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    2. 行業資訊

      News

      HiTone樹脂用于提高粉末涂料中顏料的親和性

      2016/5/17 11:47:33

      粉末涂料生產商在不斷地探索提高性價比的方法。降低成本的方法有:提高顏料填充量,施工時采用較薄的涂層。然而這些方法會導致流動性、光澤及遮蓋力等性能的下降。使用高填充量的環氧樹脂、流動助劑和顏料助劑能克服這些問題。但另一方面,這樣也帶來負作用,可能導致成本上升、泛黃和粉末穩定性的下降。

      顏料含量越高,粉末涂層的外觀越差。達到所要求的遮蓋力需要提高顏料含量,特別是在施工涂層是薄涂層的情況下。標準顏料填充量和高顏料填充量粉末涂料體系外觀的差異見圖1。

      根據專門理論 - HiTone理論(高色調理論)研制的樹脂能克服高顏料填充量時流動性和外觀問題。研究的目的是在不影響重要性能如流動性、光澤和遮蓋力的前提下提高顏料和樹脂間的親和性。正如已經提到的,采用HiTone理論可提高顏料親和性。本文討論了研制的溶液對有色粉末涂料性能的影響。除了外觀外,估計高顏料填充量的粉末涂層的擠制性和研磨性也會受到影響。本文也討論了高填充體系對研磨性的影響。

      實驗

      合成了標準的70/30混合樹脂和基于HiTone理論的兩種70/30混合樹脂(Uralac? P 770 和Uralac P 772)。Uralac P 772是Uralac P 770的一種固化快的型號。此外還合成了標準的60/40混合樹脂和基于HiTone理論的60/40混合樹脂(Uralac P 760)。

      表1給出了70/30混合樹脂的性能,而表2給出了60/40混合樹脂的性能。

      樹脂用顏料含量分別為33%和50%質量比的配方進行測試。在這些試驗中,使用TiO2顏料(Kronos? 2310)。表3給出了顏料含量分別為33%和50%質量比的典型的70/30 和60/40混合樹脂配方。

      用Prism  TSE 16 PC雙桿擠制機擠制配料來制備粉末涂料,擠制機的螺桿直徑為16 mm,長徑比為14。擠制溫度設定為120oC,擠制速度為200轉/每分鐘,扭矩保持在75%~90%。擠制后,擠出的物質用Retch ZM 100離心粉碎機研磨,然后通過孔徑為90 μm的Retch Vibro篩網過篩。最后用GEMA PG1噴槍采用靜電噴涂的方法將粉末涂料噴涂至鋼板(Q-panel S 46)上,然后將板垂直放置在Heraeus公司的UT 6120熱空氣烘箱中。厚度為60 μm的涂層用來進一步評定。

      評定

      在已涂漆的板上目視評定流動性,并與PCI標準比較。另外再用Veeco公司的白光干涉儀評定流動性。該裝置能對大的表面區域進行3D快速掃描(如單次掃描2x2 mm2),其中高度分辨率為幾納米,而橫向分辨率為600納米。通過使用自動的XY表格和“針腳式”軟件,干涉儀甚至能測試更大的樣品(如10x2 mm2)。

      根據試驗方法ASTM D 2794通過反沖測試涂層柔韌性。從涂漆鋼板的背面進行160英寸·磅的沖擊。同樣對ALMg3板進行涂漆,然后在150~250oC BYK-Gardner的梯度烘箱中固化10分鐘。這些板也進行160英寸·磅的沖擊。按ASTM D 523標準用BYK-Gardner反射儀測試20°和60°光澤和霧影。

      將固化后的板放在240oC的烘箱中10分鐘、220oC的烘箱中 1小時來測試耐熱性。測試未經處理的板和處理過的板的色差。

      按ASTM D 2803標準將已劃了一道寬為1mm痕的已固化的板進行鹽霧試驗。將板放在鹽霧設備中500小時,測量從劃痕處開始的平均單向銹蝕。以5oC/min的升溫速率采用差示掃描量熱儀(DSC)測定粉末和涂層的玻璃化溫度Tg。

      結果

      霧影

      霧影值能反映外觀情況。通常,霧影值低,外觀好;如果霧影值高則外觀差。用BYK-Gardner反射儀測定最終涂層的霧影值。圖2給出了不同顏料濃度的霧影測量結果。標準樹脂和新研制的樹脂Uralac P770、 P 772和P 760進行比較。

      標準樹脂在顏料濃度低于40 %~45 %(質量比)時,霧影值都很低。當顏料濃度高于45 %(質量比)時,霧影值增加。相反,與標準樹脂相比,使用Uralac P770、 P 772和P 760樹脂,在顏料濃度高達55 %(質量比)時,霧影值要低得多。

      總結上述試驗結果,與標準樹脂相比,使用HiTone樹脂能填充更多的二氧化鈦而不會降低霧影性能。

      光澤

      光澤也能體現外觀的好壞。通常,光澤高,外觀好。用BYK-Gardner反射儀測定光澤值。圖3比較了不同顏料濃度時的標準混合樹脂和Hitone樹脂(P 770、 P 772 和 P 760)的光澤值。在圖3中,作了20°光澤值與顏料濃度的關系曲線。

      正如所看到的,由標準樹脂制得的涂層的光澤在顏料濃度為40%時開始下降。另一方面,基于HiTone樹脂的體系在顏料濃度增加時光澤降低要少得多。光澤和霧影結果表明,HiTone樹脂的顏料親和性要大大優于標準樹脂的顏料親和性。

      流動性

      流動性與許多因素有關。通常,如果體系的反應性降低,流動性會提高。同樣,其他參數如黏度和表面張力也會影響流動性。如果樹脂的顏料親和性提高,當顏料濃度增加時預期流動性會提高。圖4給出了不同顏料濃度時的流動性結果。將標準樹脂和HiTone樹脂進行比較。通過將標準的PCI板與已涂了由HiTone樹脂或標準樹脂制得的涂層的板進行比較來測量流動性。

      低顏料濃度時的流動性相當,但是在較高顏料濃度時發現流動性有差異。在較高顏料濃度時HiTone樹脂的流動性要比標準樹脂好得多。這一結果表明,HiTone樹脂顏料親和性的提高改善了流動性,尤其是在高顏料濃度時。

      除了與PCI板比較來測量流動性外,用白光干涉儀測定了粉末涂層表面的流平性。用白光干涉儀拍攝了顏料濃度為50%(質量比)涂層的圖片。白光干涉儀拍攝的圖片見圖5。

      從圖5中可以看出,在顏料濃度為50%(質量比)時Uralac P 770樹脂的流平性優于標準樹脂。根據流動性試驗結果,HiTone聚酯樹脂在顏料濃度較高時流動性優于標準聚酯樹脂。這可以清楚地說明采用HiTone理論改善了高填充體系的流動性。

      研磨性

      為測定研磨過程中高填充體系對消耗的功率系數的影響,研磨試驗在生產階段進行。消耗的功率系數以將每公斤產品研磨至規定的粒徑所需要的電功來表示。對Uralac P 770進行全部顏料濃度范圍內的研磨試驗。對顏料濃度為50%(質量比)的Uralac P760進行試驗。由于采用薄涂層施工時需要更小的粒徑,對粒徑分布中平均粒徑D50為30微米和50微米的體系測定了其消耗的功率系數的差異。用Hosokawa的ACM10空氣分粒研磨器進行試驗。碾磨過程中的極性條件是研磨轉子和分粒器轉子的最大功率消耗和體系的最大壓降。在高濃度顏料體系的研磨過程中發現這些條件對最小粒徑最有影響。為克服這一缺點,調整了研磨盤和分粒器的轉速。得到的有關的試驗結果見表4和5。

      從表4和5可以看出,調整了顏料濃度為50%(質量比)的體系研磨至D50為30微米時研磨盤和分粒器的轉速。進行這種調整是為了防止堵塞。

      以上結果以圖形方式在圖6中給出。圖形清楚地表明,顏料濃度增加,消耗的功率系數也增加。

      從圖6可得出這樣的結論:顏料濃度越高,會面臨更嚴格的研磨性,特別是在低粒徑分布時。而且研磨性還與所用的聚酯類型有關,并與顏料濃度的增加直接有關??梢钥闯?,HiTone樹脂的研磨性與標準樹脂相比沒有差異。

      其他涂層性能

      正如所提到的,此次研究的目的是為了提高聚酯樹脂的顏料親和性而不影響其他重要性能。霧影、光澤、流動性和研磨性已經討論過了。測定其他性能得到的試驗結果列于表6。對70/30標準混合樹脂、 Uralac P 770和Uralac P 772進行了比較,對60/40標準混合樹脂和Uralac P 760進行了比較。只給出了TiO2濃度為33%和50%(質量比)的試驗結果。

      對在梯度烘箱中經過150~250oC固化 10 分鐘的板測定耐沖擊性。表6給出了涂層開始出現好的耐沖擊性的烘烤溫度。

      從表6的試驗結果可清楚地看出耐化學介質性、熱穩定性、粉末穩定性和耐鹽霧性不受HiTone理論的影響。也比較了粉末和涂層的Tg。如果沒有快速固化型的70/30混合樹脂,標準固化型的HiTone樹脂(Uralac P 770和 Uralac P 760)的固化要比標準混合樹脂慢。

      結論和討論

      在本文中描述了顏料親和性得到改善的樹脂的用途。采用HiTone理論,得到了極好的結果。討論了用HiTone樹脂Uralac P 770、 P 772 和 P 760制得的涂層的性能。在流動性、霧影和光澤等性能保持不變的情況下,這些樹脂的顏料填充量最高為50%(質量比)。涂層的其他重要性能如粉末穩定性、柔韌性、耐熱性、耐化學介質性以及粉末和涂層的耐Tg不受影響。

      此外還討論了HiTone樹脂的研磨性。將低和高顏料濃度的HiTone樹脂涂料研磨至D50為30 和50 μm。用標準聚酯樹脂進行比較。HiTone樹脂的研磨性與標準樹脂相比沒有差異。

      總之,在保持好的美學外觀性和機械性能的同時,采用HiTone樹脂能獲得比常規的樹脂更高的顏料濃度含量。優異的結果拓寬了配方和應用范圍??赡艿膽妙I域有采用薄涂層施工、家用器具、白色物品、高填充底漆、屋頂瓦片、加熱和空氣冷卻設施、金屬住宅、金屬家具及其他領域。





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