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HiTone树脂用于提高粉末涂料中颜料的亲和性

作者:   |  发表于:2013-04-01   |  关键词:

粉末涂料生产商在不断地探索提高性价比的方法。降低成本的方法有:提高颜料填充量,施工时采用较薄的涂层。然而这些方法会导致流动性、光泽及遮盖力等性能的下降。使用高填充量的环氧树脂、流动助剂和颜料助剂能克服这些问题。但另一方面,这样也带来负作用,可能导致成本上升、泛黄和粉末稳定性的下降。

颜料含量越高,粉末涂层的外观越差。达到所要求的遮盖力需要提高颜料含量,特别是在施工涂层是薄涂层的情况下。标准颜料填充量和高颜料填充量粉末涂料体系外观的差异见图1

根据专门理论 - HiTone理论(高色调理论)研制的树脂能克服高颜料填充量时流动性和外观问题。研究的目的是在不影响重要性能如流动性、光泽和遮盖力的前提下提高颜料和树脂间的亲和性。正如已经提到的,采用HiTone理论可提高颜料亲和性。本文讨论了研制的溶液对有色粉末涂料性能的影响。除了外观外,估计高颜料填充量的粉末涂层的挤制性和研磨性也会受到影响。本文也讨论了高填充体系对研磨性的影响。

实验

合成了标准的70/30混合树脂和基于HiTone理论的两种70/30混合树脂(Uralac® P 770 Uralac P 772)Uralac P 772Uralac P 770的一种固化快的型号。此外还合成了标准的60/40混合树脂和基于HiTone理论的60/40混合树脂(Uralac P 760)

1给出了70/30混合树脂的性能,而表2给出了60/40混合树脂的性能。

树脂用颜料含量分别为33%50%质量比的配方进行测试。在这些试验中,使用TiO2颜料(Kronos® 2310)。表3给出了颜料含量分别为33%50%质量比的典型的70/30 60/40混合树脂配方。

Prism  TSE 16 PC双杆挤制机挤制配料来制备粉末涂料,挤制机的螺杆直径为16 mm,长径比为14。挤制温度设定为120oC,挤制速度为200/每分钟,扭矩保持在75%~90%。挤制后,挤出的物质用Retch ZM 100离心粉碎机研磨,然后通过孔径为90 μmRetch Vibro筛网过筛。最后用GEMA PG1喷枪采用静电喷涂的方法将粉末涂料喷涂至钢板(Q-panel S 46)上,然后将板垂直放置在Heraeus公司的UT 6120热空气烘箱中。厚度为60 μm的涂层用来进一步评定。

评定

在已涂漆的板上目视评定流动性,并与PCI标准比较。另外再用Veeco公司的白光干涉仪评定流动性。该装置能对大的表面区域进行3D快速扫描(如单次扫描2x2 mm2),其中高度分辨率为几纳米,而横向分辨率为600纳米。通过使用自动的XY表格和“针脚式”软件,干涉仪甚至能测试更大的样品(10x2 mm2)

根据试验方法ASTM D 2794通过反冲测试涂层柔韧性。从涂漆钢板的背面进行160英寸·磅的冲击。同样对ALMg3板进行涂漆,然后在150~250oC BYK-Gardner的梯度烘箱中固化10分钟。这些板也进行160英寸·磅的冲击。按ASTM D 523标准用BYK-Gardner反射仪测试20°和60°光泽和雾影。

将固化后的板放在240oC的烘箱中10分钟、220oC的烘箱中 1小时来测试耐热性。测试未经处理的板和处理过的板的色差。

ASTM D 2803标准将已划了一道宽为1mm痕的已固化的板进行盐雾试验。将板放在盐雾设备中500小时,测量从划痕处开始的平均单向锈蚀。以5oC/min的升温速率采用差示扫描量热仪(DSC)测定粉末和涂层的玻璃化温度Tg

结果

雾影

雾影值能反映外观情况。通常,雾影值低,外观好;如果雾影值高则外观差。用BYK-Gardner反射仪测定最终涂层的雾影值。图2给出了不同颜料浓度的雾影测量结果。标准树脂和新研制的树脂Uralac P770 P 772P 760进行比较。

标准树脂在颜料浓度低于40 %~45 %(质量比)时,雾影值都很低。当颜料浓度高于45 %(质量比)时,雾影值增加。相反,与标准树脂相比,使用Uralac P770 P 772P 760树脂,在颜料浓度高达55 %(质量比)时,雾影值要低得多。

总结上述试验结果,与标准树脂相比,使用HiTone树脂能填充更多的二氧化钛而不会降低雾影性能。

光泽

光泽也能体现外观的好坏。通常,光泽高,外观好。用BYK-Gardner反射仪测定光泽值。图3比较了不同颜料浓度时的标准混合树脂和Hitone树脂(P 770 P 772 P 760)的光泽值。在图3中,作了20°光泽值与颜料浓度的关系曲线。

正如所看到的,由标准树脂制得的涂层的光泽在颜料浓度为40%时开始下降。另一方面,基于HiTone树脂的体系在颜料浓度增加时光泽降低要少得多。光泽和雾影结果表明,HiTone树脂的颜料亲和性要大大优于标准树脂的颜料亲和性。

流动性

流动性与许多因素有关。通常,如果体系的反应性降低,流动性会提高。同样,其他参数如黏度和表面张力也会影响流动性。如果树脂的颜料亲和性提高,当颜料浓度增加时预期流动性会提高。图4给出了不同颜料浓度时的流动性结果。将标准树脂和HiTone树脂进行比较。通过将标准的PCI板与已涂了由HiTone树脂或标准树脂制得的涂层的板进行比较来测量流动性。

低颜料浓度时的流动性相当,但是在较高颜料浓度时发现流动性有差异。在较高颜料浓度时HiTone树脂的流动性要比标准树脂好得多。这一结果表明,HiTone树脂颜料亲和性的提高改善了流动性,尤其是在高颜料浓度时。

除了与PCI板比较来测量流动性外,用白光干涉仪测定了粉末涂层表面的流平性。用白光干涉仪拍摄了颜料浓度为50%(质量比)涂层的图片。白光干涉仪拍摄的图片见图5

从图5中可以看出,在颜料浓度为50%(质量比)时Uralac P 770树脂的流平性优于标准树脂。根据流动性试验结果,HiTone聚酯树脂在颜料浓度较高时流动性优于标准聚酯树脂。这可以清楚地说明采用HiTone理论改善了高填充体系的流动性。

研磨性

为测定研磨过程中高填充体系对消耗的功率系数的影响,研磨试验在生产阶段进行。消耗的功率系数以将每公斤产品研磨至规定的粒径所需要的电功来表示。对Uralac P 770进行全部颜料浓度范围内的研磨试验。对颜料浓度为50%(质量比)的Uralac P760进行试验。由于采用薄涂层施工时需要更小的粒径,对粒径分布中平均粒径D5030微米和50微米的体系测定了其消耗的功率系数的差异。用HosokawaACM10空气分粒研磨器进行试验。碾磨过程中的极性条件是研磨转子和分粒器转子的最大功率消耗和体系的最大压降。在高浓度颜料体系的研磨过程中发现这些条件对最小粒径最有影响。为克服这一缺点,调整了研磨盘和分粒器的转速。得到的有关的试验结果见表45

从表45可以看出,调整了颜料浓度为50%(质量比)的体系研磨至D5030微米时研磨盘和分粒器的转速。进行这种调整是为了防止堵塞。

以上结果以图形方式在图6中给出。图形清楚地表明,颜料浓度增加,消耗的功率系数也增加。

从图6可得出这样的结论:颜料浓度越高,会面临更严格的研磨性,特别是在低粒径分布时。而且研磨性还与所用的聚酯类型有关,并与颜料浓度的增加直接有关。可以看出,HiTone树脂的研磨性与标准树脂相比没有差异。

其他涂层性能

正如所提到的,此次研究的目的是为了提高聚酯树脂的颜料亲和性而不影响其他重要性能。雾影、光泽、流动性和研磨性已经讨论过了。测定其他性能得到的试验结果列于表6。对70/30标准混合树脂、 Uralac P 770Uralac P 772进行了比较,对60/40标准混合树脂和Uralac P 760进行了比较。只给出了TiO2浓度为33%50%(质量比)的试验结果。

对在梯度烘箱中经过150~250oC固化 10 分钟的板测定耐冲击性。表6给出了涂层开始出现好的耐冲击性的烘烤温度。

从表6的试验结果可清楚地看出耐化学介质性、热稳定性、粉末稳定性和耐盐雾性不受HiTone理论的影响。也比较了粉末和涂层的Tg。如果没有快速固化型的70/30混合树脂,标准固化型的HiTone树脂(Uralac P 770 Uralac P 760)的固化要比标准混合树脂慢。

结论和讨论

在本文中描述了颜料亲和性得到改善的树脂的用途。采用HiTone理论,得到了极好的结果。讨论了用HiTone树脂Uralac P 770 P 772 P 760制得的涂层的性能。在流动性、雾影和光泽等性能保持不变的情况下,这些树脂的颜料填充量最高为50%(质量比)。涂层的其他重要性能如粉末稳定性、柔韧性、耐热性、耐化学介质性以及粉末和涂层的耐Tg不受影响。

此外还讨论了HiTone树脂的研磨性。将低和高颜料浓度的HiTone树脂涂料研磨至D5030 50 μm。用标准聚酯树脂进行比较。HiTone树脂的研磨性与标准树脂相比没有差异。

总之,在保持好的美学外观性和机械性能的同时,采用HiTone树脂能获得比常规的树脂更高的颜料浓度含量。优异的结果拓宽了配方和应用范围。可能的应用领域有采用薄涂层施工、家用器具、白色物品、高填充底漆、屋顶瓦片、加热和空气冷却设施、金属住宅、金属家具及其他领域。




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