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MDF低温固化粉末涂料制备及性能研究(1)
2020年05月19日    阅读量:761    新闻来源:涂料工业  |  投稿

0 前言

粉末涂料已经在许多工业领域成功应用于金属基材,其施工工艺可以满足日益严苛的环保要求,且在高温烘焙条件下形成的涂膜对金属基材提供极佳的装饰及防护作用。近些年来,越来越多的粉末涂料配方及施工工艺研究逐渐倾向于如何使粉末涂料应用于热敏性基材,如MDF,塑料等。如将需高温烘焙的金属基粉末涂料直接应用于这些热敏性基材,在高温条件下进行粉末涂料固化,会对这些热敏性基材造成难以修复的破坏,如MDF板材在高于140°C的条件下烘焙,其板材内部粘结强度会受到破坏,再难以作为支撑材料使用制造家俱涂料在线coatingol.com。因而必须开发可以在低温条件下(温度≤140°C)固化的粉末涂料,才能使粉末涂料应用于这类热敏性基材。


聚酯-环氧树脂固化体系是一类应用广泛的粉末涂料反应系统,该体系已经成功的应用于金属类家俱、能源配套设施、仓储结构件、汽车零部件等工业领域。传统的金属基用聚酯-环氧树脂体系其固化温度通常要大于180°C 。近些年来,许多研究机构对可低温固化的聚酯-环氧体系中的聚酯进行了研究,许多类型的聚酯已经可以应用于MDF粉末涂料领域, 如某跨国化工集团的聚酯树脂PE-1。佐敦涂料同样开发了可用于低温固化的聚酯树脂PE-2。本文将在此对两种聚酯树脂与环氧树脂的反应性进行对比研究,并制备可低温短时固化(<140°C/3min)的面涂粉末涂料,并对该粉末涂料的性能依据相关标准方法进行分析测试。


1.实验部分

1.1 实验原料与试剂及处理

MDF聚酯PE-1 (AC=70 mg KOH/g;Tg,56°C): 工业品,某跨国化工有限公司;MDF聚酯PE-2 (AC=70mg KOH/g;Tg,60°C):实验品,佐敦自制;环氧树脂 (EEW=800g/ep):工业品,某跨国化学有限公司;流平剂GLP 588:工业品,南海化学有限公司;粉末涂料润湿促进剂BLC 701B:工业品,南海化学有限公司;钛白粉LR966:工业品,龙蟒集团有限公司;硫酸钡 BaSO4:工业品,陕西富化工贸有限公司;纹理剂 LANCO TF1778:工业品,路博润特种化学品有限公司;膨润土CP-1:工业品,东莞德仁化学有限公司;粉末流动助剂AEROXIDE Alu C:工业品,赢创德固赛;季胺盐催化剂QAS (>98%):工业品,无锡乾丰化工有限公司;所有原料都可以即取即用,无需任何预处理。

1.2 实验过程

1.2.1 配方 将配方所需的原料按表1要求精确称取。

Tab.1 MDF低温固化粉末涂料配方

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1.2.2 原材料预混 称取好的原料先行置于高速搅拌机(烟台东源粉末设备有限公司,HJ-FHJ-05)在1000rpm的转速下预混45秒;而后再次以1500rpm的转速搅拌混合30秒得到各组分均匀分散的预混料。

1.2.3 预混料挤出成片 将挤出机(烟台凌宇粉末机械有限公司,SLJ-25)参数按表2要求进行温度、喂料及挤出速度设置;待挤出区温度升高到预定值时,将预混后均匀分散的原料置于挤出机料斗中,同时开启挤出机及冷却设备进行挤出;挤出过程中要密切关注并记录挤出口挤出物温度;最后收集挤出物冷却片料待用。

Tab.2 MDF粉末涂料挤出工艺参数设置

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1.2.4片料粉化 

研磨机(烟台远力机械制造有限公司,MF-01N立式磨机)喂料速度设置为60rpm,主磨与副磨转速分别在10000-16000rpm与1000-1600rpm的范围内设置与调整,然后进行片料粉化;按粉末粒径要求选用筛网(120mesh,140mesh,160mesh,200mesh,田河成国际贸易有限公司),用振荡机(新乡市同心机械有限责任公司,BZS-300)进行粉料筛选,得到符合粒径要求的粉末涂料。

1.2.5 MDF预处理及粉末涂料涂布与固化

(1) 推荐选用表面湿度在4.5%-6.5%范围之内、厚度19mm,密度0.78g/cm3的MDF基材(Woodcoat,瑞士)。

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Fig.1 TRIAB红外烘箱

(2) Reveal Base是由佐敦涂料开发MDF用底涂粉末涂料,本文将使用该底涂对MDF进行封底预处理,过程如下:将符合条件的MDF板材置于TRIAB红外烘箱(瑞典TRIAB,如图1)中进行预热,预热后的基材表面湿度要控制在8-10%;用静电喷涂枪(OptiFlex 0.5L,瓦格纳)将佐敦底涂粉末Reveal Base喷涂至预热的MDF基材上,涂施Reveal Base粉末的MDF再次置于红外烘箱中按指定温度程序进行烘焙固化,得到Reveal Base预处理的MDF板材备用。

(3) 将所需测试的粉末面涂用静电喷涂枪施于Reveal Base预处理的MDF上,而后将涂饰粉末面涂的MDF板再次送入TRIAB红外烘箱按照设定的温度程序进行面涂固化,出炉静止冷却,得到粉末涂料涂饰的MDF成品板,等待下一步的测试。

1.3 分析测试

1.3.1 MDF聚酯-环氧树脂体系的反应性测试

聚酯-环氧树脂的反应性使用梅特勒托立多DSC1采用非等温升温扫描与等温-非等温组合扫描两种方式来完成。非等温方式在空气自由流动的环境下进行,即将粉末置于坩锅中,记录待测物的重量,控制在5-10mg;然后将密封的坩锅置于DSC的加热室内,以20°C/min的升温速度,从25升温到75度,先对待测反应物进行消除热历史的处理;而后再降温到25度,重新开始以20°C/min的升温速度再次升温到250度,以获得待测反应物的玻璃化转变温度Tg0 及全部反应热焓ΔH;随后再降温到25度,以20°C/min速度再升温到100度,以获得最终生成物的玻璃化转变温度Tg1。 等温-非等温组合扫描程序如下:先将待测物以特定的升温速率快速升到指定的温度Tc,而后在该指定温度Tc下恒温反应;而后再降温到25°C,再次以20°C/min非等温扫描,以获得上述恒温反应生成物的玻璃化转变温度Tg2及反应余焓ΔH'。

由非等温程序所获得的ΔH与组中扫描程序所获得的ΔH'即可计算得到等温Tc条件下的所产生的反应焓ΔHR,进一步按下式1可计算得到恒温反应的反应度:

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1.3.2 MDF粉末涂料物理性能测试

粉末成品使用Malvern MS2000按照佐敦内部测试方式对粉末粒径分布进行测试;采用ISO8130-6所述的方法,使用东莞市银屏电子科技有限公司的胶化仪分别在120°C ,130°C ,140°C 条件测试粉末涂料的胶化时间(GT);

1.3.3 MDF涂膜物理性能测试

采用ISO 2808-2007所述方式(如下图2所示)进行涂层厚度的测试;

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Fig.2 MDF涂膜厚度的测试

采用佐敦内部测试方法,用肉眼观察粉末涂层表面的流平状态,与PCL标准板进行对比并评级;采用ISO 2813所述方法在60°入射光条件下进行涂膜光泽度的测试;采用佐敦内部方法,用肉眼观察粉末涂层表面的缺陷状况,评估表面颗粒,缺陷的分布状况;使用基恩士电子显微镜VHX-5000在200×的倍镜下,观察涂膜表面的纹理状况;


1.3.4 MDF涂膜表面抗性测试

采用佐敦内部测试方法,将0.1ml的丁酮MEK滴在涂膜表面,待20s后拭干涂膜表面的MEK, 再次静止60s,使用Elcometer 3092硬度仪在1.0N的作用力下划MEK滴润区域3到5次后,观察滴润区域的表面划痕,判定MEK耐蚀等级;按EN12720所述方法,进行涂膜表面抗性的测试,测试物质包括水,咖啡,酒精,油脂(石蜡油);采用佐敦内部所述方法,在距离粉末涂布MDF边缘5mm处钻直径3.5cm,深度5mm的孔,将去离子滴入钻好的孔内,而后将MDF板置于温度5°C,湿度50%的恒温恒湿箱内48小时后,从恒温恒湿箱中取出MDF板,对MDF钻孔位置表面及边缘位置涂层进行观察,观察是否有涂层开裂的状况存在来评定粉末涂层的耐水膨胀性。

(未完待续)


来源:2017年中国粉末涂料与涂装行业年会

作者:瑞峰, 赵卫国, 翁维(佐敦涂料(张家港)有限公司)


标签:工业涂料辅料与设备涂装应用技术中心粉末涂料涂装
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