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橡胶促进剂对聚酯环氧粉末涂料性能的影响

2022-04-21 13:57:56

1.众所周知聚酯环氧粉末涂料是由聚酯树脂、环氧 树脂、颜填料和助剂等组成。在助剂的成分中,除了常 用的流平剂、分散剂、除气剂、松散剂等外,为了满足粉 末涂料的反应活性,也就是满足烘烤固化条件而需要 添加固化促进剂,使涂膜性能达到用户的要求。 随着我国粉末涂料与涂装工业的迅速发展,为了 满足各种用途的需要,开发的聚酯树脂与环氧树脂的 品种很多,基本上能满足一般的需要,但是还不能完全 满足特殊用途的需求。在粉末涂料用聚酯树脂品种的 开发中,虽然都要添加不同量的固化促进剂,但是由于 原材料生产单位的远近、产品价格、树脂的相容性等多 方面的原因而没有找到理想的树脂品种时,应考虑对 熟悉的树脂品种的活性进行调整后使用,具体措施之 一是在配方中添加促进剂。在粉末涂料配方中,促进剂 的主要作用是提高树脂与固化剂(或树脂)的反应活 性,提高成膜物的固化反应速率或缩短固化反应时间, 或者调整粉末涂料的胶化时间和熔融水平流动性等。

在聚酯环氧粉末涂料体系中使用的促进剂品种很多, 常用的品种有金属氧化物(氧化锌)、叔胺(咪唑类)、季 胺(卞基氯化胺)、季铵盐(鎓盐)等。 了解不同橡胶促进剂品种对同一种聚酯树脂配制的聚 酯环氧粉末涂料与涂膜性能的影响;同一品种的促进 剂对不同厂家或同一厂家不同型号的聚酯树脂配制的 聚酯环氧粉末涂料与涂膜性能的影响;促进剂不同用 量对同一种聚酯树脂配制粉末涂料与涂膜性能的影响 等,对于设计聚酯粉末涂料、选择促进剂的品种和用 量、选择聚酯树脂的品种具有重要的意义。本文就此 进行研究。

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2试验部分


2.1试验设备和仪器


试验设备有实验室用双螺杆挤出机、粉碎机、静电 粉末喷涂设备;仪器有色差仪、胶化时间和熔融流动性 测定仪、冰箱、涂膜光泽和冲击强度试验器等。


2.2试验原材料


       原材料有:聚酯树脂-1、聚酯树脂-2、聚酯树脂-3、聚酯树脂-4、环氧树脂E-12、促进剂-1(咪唑类)、促 进剂-2(咪唑啉)、促进剂-3(鎓盐)、钛白粉R940、沉淀 硫酸钡、流平剂、分散剂、除气剂和其它助剂等。


2.3试验方法


       按粉末涂料的配方称量,以一般粉末涂料的配制 方法,通过“熔融挤出→粉碎→过筛(180目)”制得粉 末涂料,然后测定粉末涂料的胶化时间和熔融水平流 动性,在0.5 mm的冷轧钢板上经静电喷涂后分别于 180℃、190℃,200℃固化15 min,检测涂膜性能。


3结果与讨论


3.1不同促进剂对同一聚酯环氧粉末涂料性能的影响 选择        促进剂-1、促进剂-2、促进剂-3,分别与聚酯 树脂-1和环氧树脂E-12配制聚酯环氧粉末涂料。不 同促进剂对聚酯环氧粉末涂料与涂膜性能的影响试验 结果见表1。

    表1试验结果说明,不同促进剂品种对同一种聚 酯环氧粉末涂料的胶化时间、熔融流平性、涂膜的光泽和冲击强度有不同的影响,特别是对冷冻后的涂膜冲 击强度影响差别较大。这是因为不同促进剂的结构不 同,催化的机理也不同,所以促进效果也不同。因此根 据粉末涂料与涂膜性能的要求选择合适的促进剂品种 是很有必要的。


     3种不同促进剂配制的粉末涂料和无促进剂(空 白)的粉末涂料分别在180℃、190℃、200℃固化15 min,比较涂膜色差(ΔE)的变化情况,其试验结果见 表2。

   表2试验结果说明,无论是以加促进剂的180℃ 烘烤固化的样板为标准,还是以没有加促进剂的180 ℃烘烤固化的样板为标准,促进剂-3的色差小。因 此从涂膜的耐变色性和耐热性考虑,选择促进剂-3是 比较好的。


3.2同一促进剂对不同聚酯树脂环氧粉末涂料的影响


选择促进剂-3,用不同厂家生产的聚酯树脂-1、 聚酯树脂-2、聚酯树脂-3、聚酯树脂-4分别配制聚酯 环氧粉末涂料,对粉末涂料与涂膜的性能影响进行比 较,其试验结果见表3。

    从表3试验结果可知,促进剂-3以同样的用量与 不同厂家的聚酯树脂配制聚酯环氧粉末涂料时,对粉 末涂料的胶化时间有影响,但影响不太大,对粉末涂料 的熔融水平流动性的影响较大。这是因为聚酯树脂的 生产厂家在设计聚酯树脂的活性时,考虑到粉末涂料 的烘烤固化条件设定在180℃、15 min,所以各厂之间 的聚酯树脂的活性和胶化时间的差别不会很大,但是 各厂家使用的原材料不同,树脂结构有差别,熔融黏度 差别较大,使粉末涂料的熔融水平流动性的差别也较 大。

用这种促进剂的粉末涂料,在180℃、190℃、200 ℃不同温度下烘烤固化15 min时,涂膜的光泽差别很 大,但对涂膜在常温下的冲击强度没有明显的影响,然 而对冷冻下的冲击强度是有一定影响的。这一试验结 果说明,同一种促进剂对不同厂家的聚酯树脂配制的 粉末涂料与涂膜性能的影响有很大的区别,所以必须 经过不同聚酯树脂和促进剂之间的比较试验来选择佳的聚酯树脂与促进剂之间的匹配。


另外,同一种促进剂对于不同厂家的聚酯树脂配 制聚酯环氧粉末涂料涂膜色差的影响来说,以无催化 剂的粉末涂料180℃、固化15 min的涂膜为标准,有 促进剂-3的不同聚酯树脂粉末涂料分别在180℃ 190℃、200℃固化的涂膜的色差(ΔE)进行比较时,相 对比较起来聚酯树脂-4的色差小、涂膜耐热性 好,而聚酯树脂-2的色差大、涂膜耐热性差,其涂 膜耐热性的好坏顺序如下:


聚酯树脂-4>聚酯树脂-1>聚酯树脂-3>聚酯树 脂-2


根据涂膜的耐热性和色差的要求,选择好聚酯树脂品种或者促进剂品种也是设计粉末涂料配方的重要 问题。


3.3不同促进剂用量对聚酯环氧粉末涂料的影响


选择促进剂-3,与聚酯树脂-2、聚酯树脂-3和聚 酯树脂-4分别以不同的用量配制粉末涂料,对涂膜的 性能进行测试,试验结果见表4~6。

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    表4试验结果说明,随着配方中促进剂用量的增 加,粉末涂料的胶化时间明显缩短,熔融水平流动性也 有变小的倾向,而且对涂膜的冷冻冲击性能也有一定 的影响,用量在0.40 g时其性能好。另外,在一定用 量范围内,促进剂对涂膜的冲击强度没有明显的影响, 对涂膜光泽的影响也没有明显的规律。

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      表5试验结果说明,随着配方中促进剂用量的增 加,粉末涂料的胶化时间明显缩短,熔融流动性也明显 变小,但对涂膜的光泽、冲击强度、冷冻冲击强度的影 响没有明显的差别。

      表6试验结果说明,随着配方中促进剂用量的增 加,粉末涂料的胶化时间明显缩短,熔融水平流动性也 明显变小,而且对涂膜的冷冻冲击性能也有一定的影 响,用量在0.40 g时其性能好。另外在一定用量范 围内,对涂膜光泽和冲击强度没有明显的影响。

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表4~6的试验结果都说明,一般在聚酯环氧粉末涂料体系中,随着促进剂用量的增加,粉末涂料的 胶化时间缩短,熔融水平流动性也有变小的倾向。因 此,添加和调整促进剂的用量可以调整粉末涂料的烘 烤时间和温度,而且对防止涂膜流挂等问题是很有效 的。在上述试验中,对涂膜的光泽和冲击强度的影响 并不明显,但是对涂膜的冷冻冲击强度的影响比较明 显。因此根据用户对粉末涂料和涂膜性能的要求,选 择佳促进剂品种和用量是粉末涂料配方设计的重 要内容之一。


结语


    ⑴在用同一种聚酯树脂与不同品种的促进剂配制 的聚酯环氧粉末涂料体系中,不同促进剂品种对粉末 涂料的胶化时间和熔融水平流动性有一定的影响,对 涂膜的冲击强度,特别是冷冻冲击强度的影响更大,而 且在不同温度下烘烤固化时对涂膜色差的影响也有明 显差别。因此,必须选择合适的促进剂品种。


    ⑵在用同一种促进剂与不同厂家聚酯树脂配制的 聚酯环氧粉末涂料体系中,聚酯树脂品种对粉末涂料 的胶化时间有一定的影响,对熔融水平流动性影响更 大;另外对涂膜冷冻冲击强度影响和不同温度下烘烤 时涂膜色差的影响也较大。因此,必须选择合适的树脂 品种匹配。

    ⑶在用同一种聚酯树脂与不同用量的同一种促进 剂配制聚酯环氧粉末涂料体系中,随着促进剂用量的 增加粉末涂料的胶化时间有明显缩短,熔融水平流动 性也有变小的倾向,虽然对涂膜的光泽和冲击强度没 有明显的影响,但是对涂膜冷冻冲击强度有明显的影 响。因此,必须考虑选择合适的促进剂用量。

     总而言之,为了得到具有合适的反应活性、优良的 涂膜机械性能(特别是冷冻下的冲击强度)和耐热性好 色差小)的聚酯环氧粉末涂料,必须选择好促进剂的 品种和用量,还要选择好聚酯树脂的品种(生产厂家) 相匹配。




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