微粒径固化剂对粉末涂料性能的影响.doc

微粒径固化剂对粉末涂料性能的影响陈旭峰1,2 李威2（1.湖北三峡大学，宜昌 4430002.湖北来斯化工新材料有限公司，鄂州 436070 ）摘 要 本文通过介绍粉末涂料中纯环氧、纯聚酯固化剂等粉体经过物理改性前后涂膜性能对比，从而探讨微粒径固化剂对粉末涂料性能的影响。关键词 粉末涂料 固化剂 粉体表面改性 激光粒度分析0 前言 粉末涂料是不含溶剂、平均粒径在35微米，通过静电喷涂后烘烤成膜的一类环保涂料。主要应用在家电、钢制门窗、金属箱体等工件上。随着粉末涂料的市场不断地开拓和渗透，粉末涂料的生产商更加注重涂膜缺陷的消除，提高涂膜平整度，降低涂料固化温度（节能），要想达到这些，都与选择好合适的固化剂有关。湖北来斯化工新材料有限公司通过不同的物理、化学方法对固化剂进行表面改性，一定程度上改变颗粒表面的晶体结构提高其反应活性，提高它在基体中的分散性，增强与基体的界面结合力，达到粉体表面改性的目的。进而很好的适应市场，服务于广大客户。1 粉体改性原理固体物质受到各种形式的机械力（如摩擦力、剪切力和冲击力等）作用时，会在不同程度上被“激活”。若体系仅发生物理性质变化而其组成和结构不变时，称为机械激活；若物质的结构或化学组成也同时发生了变化，则称为化学激活当机械力作用很强时，使得形成裂纹的临界时间短于产生这种裂纹的机械作用时间，或受到机械力作用的颗粒的尺寸小于形成裂纹的临界尺寸时，均不会产生裂纹，而会产生塑性变形和各种缺陷的积累，即为机械活化过程。微颗粒团聚体中由于颗粒间的滑移，颗粒本身的弹性变形以及颗粒表面的晶格缺陷、晶界不规则结构所产生的粉体应力作用出现缓和，致使碎裂作用减小。到达粉碎平衡后，即使继续进行粉碎，颗粒的粒度大小将不再变化；但作用于颗粒的机械能将使颗粒的结晶结构不断破坏，晶格应变和晶格扰乱增大。由于机械活化，反应物的活性增强，使化学反应的表观活化能大为降低，最终导致反应速率常数显著增大。固化剂利用机械方法通过强烈机械作用有目地的对粉体表面进行激活，在一定程度上改变颗粒表面的晶体结构、溶解性能（表面无定形化）、化学吸附和反应活性（增加表面活性点或活性基团）等，从而增加与基体的相容性和润湿性，提高它在基体中的分散性，增强与基体的界面结合力，达到粉体表面改性的目的。【1】2 实验部分 2.1 主要原料与仪器2.1.1主要原料环氧树脂，工业品E-12，环氧值0.12，安徽恒远化工有限公司 聚酯树脂，工业品P9337，酸值32，杭州中法实业股份有限公司改性环氧固化剂，自制（环氧固化剂381改性制得），湖北来斯化工新材料有限公司 改性聚酯固化剂，自制（聚酯固化剂317改性制得），湖北来斯化工新材料有限公司钛白粉（锐钛型），工业品，山东淄博钻业有限公司沉淀硫酸钡，工业品，宜昌恒大化工有限责任公司催化剂，工业品，湖北来斯化工新材料有限公司（固化剂性能指标见表一）表1 固化剂性能指标【2】性 能指 标固 化 剂 环氧固化剂381聚酯固化剂317分子量84265外观白色结晶粉末白色粉末熔点207209120相对密度1.40/2.1.2仪器设备欧美克SCF-106型激光粒度分析仪、冲击仪、弯曲试验仪、双螺旋挤出机、静电喷枪、恒温烤箱 2.2 试验配方 2.2.1实验基本配方表2 不同类型粉末涂料实验基本配方纯环氧型基本配方A（质量份）纯聚酯型基本配方B(质量份)环氧树脂50聚酯树脂52固化剂见以下数据固化剂见以下数据钛白粉20钛白粉20沉淀钡25沉淀钡22流平剂1流平剂1增光剂1增光剂1安息香0.4安息香0.4 2.2.2 试验所用配方表3 纯环氧型粉末涂料试验配方配方1配方2配方3配方A97.4配方A97.4配方A97.4固化剂3812.2改性固化剂2.2固化剂3812.2催化剂0.2表4 纯聚酯型粉末涂料试验配方配方4配方5配方6配方B96.4配方B96.4配方B96.4固化剂3173.3改性固化剂3.3固化剂3173.3催化剂0.2 2.2 粉末涂料漆膜的制备 将所得的配方预混合后，经熔融挤出、粉碎、过筛，然后喷涂到马口铁上，分别在烤箱中进行不同温度和时间的烘烤固化,即得到样板。 2.3 表征方法涂膜的制备根据GB/T 17271992漆膜一般制备方法进行；漆膜耐冲击性按GB/T 17321993漆膜耐冲击测定方法测定；漆膜柔韧性按GB/T 17311993漆膜柔韧性测定方法测定；漆膜附着力按GB/T 92861998规定进行。3 结果与讨论3.1粒径分析 激光粒度仪是利用颗粒对光的散射（衍射）现象测量颗粒大小，即光在进行过程中，遇到颗粒（障碍物）时，会有一部分偏离原来的传播方向，颗粒尺寸越小，偏离量越小。通过利用激光粒度仪对固化剂改性前后粒径大小的进行测定，测定结果如表5，部分粒径分析图如图1、2.表5 不同固化剂改性前后粒径分析检 测项 目改性前改性后环氧固化剂聚酯固化剂环氧固化剂聚酯固化剂D50 /um72.6250.8519.3534.95D90 /um126.7283.8235.6161.21S.S.A（比表面积）/ sq.m/c.c0.120.150.460.24由表5可知，固化剂通过改性后，固体比表面积明显增大，粒径不断减小。图1 改性前环氧固化剂381粒径分析图图2 改性后环氧固化剂粒径分析图3.2性能对比及分析将配方1、2、3、4、5、6分别进行180*17min、190*10min、190*15min、200*20min的固化，所得到的结果如下表所示表6 纯环氧粉末涂料固化180*17min后的涂膜性能项目配方1配方2配方3柔韧性/级313冲击强度/cm10502560光泽828884附着力/级111涂膜外观橘皮严重平整橘皮严重注：按GB/T 1731-1993漆膜柔韧性测定法测涂膜柔韧性。1级：轴棒35mm*10mm*（10.1）mm，曲率半径（0.50.1）mm；2级：轴棒35mm*10mm*（20.1）mm，曲率半径（,10.1）mm；轴棒35mm*10mm*（30.1）mm，曲率半径（1.50.1）mm；下同表7 纯环氧粉末涂料固化200*15min后的涂膜性能项目配方1配方2配方3柔韧性/级111冲击强度/cm35405060光泽888860附着力/级111涂膜外观橘皮严重平 整橘 皮表8 纯聚酯粉末涂料固化180*15min后的涂膜性能项目配方4配方5配方6柔韧性/级313冲击强度/cm10502060光泽768680附着力/级111涂膜外观橘皮严重平整平整表9 纯聚酯粉末涂料固化190*15min后的涂膜性能项目配方4配方5配方6柔韧性/级211冲击强度/cm30504560光泽748680附着力/级111涂膜外观橘皮严重平整平整从表6可知，配方1、3在180*17min条件下涂膜冲击强度不高、柔韧性非常差，其原因是环氧固化剂在此条件下不和环氧树脂固化，而配方2在此条件冲击强度过50，柔韧性很好，其性能明显优于配方3（添加化学活性剂后的固化剂）。结合表7来看，环氧固化剂当温度达到200*15min时，固化剂同环氧树脂开始固化，其冲击强度过50，而改性后的环氧固化剂冲击强度为40，但柔韧性同配方3，这可能是由于烘烤时间温度过高而导致的。从表6和表7比较而知，改性后的环氧固化剂能缩短其固化时间，效果比改性前加了催化剂的配方效果还要好。同时还发现，环氧改性前后对涂膜的外观有明显改变，无论是在180还是200，其流平效果都好于改性前的涂膜效果。这是由于环氧固化剂的熔点高达200以上，在此熔融温度下环氧树脂已快速固化，因此固化剂和环氧的混合式以前者悬浮分散的方式实现。环氧固化剂的相对密度大于环氧树脂，其粒径大小和固化速度有着密切的关系【3】。改性后的环氧固化剂有效的降低该固化体系温度，提高固化速率和分散性，从而缩短固化时间，改善涂膜的流平性。从表8、9对比可知，改性后的聚酯固化剂在180就能完全固化，其固化温度明显低于改性前加催化剂后的固化剂固化温度，这可能是由于固化剂通过物理改性后，粉体表面被激活，其活性增加，表面活性点或活性基团的活性能明显降低，使之固化效果比添加化学活性剂效果要好；在者，固化剂粒径减小后，其与聚酯的分散性提高，同聚酯界面的结合能力增强。从表6、8来看，固化剂改性后，不同粉末涂料涂膜的表面情况都有所改善，其表面光泽增高。综合表6、7、8、9可看得出来，改性后固化剂的固化温度都明显低于该性前加化学活性剂的固化剂的固化温度。4 结语（1） 在粉末涂料中，固化剂粒径大小对粉末涂料的固化温度和涂膜表面情况有明显影响。粒径越小，其固化温度越低，涂膜表面流平越好，提高涂膜对工件的装饰性能。（2） 微粒径固化剂能明显提高粉末涂料机械性能，更有利于粉末涂料的固化。不仅低温固化节约了加热的能