol.com。另外,喷涂后没有粘附在基材上,俗称“过量喷涂”的材料,都可以收集起来再次利用,减少浪费。


粉末涂料通常是在挤出机中将树脂、交联剂、填料、无机或有机的吸收型颜料以及助剂混合在一起。将树脂融化,使这些组分完全混入树脂之中,将要挤出的树脂收集起来,磨碎至理想的粒径分布,然后等待喷涂。

效果颜料的色彩和外观很大程度上取决于它们的结构和形状。铝颜料的形状可以让我们看到从银色到灰色的外观。大部分的铝颜料都是微米大小的薄片,具有极大的长径比(颜料的宽度/高度)。在应用时,铝颜料就像“微型镜片”那样,在一个反射角或接近反射角的角度,反射其接触到的几乎所有的光线。这就是所谓的“闪烁”效果,当我们从正面某个漫射角度观察时,呈现出的从亮到暗的色彩变化过程。


另外,铝颜料还有一种明亮的银色外观,由其明度(L*)和光泽决定。薄片状铝颜料和球状铝颜料相比,有更好的遮盖力。由于它们的形状,它们在高剪切混合(如挤压)下非常容易弯曲和断裂,通常在后续的加工步骤中被纳入粉末涂料中。


我们可以将具有金属效果的颜料,通过干混的方式引入粉末涂料体系。但这只是两种粉体的物理混合,在粉末涂料应用过程会产生问题,颜料颗粒和涂料颗粒会由于静电电荷的不同而发生分离。这样就会产生过量喷涂,造成色彩的不连续性而产生废品。


为了解决这些问题,粉末涂料经常采用键合工序将金属颜料纳入体系中。在键合工序中,将粉末涂料加热至略超过它的软化点,在适度的剪切力作用下,与效果颜料混合,让颜料吸附在粉末涂料表面。这道工序使喷涂产品具备优异的颜料定向性能,让粉末涂料涂覆过的工件具有最佳的外观。


除了其形状,铝颜料还具备一些化学性能,这些化学性能可能会影响铝颜料在粉末涂料中的定向性。铝颜料通常是在一个球磨机中,使用铝颗粒、烃类溶剂、润滑剂三组分制作而成。对于粉末涂料的应用来说,溶剂被去除了,但是润滑剂仍然隐藏在颜料表面之下。常规的润滑剂是饱和或不饱和的C18类脂肪酸,分别被称为硬脂酸和油酸。


当使用饱和脂肪酸时,铝颜料将具有低表面能,将会提升空气-涂层的界面张力。颜料将会富集在涂层表面,在涂层中形成更优化的阵列,得到最小化的颜料分散中心和高光泽的外观。这种类型的颜料被称为漂浮型颜料。当使用不饱和脂肪酸时,颜料表面被涂料所润湿,这些颜料会均匀地分散在整个涂层体系中,得到一个更暗的金属性外观,被称为非漂浮型行为。


这种行为会对其他两类同样的颜料的外观产生深刻的影响。例如,非漂浮类薄片型铝颜料和漂浮类薄片型铝颜料相比,其亮度、翻转度和光泽都更低。而且,漂浮类铝颜料的遮盖力更高,和非漂浮类铝颜料相比,所需要添加的颜料含量更低。漂浮型颜料也有缺点,由于大多数的颜料都富集在涂层表面,它们和非漂浮型颜料相比,对磨损和污染会更敏感。


在粉末涂料中,必须使用无溶剂型的颜料粉末,这就可能导致,在其加工和处置过程中,释放大量的粉尘。对于金属颜料来说,这些粉尘不但具有吸入性风险,当产生粉尘云后,还有爆炸风险。这种风险随着颜料细度要求的增加而提升,从而需要特殊的安全处置措施以降低风险。


粉末涂料行业都知道,铝颜料因其小颗粒的耦合作用,以及铝颜料的平均反应性,具有较低的最低点火能量(MIE)和较高的粉尘爆炸传播速率常数(Kst),需要小心处置。最低点火能量(MIE)和粉尘爆炸传播速率常数(Kst)分别是衡量点燃一颗粉粒所需的能量多少和爆炸的强度。它是粉尘颗粒尺寸的函数。干燥的、粉末状的铝颜料,它的中位粒径d50可以低至5微米,很低的最低点火能量(小于5毫焦)和很高的粉尘爆炸传播速率常数(Kst)(大于300bar m/s)。这些风险会随铝颜料颗粒直径的降低而增加。


在其他需要使用无溶剂型铝颜料的行业(如塑胶色母粒),铝颜料经常与树脂混合、挤出并干燥,得到小球状产品。这种小球降低了粉尘,提高了最低点火能量(MIE),降低了爆炸的倾向。如果将这种方法应用于粉末涂料用铝颜料中,将为那些需要加工精细铝颜料的转换器提供帮助。但是,对于这类加工准备工作,小球需要很容易在粉末涂料中粉碎和分散,与此同时,与铝颜料混合的树脂需要具备与大量不同类型粉末涂料广泛的相容性。


本文中,我们使用一种精细的(中位粒径d50=9微米)、漂浮型铝颜料与一种聚酯树脂混合,得到一种用于粉末涂料的球状铝颜料预制体。这种预制体产品的铝含量为85%,其余为树脂,它可以允许配方人员放心地使用,而无需担心对底漆树脂含量的明显影响。这种小球是非常易碎的,无论以高剪切力干混,还是进行键合操作,使其具备像包覆过的等量尺寸和组成的铝粉外观,它可以混拼进入大多数的聚酯基粉末涂料系统。研究所用的测试方法,以及在聚酯和其他树脂中的试验结果,都在文中一一列出。




物料与方法

铝微球的描述

在接下来的例子中,我们使用一种精细的、漂浮型鳞片状,中位粒径d50分布为9微米的颜料制作成铝微球颜料。它们差不多由85%的片状铝颜料和15%的聚酯树脂组成。这些微球是干燥的,直径约为5微米,详见图1。

用于粉末涂料的多功能铝微球 涂料在线,coatingol.com


引入至粉末涂料体系

铝微球颜料可以以两者不同的方式引入到粉末涂料体系中,高剪切力下的干混合或者键合。在高剪切力下干混的情况下,将这些微球加入到粉末涂料底漆中,在1.25%的总金属载荷下,进行混合,混合的速度/时间比为典型键合工序的一半。将这些样品和在同样条件下,以同样载荷得到的干混漂浮型铝颜料(Benda-Lutzleafing 2081)进行对比。对微球和非微球铝颜料的键合操作,是在1%的总金属载荷下,使用标准的键合工序进行的。将有色的粉末涂料底漆涂布到不锈钢样板上,按照底漆的固化参数进行固化。


60°角光泽、明度(L*15,入射角45°,反射角15°)和动态色指数(FI),使用方程(1)进行判定:

用于粉末涂料的多功能铝微球 涂料在线,coatingol.com

其中,L*45和L*110是以45°的入射光,分别以45°和110°的反射角测得明度。所有的色彩数据均使用一台爱色丽公司的MA-98多角度分光光度计测得。光泽则采用一台Elcometer 6015 NovoGloss IQ测光仪测量得到。



实验结果与探讨

粉尘测试

粉尘云的最低点火能量MIE是在室温下,点燃粉尘/空气混合物所需要的最低能量释放。表1列出了一种精细的铝颜料和一种使用同样铝颜料制备的2毫米直径微球的最低点火能量(MIE)。对颜料物理形态的改变是为数不多的,可以提升最低点火能量(MIE)的方法之一,它可以降低粉尘的浓度,显著提升悬浮颗粒的直径。在标准的最低点火能量(MIE)测试中,只有粒径小于75微米的颗粒才能进行最低点火能量测试。微球化产品将精细铝粉的最低点火能量提升了两个数量级,这是非常重大的改变。进一步增大微球的尺寸,有望得到更高的最低点火能量(MIE)值。

用于粉末涂料的多功能铝微球 涂料在线,coatingol.com

这个数据非常重要,因为它影响了不同形式铝颜料的运输和储存要求。按照各个地区的地方法规,铝浆、铝粉和铝微球产品各自归属于特定的运输和储存分类之中。由于其反应特性,铝粉被美国国土安全局列为“重点关注化学品”。这样一来,就存在特定的、基于数量的使用指南以防止铝粉的滥用。同时,在北美和欧洲地区,不同的部门机构也制定了对于这些铝粉产品的特定输指南。铝粉被美国交通运输部(DOT)分类为危险品,欧盟关于公路铁路系统危险品的国际运输协议也将铝粉列为危险品门类(ADR/RID)。在中国,第591号国务院令制定了专门针对铝粉的储存资质指南。


但是,按照正在实施的危险品交通运输条例,铝微球,特别是用于粉末涂料的铝微球,属于被豁免类,不属于危险品。和使用铝粉产品相比,使用铝微球产品,将可以显著简化供应链和物流流程。


另一个正在变得日益重要的、较小的关注点,就是产品的包装材料。铝粉和铝浆产品一般使用钢桶包装,而铝微球产品只需要包装在衬袋纸箱容器中即可。钢桶对于一些厂家的回收来说可能会有问题,因为这可能需要引入新的废弃物品类;而衬袋纸箱可以完美地进入仓库的托架系统,也很容易进行回收。


外观测试

图2列出了铝微球和漂浮型铝粉对比样(2081)在引入至异氰尿酸三缩水甘油酯(TGIC)固化的(a-c)或者β-羟烷基酰胺(HAA)固化的(d-f)聚酯粉末涂料体系中的L*15值(a,d和g)、动态色指数(b,e和h)和明度(c,f和i)。图2的g-i列出了铝微球在聚氨酯粉末涂料体系中测试结果。除了对比不同类型的铝产品之外,图2也显示了使用不同的引入方式所带来的外观的差异,无论是高剪切力下的干混(红色和蓝色柱),还是键合作用(绿色和黄色柱)。


图2 » a)明度(L*15);b)动态色指数;c)干混和键合型2081铝粉及一款漂浮型、铝微球颜料分散在用异氰尿酸酯三缩水甘油酯(TGIC)固化的聚酯体系中的光泽;d)明度(L*15);e)动态色指数;f)干混和键合型2081铝粉及一款漂浮型铝微球颜料,分散在用羟烷基酰胺(HAA)固化的聚酯体系中的光泽;g)明度(L*15);h)动态色指数、i)光泽。

用于粉末涂料的多功能铝微球 涂料在线,coatingol.com


先关注异氰尿酸三缩水甘油酯(TGIC)样品(图2a-c),我们发现,在这个涂料体系中,铝微球颜料的明度和2081产品的明度接近。更让人惊奇的是,干混型和键合型微球产品的动态色指数明显超过干混型和键合型非微球产品。干混型和键合型微球产品具有接近的光泽,它们的光泽(图2c)都低于键合型铝粉产品。在以异氰尿酸三缩水甘油酯固化的聚酯型粉末涂料体系中,干混型漂浮铝颜料的动态色指数和光泽,在任何情况下,都是最差的。


该数据表明铝微球可以以两者不同的方式引入涂料体系中,得到堪比键合型松散铝产品的明亮的金属漆膜外观。而且,动态色指数数据表明,微球产品在粉末涂料体系中,具有比非微球产品更好的涂层定向能力。事实上,在涂层固化后,微球产品夹杂的树脂有助于将铝颜料拉入平整的漆膜结构中。


键合型的铝产品光泽最高,键合型铝微球产品光泽第二。在粉末涂料中,光泽可以由体系中的树脂驱动,这不足为奇。这取决于树脂的相容性,添加越容易使铝粉定向的树脂,就越容易得到更光滑的表面,从而提高光泽。


如果在这种情况下,我们期望铝微球产品在不同的树脂体系和等级中,有不同的性能表现,就不是不合情理的了。干混型铝粉光泽最差,即使是和干混型铝微球产品相比。这就表明,铝微球产品可以更好地被粉末涂料体系中的树脂所润湿,并有助于在涂层中排列。


图2d-f展示了,在以羟烷基酰胺(HAA)固化的聚酯体系中,不同引入方式的差异。在这种情况下,干混型微球产品具有更高的L*15值和更高的动态色指数,而键合型微球产品则具有最高的光泽。不论以何种方式引入粉末涂料体系中,微球化颜料的表现都远优于粉末颜料。这可能是由于上述类似的现象导致,在此过程中,微球中的树脂对铝和粉末涂料主体的相互作用产生了正向影响,其作用差不多像分散剂。


最后,图2的g-I显示了在基于聚氨酯的粉末涂料体系中的引入表现。此时,铝微球产品在任何性能方面都明显优于非微球产品,即使是将干混型铝微球产品和键合型非微球颜料产品相比。


尽管数据显示铝微球可以相容于不同的粉末涂料体系,但是,仍然可能需要配方人员针对具体的粉末涂料体系,对微球产品的应用进行具体的优化。


回收实验

为了测试回收粉末涂料的能力,我们采用旋流实验来模拟大生产过程中的回收。基于粉粒的重量和密度,旋风分离器利用气流,将其中更轻、更细的颗粒分离出去。这项实验评估的是一种粉粒在进行回收 时,是否可以被分离出去。


基于从图2得到的关于干混铝微球的良好结果,我们对含有这种铝微球的粉末涂料,进行了回收实验,并和干混型及键合型2081铝粉进行了对比。包含每种样品的粉末涂料(实际上,在图2a-c中也用的是这种粉末涂料)经过一个旋流装置,对一块样板进行喷涂并评估,标示“Pass 1”。然后,在Pass 1的物料表面重复上述工序,标示“Pass 2”。


图3列出了旋流实验的结果,显示了明度(L*,图3a)、动态色指数(图3b)、光泽(图3c)如何随着旋流实验的重复而变化。

用于粉末涂料的多功能铝微球 涂料在线,coatingol.com

我们可以看到,随着旋流实验的重复,明度、动态色指数和光泽都随之下降。我们发现了一个很有趣的特点:干混型和键合型的铝粉的所有指标都会随着实验的重复,以固定的斜率下降;而铝微球产品则不然。这是让人始料未及的,但也并不会让我们很惊讶,因为这些微球产品中含有另外的树脂。铝微球产品在明度和动态色指数方面下降更快,但是和非微球产品相比,光泽的下降更缓慢一些。目前并不清楚,到底是什么原因导致了这种现象。不过,有可能是第二种树脂的存在,导致了这种不同的分离表现。


在任何情况下,粉末涂层的漆膜都会有肉眼可见的降解现象。经过肉眼观察,干混型铝粉颜料呈现的金属漆面效果最差,而键合型铝粉和干混型铝微球产品呈现的金属漆面效果接近。最后,这种测试方法并不能测试出一个粉末材料是否会在喷涂过程中,被静电分离出来(传递效率)。



结论

粉末涂料是一种成熟的涂料技术,具有性能、经济、环保等多重优势。铝粉薄片因其明度、遮盖性、耐久性,配方灵活,广泛应用于各种涂层系统。但是铝粉薄片产品需要特殊的处置和储存技术以保证其外观和存储安全性。铝微球产品是一种很好的替代性物质,可以通过现有的干混或键合方法纳入,在各种涂料化学中,可提供与原有配方相当甚至更为优异的外观。铝微球产品在保持原有的铝粉产品的多功能性及外观优势的同时, 还可以降低粉尘、显著提升最低点火能量(MIE)。这一系列的组合优势和多功能性,使铝微球产品成为粉末涂料制造中一个极具吸引力的选择。


原创: Sun Chemical PCI可名文化

标签:粉末涂料工业涂料技术中心涂装应用原材料
免责声明: 本文仅代表作者本人观点,与中国牛涂网无关。本网对文中陈述、观点判断保持中立,不对所包含内容的准确性、可靠性或完整性提供任何明示或暗示的保证。请读者仅作参考,并请自行承担全部责任。本网转载自其它媒体的信息,转载目的在于传递更多信息,并不代表本网赞同其观点和对其真实性负责。如因作品内容、版权和其它问题需要同本网联系的,请在一周内进行,以便我们及时处理。客服邮箱:service@cnso360.com | 客服QQ:23341571

全站地图

深圳网络警察报警平台 深圳网络警
察报警平台

公共信息安全网络监察 公共信息安
全网络监察

经营性网站备案信息 经营性网站
备案信息

中国互联网举报中心 中国互联网
举报中心

中国文明网传播文明 中国文明网
传播文明

深圳市市场监督管理局企业主体身份公示 工商网监
电子标识