张剑飞、陈玉滨、田永丰 北方涂料工业研究设计院
摘要
介绍了一种户外铝型材用粉末涂料的配方、生产工艺和性能指标,讨论了影响涂膜性能的各种因素。
1、引言
在环境问题日益受到关注的今天,世界各国对涂料生产中VOC 含量的控制越来越严格。粉末涂料由于其低污染、高环保、高利用率等特点,在工业涂料行业中所占的比例越来越大涂料在线coatingol.com。
金属型材以其优异的耐久性、装饰性和加工成型性等特点广泛用于建筑行业。而铝型材因其加工性能佳、质轻等特点,占金属型材用量的80%以上,粉末涂料在铝型材方面的应用得到了迅速增长。
粉末涂料喷涂的铝型材,与阳极氧化、电泳涂装表面处理方法相比,对水和大气的污染程度以及能耗明显降低;
涂膜的机械性能如硬度、耐磨性、耐冲击性等指标却大幅提高,使用寿命比普通阳极氧化铝型材高出1 倍,且色彩丰富,更能体现建筑的多样化和个性化。
目前,粉末静电喷涂已成为国内铝型材表面涂装中的热点,型材用粉末喷涂结合热转印技术会使其更时尚,使粉末喷涂的型材具有更大的发展空间。
2、铝型材粉末涂料的制备
2.1 原材料
异氰尿酸三缩水甘油酯(TGIC)、端羧基聚酯树脂、羟烷基酰胺(HAA)、钛白粉、超细硫酸钡、安息香、流平剂GLP588、光亮剂BLC701、聚乙烯蜡、消光剂、紫外线吸收剂、抗氧剂、颜料等。
2.2 生产设备
MIX-5 预混料机,EX30 双螺杆挤出机,风冷履带式压片破碎机,ACM-2 立式磨粉机(ACM 磨),高压静电喷涂设备等。
2.3 生产工艺
采用一般粉末涂料制备工艺流程:预混合、高温熔融挤出和粉碎。
2.4 铝型材粉末涂料基础配方
铝型材粉末涂料的基础配方见表1。
2.5 铝型材粉末涂料性能检测
铝型材用粉末涂料性能检测结果见表2。
3、结果与讨论
3.1 端羧基聚酯树脂的选择
作为铝型材用粉末涂料,不仅要具备优异的耐候性和物理机械性能,还要有良好的装饰性。
这就使所选用的聚酯树脂要兼顾流平性及反应性,即较低的熔融黏度与适宜的Tg,这样才可以得到综合性能优异的铝型材粉末涂料。不同规格聚酯树脂制备的粉末涂料性能的检测结果见表3。
从表3 可以看出,聚酯树脂的规格对制备的粉末涂料的性能有着较大的影响。树脂的Tg 对粉末涂料的贮存稳定性及粉碎性极为重要,Tg 较低时,制备出的粉末涂料在贮存时容易结团,影响使用。
聚酯树脂的熔融黏度则直接影响到涂膜的外观。由于粉末涂料的流平过程与油性涂料不同,这就要求选用的聚酯树脂,在满足机械性能的前提下,熔融黏度尽可能的低,这样才有利于制备出外观平整的涂膜。
3.2 固化剂的选择
通常,在耐候性聚酯粉末涂料中使用的固化剂品种主要为TGIC、HAA。用HAA 固化的聚酯粉末涂料在烘烤固化时释放出水等小分子化合物,涂膜容易产生毛孔等弊病。
一般来说,用TGIC 固化的聚酯粉末涂料的涂膜外观以及各种性能都相对较好。分别使用2 种固化剂制备的涂膜性能的检测结果见表4。
由于铝型材用粉末涂料对外观要求较高,所以一般选用TGIC 搭配端羧基聚酯树脂作为涂膜的主要成膜物质。图1 ~ 2 是端羧基聚酯树脂与TGIC 及HAA的反应示意。
3.3 颜填料的选择
由于铝型材粉末涂料是户外用的耐候性涂料,在颜填料品种方面,除了考虑耐热性外,还要求耐光性达到7 ~ 8 级(8 级最好),耐候性达到4 ~ 5 级(5 级最好)。
不适合选用耐候性较差的锐钛型钛白粉和很容易粉化的碳酸钙等填料;考虑到涂膜要求具有良好的外观,不能选用吸油量大的填料,如滑石粉、云母粉等。最后选用超细硫酸钡和金红石型钛白粉作为铝型材粉末涂料的填料部分。
3.4 助剂的选择
助剂是粉末涂料配方中重要的组成部分,虽然其用量较少,但是它的作用对粉末涂料和涂膜性能的影响是不可忽视的。在某些情况下,助剂起到了决定性的作用。
3.4.1 流平剂
流平剂的作用是粉末涂料熔融流平时在表面形成极薄的单分子层,以降低表面张力,克服缩孔等弊病。
考虑到涂膜的耐候性,不能选用以环氧树脂为载体的503 系列流平剂,选用的通用流平剂GLP588 为SiO2 分散型丙烯酸酯类流平剂,其有效成分为聚丙烯酸酯与分散载体SiO2。流平剂用量对涂膜外观的影响见表5。
试验结果表明,在没有流平剂或流平剂用量过少时,涂膜有缩孔,随着流平剂用量的增加,涂膜外观较好,但流平剂用量超过1.5%时,涂膜的耐沾污性较差,所以最后选定流平剂用量为总粉量的1.0%~ 1.5%。
3.4.2 消光剂
在粉末涂料中,涂膜的消光主要分为物理消光和化学消光2 种。通常,物理消光剂可以提供20%~ 70%(60°)的涂膜光泽,而化学消光则可以达到10%以下。
总体来说,作为铝型材使用的消光剂一般为物理消光剂,其中又以各种改性的蜡型消光剂占据主要市场。
蜡型消光剂不仅可以降低涂膜光泽,还可以提高涂膜的耐划伤性。但使用量过高时会出现粉末发黏、贮存稳定性下降等一系列弊病。所以选用合适的消光剂是至关重要的。在消光剂的选择方面应考虑以下几个问题。
⑴与成膜物质的匹配性:涂膜消光是由于体系存在不相容物质所造成的,所以不同的树脂体系应当搭配不同型号的消光剂。
⑵涂膜外观:由于铝型材粉末涂料要求平整度高,所以对于那些含有活性成分的消光剂需要谨慎使用。若使用量过高,涂膜橘纹较重,甚至出现起皱、起砂的现象。
⑶对涂膜机械性能的影响:不同型号的消光剂对涂膜的机械性能是有影响的,尤其体现在涂膜的耐冲击性上。消光剂使用量过高,会引起涂膜耐冲击性正冲好而反冲不好的现象。
3.4.3 其它助剂
作为户外用的铝型材粉末涂料,在配方中添加适量的紫外线吸收剂、抗氧剂等是很有必要的。
聚乙烯蜡有助于提高涂膜的耐划伤性,但其耐黄变性能较差,对于浅色的铝型材粉末涂料来说,在提高涂膜耐划伤性能的同时应考虑涂膜的耐黄变性能。
4、结语
研制的铝型材粉末涂料的生产工艺稳定,符合设计方案对铝型材涂膜外观及性能的要求,产品性能国内领先。如果产品能够在市场上进一步推广应用,对于推动国内铝型材的发展以及技术的进步都具有重要的意义。