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耐丙酮擦拭的低光粉末涂料
2022年08月15日    阅读量:3939     新闻来源:粉末涂料与涂装2022年第1期    |  投稿

摘要


摘要:就实验器材用粉末涂料,分析了树脂体系以及涂料PVC含量对于耐丙酮擦拭性能的影响。性能测试结果表明,通过原料的选择和配方的调整,粉末涂料产品可以提供优异的耐丙酮擦拭性能。

引言


随着国家明确而严格的环保政策出台,“漆改粉”的势头越来越明显,让粉末涂料行业迎来了又一次机遇涂料在线coatingol.com。近些年随着行业内的竞争和各企业对研发的投入,功能型粉末涂料也愈来愈受到重视。其中耐化学品类的功能型粉末涂料的实际需求也越来越高。本文研究的粉末涂料产品主要应用于室内实验器材。丙酮是实验室常用的化学试剂,除了用作溶剂外,也是用来做涂层表面化学抗性的一种试剂,并且通过其测试的难度非常高。所要涂装的产品如图1所示。

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1.试验部分


1.1 原材料


羟基聚酯a(羟基当量43~53 mgKOH/g),羟基聚酯b(羟基当量 280~310 mgKOH/g):工业级,昕特玛有限公司;异氰酸酯固化剂B1530[NCO含量14.8%~15.7%(w)]:工业级,赢创德固赛有限公司;酚醛环氧树脂a(当量750~850 g/eq):工业级,国都化工(昆山)有限公司;特种树脂b:佐敦定制;羧基聚酯(酸值48~55 mgKOH/g):工业级,安徽神剑新材料有限公司;微粉双氰胺:工业级,今益精(上海)化工制品有限公司;68消光剂:工业级,宁波维楷化学有限公司;2-甲基咪唑:工业级,武汉制药有限公司;金红石型钛白粉:工业级,宁波新福钛白粉有限公司;填料1(硫酸钡):工业级,永安威顿超细矿产有限公司;粉末涂料通用颜料:工业级,市售;粉末涂料通用助剂(流平剂、安息香、蜡粉、流动助剂等):工业级,市售。


1.2 主要设备和实验仪器及化学试剂

电子秤:New Classic MF,梅特勒-托利多仪器(上海)有限公司;实验室用预混机:FHJ-05,烟台东源粉末设备有限公司;SLJ-25型双螺杆挤出机:烟台凌宇粉末机械有限公司;磨粉机:型号02,烟台远立机械设备有限公司;马尔文干法粒径仪:MS2000+ Scirocco2000,英国马尔文公司;实验室用静电喷涂设备:昆山科宝乐新材料科技有限公司;电烤箱:FD 115,苏州格瑞达电子设备有限公司;膜厚仪:德国

FISCHER,北京兴华科仪化工设备有限责任公司;丙酮:分析纯,市售。


1.3 粉末涂料及涂层的制备

按照配方称取各个原料,用实验室预混机充分预混合,通过双螺杆挤出机制片,料片经磨机粉碎制粉,通过马尔文干法粒径仪控制粒径得到均匀的粉末涂料[1]。基材:0.8~1.0 mm厚铝板;前处理:无铬前处理;成膜方式:静电喷涂;固化工艺:15 min@200 ℃;膜厚范围:

80~100 μm;最后对涂层进行性能测试。产品要求:80~100 μm,涂层不能橘皮,蓝色RAL5023,耐丙酮擦拭不掉色。

耐丙酮测试方法及评估标准:

(1) 用无纺布蘸取丙酮,以浸透无纺布为准;

(2) 利用电子天平,施加500 g的压力,在2~4 cm的距离内,擦拭20次(往复算一次),如图2;


(3) 擦拭结束后,评估擦拭效果;


(4) 评估标准如图3。

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2.结果与讨论


2.1 树脂体系的选择


为应对高耐化学品抗性测试,通常采用纯环氧配方、聚氨酯配方,此外本文新增加了另外一种新型的配方。具体实验如表1。

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配方1,相对于常规的户外聚酯和户内混合型粉末涂料,纯环氧涂层交联密度较高,属于常规意义上的高耐化学品方案。而纯环氧体系,本身由于环氧树脂和固化剂类型较多,会衍生出很多不同的固化体系。酚醛环氧树脂的环氧基团官能度大于2[2],普通双酚A环氧树脂的环氧基团官能度为2,因此酚醛环氧涂料比双酚A环氧涂料有更大的交联密度和更强

的耐化学品能力。固化剂方面,双氰胺在众多环氧固化剂中的相对分子质量最小(双氰胺相对分子质量为84,咪唑相对分子质量为96),反应官能团浓度最高,是做高交联密度涂层的理想固化剂。所以配方1采用了酚醛环氧树脂搭配微粉双氰胺作为固化体系主选。由于是30±5的光泽,所以又复配了化学消光剂来调整光泽。最终此方案做出的涂层流平有点橘皮,流平效果不理想,耐丙酮测试的结果为掉色。

配方2使用了聚氨酯体系,此体系的交联密度很高。由于是30±5的光泽,所以使用了高低羟基搭配的双组分消光体系,羟基聚酯a(羟基当量43~53 mg KOH/g为低羟基聚酯,与异氰酸酯固化剂的配比为85:15),羟基聚酯b(羟基当量 280~310 mg KOH/g为高羟基聚酯,与异氰酸酯固化剂的配比为4:6)。此方案做出的涂层表面流平比配方1有明显提高,耐丙酮擦拭效果也明显好于配方1,但仍有轻微掉色。相较于配方1,配方2的交联密度提高了很多,有助于耐丙酮擦拭的提高。


配方3中使用了含有环氧基和羟基的多官能团特种树脂,其中的羟基和异氰酸酯反应形成高交联聚合物I,环氧基和羧基聚酯反应形成交联聚合物II,环氧基和异氰酸酯反应形成交联聚合物III, 交联聚合物Ⅰ、交联聚合物II和交联聚合物III各自交联后所得的网络连续地相互穿插而成互穿网络结构(即interpenetrating polymer networks,简称IPN结构)

[3]。因为使用了多官能团树脂,使得互穿网络结构刚性更强,同时柔韧性也会下降。为防止柔韧性下降得过多,这里选择了羧基树脂而非双氰胺与环氧基团反应。由于此体系中存在三套反应,所以能达到消光的目的,虽然比配方2的交联密度更高,但柔韧性好于聚氨酯双组分消光的。此方案做出的涂层流平很好,耐丙酮擦拭无掉色。


3.氟碳涂料的相关标准及评价


2.2 涂料PVC的影响


涂料PVC(PVC即pigment volume concentration, 颜料体积浓度)是指涂料中着色颜料和体质颜料的体积与配方中所有不挥发分(包括树脂、固化剂、助剂、着色颜料和体质颜料等)的总体积之比。

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PVC是涂料中的一个重要指标,不单是液体涂料需要用到这个指标,其实在粉末涂料中,我们通常讲树脂对颜填料的包裹性,就是PVC的一种体现。


在粉末涂料配方设计的时候,通常使用质量配比,而PVC是体积浓度,所以我们所使用的颜填料(主要是填料)的密度就会至关重要。石英粉和碳酸钙的密度在2.6~2.7 克/立方厘米,而硫酸钡的密度在4.4 克/立方厘米,同样的质量它们的体积差距很大,吸油量也不同。所以从PVC的技术角度,不能在配方中使用轻质填料(例如碳酸钙、石英粉等)直接替换等质量的硫酸钡。


此实验采用了耐丙酮效果中等的双组分聚氨酯配方体系,测试了常见的填料硫酸钡,结果见表2。

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在表2中,对比使用同一种填料硫酸钡,不同PVC含量时的耐丙酮效果。从配方1到配方3,PVC含量由低到高,对应的耐丙酮效果是下降的。PVC含量少更有利于有机物(主要是树脂)包裹颜填料,从而减少溶剂擦拭时,游离的颜填料迁移而表现出的掉色。对于表2中的聚氨酯体系,即便PVC含量很低时,仍不能通过耐丙酮擦拭。


3.结语


以多官能团的特种树脂,搭配异氰酸酯和羧基树脂为固化体系,制得的高密度互穿网络结构的涂层,有着优异的耐丙酮擦拭性能。同时选择高密度填料,优化配方的PVC可以得到性价比更高的产品。


标签:粉末涂料工业涂料技术中心涂装应用
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