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浅谈如何提高铝型材用粉末涂料的贮存稳定性
发布时间:2019-7-31
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摘要

本文主要分析了铝型材用粉末涂料贮存稳定性出现异常的原因,并对如何提高粉末涂料贮存稳定性提供了一些思路,同时对粉末涂料用户提供了一些应用过程的注意事项。

前言


在粉末涂料的应用过程中,特别是在潮湿闷热的南方,时常会出现粉末涂料用户在开箱即将喷涂时发现粉末结团的现象。


这时需要喷涂员工对粉末进行过筛处理,影响了喷涂的效率。也有一些特殊的粉末,在环境不十分理想的条件下贮存一定时间后,喷涂固化成膜,出现了涂膜光泽异常、表面粗糙、机械性能下降、耐沸水性差等现象。


这时往往被评判为不合格粉末,也就是我们常说的粉末变质了。造成以上现象的原因,主要是粉末本身的特殊性和贮存不当引起的贮存稳定性不好,从机理上分析,主要有物理变化和化学变化。 


本文主要从物理变化和化学变化的机理分析了铝型材用粉末涂料贮存稳定性出现异常的原因,并对如何提高粉末涂料贮存稳定性提供了一些思路。


同时对粉末涂料用户提供了一些应用过程的注意事项,最终使粉末涂料的贮存期得到相对延长,减少用户在喷涂过程不必要的麻烦。

原因分析


粉末涂料在贮存过程中会发生缓慢的变化,主要是因为粉末涂料生产过程中将树脂、固化剂及各种助剂通过挤出熔融后混合在一起。


所以在一定环境下贮存一段时间后,混合在一起的原材料自身或者互相间会产生一些微小变化,使粉末涂料不能正常使用。


通常超出贮存时间后,粉末会出现结团聚集、流动性变差等现象,涂膜会产生光泽异常、流平变差、表面变粗糙等变化。  


我们通常认为粉末的贮存稳定性差有两个方面的原因。


一是粉末的物理状态发生了变化,这是由于粉末涂料长时间处于较高的温度(接近或大于粉末的玻璃化温度),粉末由玻璃态向高弹态转化,导致粉末软化发粘,表现出来就是粉末结团或聚集,在流化桶内难以流化分散,影响正常的喷涂施工。


另一种涉及到粉末的化学活性发生了变化,由于某些特殊的粉末涂料中加有反应型消光剂、消光固化剂等成分,会导致粉末的活性加大。


在一定时间温度条件下,粉末产生了部分化学反应,引起粉末变质,通常的表现是涂膜流平性及光泽产生变化,有时也会使涂膜的理化性能部分下降。


其具体影响因素分析如下


1.粉末涂料的玻璃化温度


粉末涂料在贮存一段时间后,出现如结团或聚集等物理状态变化主要是粉末软化发粘导致的,而粉末发粘主要是因为粉末贮存的环境温度接近或高于粉末的玻璃化温度。


玻璃化温度是指高聚物由高弹态转变为玻璃态的温度,指无定型聚合物(包括结晶型聚合物中的非结晶部分)由玻璃态向高弹态或者由后者向前者的转变温度,是无定型聚合物大分子链段自由运动的最低温度,通常用Tg表示,随测定的方法和条件有一定的不同。


图一是线性非晶态高聚物在不同温度下的形变曲线。在Tg以下,聚合物处于玻璃态,分子链和链段都不能运动,只是构成分子的原子(或基团)在其平衡位置作振动。


而在Tg时,分子链虽不能移动,但是链段开始运动,表现出高弹性质。(1)因此,尽管粉末涂料的贮存温度常常在它的Tg以下,但是由于低分子的运动和树脂分子中的原子(或基团)在振动,也会引起结团现象。 


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图一


由以上分析知道,粉末涂料的玻璃化温度越高,它的贮存稳定性越好。粉末涂料的玻璃化温度是由粉末涂料各个组成成分共同决定的,主要由树脂和固化剂的玻璃化温度决定的,因为这两者在粉末涂料中的含量一般占总量的60%左右。


常用的大部分助剂都是分子量较小的高分子化合物,玻璃化温度较低,会降低粉末涂料的Tg,但是大部分助剂的用量都很小,对粉末最终Tg影响不大。


而粉末涂料中无机物(如填料、无机颜料)对粉末最终Tg提高有一定的贡献。由表一可以看出,不同类型的粉末涂料Tg是不一样的,同类型的粉末涂料Tg也有一些差别。总的来说,砂纹粉Tg比平面粉高。


表一中粉末Tg由瑞士梅特勒-托利多DSC1测量而得,树脂Tg是指对应样粉所使用树脂的Tg,通过以下公式计算得出。


1/Tg=W1/Tg1+W2/Tg2+…Wn/Tgn


式中:Tg-粉末配方中树脂的玻璃化温度,K;Tgn一粉末涂料中各个树脂玻璃化温度,K,由树脂厂家检测报告提供;Wn-分别为粉末涂料中各个树脂的质量分数。


由图二可以看出,粉末涂料的Tg和配方中所使用的树脂Tg具有一定的正向相关性,即树脂的Tg越高,对应粉末的Tg也越高。


粉末Tg和树脂Tg大部分都相差在10℃左右(砂纹1除外)。虽然提高树脂的Tg可改善涂料的贮存稳定性,但树脂的Tg提高会使涂膜变得脆且硬,耐冲击性和柔韧性降低【1】,同时涂膜流平也会变差。


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表一  不同样粉的树脂Tg和粉末Tg


33333333333.jpg图二 不同样粉的树脂Tg和粉末Tg


所以,在铝型材用粉末涂料配方设计时,在保证涂膜外观的情况下,尽量选择Tg高的树脂;另外,在不影响粉末涂料和涂膜各项性能的情况下,适当提高配方中颜填料的含量,都可以提高粉末涂料的玻璃化温度。


2.粉末涂料体系的反应活性


在粉末涂料中主要是由于树脂和固化剂直接接触,所以长期在一定条件下会发生化学反应,造成粉末涂料变质,通常的表现是涂膜流平性及光泽产生变化,有时也会使涂膜的理化性能(如耐沸水、机械性能)部分下降。


而粉末涂料体系本身的反应活性越大或者贮存的环境温度越高,都会加快粉末体系的化学变化。


粉末涂料的反应活性主要是由聚酯树脂的酸值/羟值、促进剂的用量以及反应型消光剂或者消光固化剂的用量决定的。


一般情况下聚酯树脂酸值/羟值越高意味着其反应的官能团越多,反应活性越大,宏观的表现就是粉末体系的胶化时间短。


比如聚氨酯粉末中高羟值树脂比低羟值树脂制作出来的粉末胶化时间明显短,对贮存环境要求更严格,非常容易变质,在实际应用时贮存周期极短。


对于聚酯树脂的酸值相差不大,但不同种类或厂家的树脂的反应活性也不一样,比如一般用于木纹粉的树脂比普通粉用树脂的反应活性大,所以一般木纹粉放置一段时间后,会出现粉末物理状态未结团,但是其在转印时会出现难撕纸现象。


这就是木纹粉由于反应活性大,少部分粉末已缓慢反应、变质。所以在设计配方时,根据客户要求,选择出恰当的酸值和活性的树脂是很重要的。


对于半、哑光配方,会在配方中添加消光剂或者消光固化剂,而现在市场上大部分物理消光剂都是内反应平衡型消光剂,外在表现是不需要消耗固化剂。


对于消光固化剂就是直接消耗固化剂参加反应,所以这两类助剂都会导致粉末涂料化学活性变强,胶化时间变短,会使粉末涂料在贮存过程中更容易发生化学变化。


所以可通过选择不影响粉末涂料反应活性的消光剂或者通过调整配方尽量减少反应型的消光剂或者消光固化剂的用量来提升粉末涂料贮存稳定性。


对于有些特殊配方中会使用到促进剂一类的物质,外在的表现就是粉末涂料的胶化时间明显变短,说明促进剂会使粉末涂料体系活性明显变强,造成粉末涂料容易变质,所以尽量避免使用。


3.粉末涂料粒径分布


粉末涂料的粒径通常控制D50介于30-40μm之间,如果10um以下细粉较多,它们的比表面积就迅速增加,粉与粉之间的接触面也随之增加,容易聚集成团。


特别是在夏天炎热潮湿的情况下,粉末更易结团,在流化桶内,难以流化,不能形成均匀的雾状导致喷枪出粉不均,喷涂效率下降。


所以,控制好粉末的粒径分布,特别是降低细粉含量,也能改善粉末涂料的贮存稳定性。

提高粉末涂料贮存稳定性的方法


从粉末涂料本身的角度来看,通过以上分析,我们可以从以下几个方面改善铝型材用粉末涂料的贮存稳定性。


1.在不影响粉末涂料和涂膜各项性能的情况下,尽量选择Tg高的树脂,并适当提高配方中颜填料的含量。


2.根据不同产品的性能和客户要求,选择恰当酸值和活性的树脂,严格控制消光剂的种类和用量,避免使用促进剂。


3.少用、慎用其他助剂,与原材料厂家沟通,提高原材料的贮存稳定性。


4.粉末生产时,控制好粒径分布,特别是要降低细粉含量。粉末磨完之后,等容器中的粉末冷却之后再封口或者在车间通冷气防止粉末温度过高。


5.在粉末涂料的制造过程中,以外加的方式添加比表面积大、吸湿能力强的气相二氧化硅、氧化铝C等疏松剂。


使粉末涂料粒子之间形成隔离层,减少粉末涂料粒子碰撞和凝聚的机会,使粉末涂料不容易结团,从而改进粉末涂料的贮存稳定性。


因为要平衡粉末涂料和涂膜的各项性能,在目前的技术水平下,粉末涂料的Tg也不可能设计得很高。


所以,粉末涂料生产出来后,它的贮存稳定性就已经固定,为了延长它的贮存期,用户的贮存环境也很重要。针对铝型材用粉末涂料,建议用户在贮存时,应达到以下条件,并尽可能在短时间内将粉末使用完毕。


贮存温度:不超过30℃,最好在25℃以下。


贮存环境:应保持通风、干燥,防止日光直接照射粉末;贮存粉末的地点不允许与火种接近,并远离热源。


其他注意事项:防止仓库积水或滴水,粉末涂料包装箱需放在货架或者隔离地面的木板上,堆放高度最好不要超过4层。

结语


提高粉末涂料的贮存稳定性,不仅需要粉末涂料原材料厂家设计Tg高的原材料,而且需要粉末厂家有针对性的设计配方并控制好生产工艺,同时也需要粉末涂料用户在贮存环境上的改善。

来源:广东华江粉末科技有限公司


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