气相二氧化硅对聚酯环氧粉末涂料和涂膜性能的影响及应用.doc

气相二氧化硅对聚酯环氧粉末涂料和涂膜性能的影响及应用 江苏兰陵高分子材料有限公司 陈明峥 金顺玉 程 军 潘 锎 周建新 1、前言气相二氧化硅，又叫气相白炭黑，分子式是SiO2,是多孔性、耐高温、无毒无味的白色蓬松粉末。气相二氧化硅由于粒径很小（粒径在740nm），因此比表面积大(100400m2/g)，表面能大，表面吸附力强；同时它具备纯度高(二氧化硅含量不小于99.8%)，化学稳定性、补强性、耐磨性、松散性、增稠性、以及特殊的触变性等特点，在橡胶、塑料、涂料、医药等领域得到广泛应用。由于气相二氧化硅的上述特点，在一般涂料和粉末涂料中也是常用的助剂。在粉末涂料中主要利用气相二氧化硅比表面积大和吸油量大等的特点，在粉末涂料中最常用的是作为松散剂（疏松剂），在制造粉末涂料时，在漆片的粉碎过程中干法分散到粉末涂料产品中；还有时加到配制粉末涂料的原材料中，用熔融挤出混合的方法分散到粉末涂料中去。另外，还利用气相二氧化硅降低粉末涂料熔融水平流动性的作用，作为涂膜边角覆盖力改性剂添加到粉末涂料中使用。气相二氧化硅对不同树脂型粉末涂料及涂膜性能的影响是有明显差别的，在本文中主要论述气相二氧化硅对聚酯环氧粉末涂料和涂膜性能的影响及应用试验情况。 2、试验部分2、1试验用原材料 我们选用经典的白色聚酯环氧粉末涂料配方原料，气相二氧化硅选用无锡、湖州龙祥公司的，还有德国徳固赛公司AeroSil 200（亲水性，简称AS200）和AeroSil R972（疏水性，简称R972）,上海迪祥公司HB215（疏水性）和广州天珑公司A200等六个品种。 2、2试验方法 我们选择经典的聚酯环氧粉末涂料的白色配方，经过试验室粉末涂料制备方法制备，用180目标准筛过筛，测定粉末涂料胶化时间和熔融水平流动性，然后粉末涂料在0.5mm冷轧钢板上静电喷涂后,在规定条件下烘烤固化制备试验样板，测定涂膜各种性能。 3、结果与讨论3、1 气相二氧化硅品种的影响我们选用不同商家的五个品种气相二氧化硅，在经典的白色聚酯环氧粉末涂料配方体系中，固定气相二氧化硅以外的所有配方的组成和用量（包括气相二氧化硅的用量），只改变气相二氧化硅的品种配制粉末涂料，测定粉末涂料和涂膜的性能，比较不同气相二氧化硅对聚酯环氧粉末涂料和涂膜性能的影响，其试验配方和试验结果见表1。 表1 白色聚酯环氧粉末涂料试验配方（质量份）和不同商家气相二氧化硅对粉末涂料和涂膜性能的影响配方编号 1 2 3 4 5聚酯树脂-1 100 100 100 100 100环氧树脂E-12 100 100 100 100 100通用流平剂 4.0 4.0 4.0 4.0 4.0分散剂 2.0 2.0 2.0 2.0 2.0脱气剂 1.0 1.0 1.0 1.0 1.0金红石钛白 75 75 75 75 75沉淀硫酸钡 50 50 50 50 50群青 0.40 0.40 0.40 0.40 0.40气相二氧化硅 3.5无锡产 3.5湖州龙祥产 3.5（ AS200，亲水性） 3.5 （HB215，疏水性） 3.5（R972，疏水性）粉末胶化时间/s 585 548 563 400 384粉末熔融水平流动性/mm 25.6 26.0 25.9 26.0 25.2固化条件/min 190/15 190/15 190/15 190/15 190/15涂膜外观轻橘纹轻橘纹轻橘纹轻橘纹轻橘纹涂膜光泽/% 97.4 98.6 98.9 98.7 99.0涂膜冲击强度/cm +50 -50 +50 -50 +50 -50 +50 -50 +50 -50 注：+50正冲通过 -50 反冲通过 +50正冲不通过 -50反冲不通过 从上述表1的试验结果说明，不同商家不同规格的气相二氧化硅对粉末涂料熔融水平流动性的影响比较小，没有明显大的差别，然而对粉末涂料的胶化时间的影响差别很大，两者之间有的相差达到200秒。这是因为不同商家不同规格气相二氧化硅的制造工艺、表面处理方法不同、比表面积等技术指标的差别较大，气相二氧化硅的活性差别很大，这就影响到粉末涂料的活性所引起的。亲水性的气相二氧化硅与疏水性的气相二氧化硅进行比较时，亲水性的气相二氧化硅比疏水性的气相二氧化硅对粉末涂料胶化时间的影响大，更容易使粉末涂料的胶化时间变长，例如德固赛公司的亲水性的气相二氧化硅AS200的胶化时间是563秒，而疏水性的气相二氧化硅R972的胶化时间是384秒，两者相差179秒。另外，气相二氧化硅品种对粉末涂料涂膜外观和光泽的影响比较小，但对涂膜冲击强度的影响还是比较大的。因为气相二氧化硅的不同品种对聚酯环氧粉末涂料和涂膜性能的影响差别较大，所以对不同的配方体系必须要选择合适的气相二氧化硅品种，还要考虑选择合适的用量，才能满足涂膜性能指标的要求。特别是添加气相二氧化硅以后虽然改进了粉末涂料的松散性和储存稳定性等性能，但是粉末涂料的活性降低，冲击强度等性能可能降低，根据配方的具体情况和涂膜性能，有时必须适当添加促进剂等措施保证粉末涂料的活性和涂膜的冲击强度等性能的平衡。3、2 气相二氧化硅用量的影响3、2、1外加用量的影响我们选择没有添加气相二氧化硅的粉末涂料产品，分别按两种方法分散气相二氧化硅，一种方法是按粉末涂料总量的千分之一、千分之二、千分之四、千分之五的气相二氧化硅直接加到聚酯环氧粉末涂料产品中，然后混合分散均匀（最好用140筛网过筛）；另一种方法是气相二氧化硅用量按上述比例添加到，跟上面配方组成一样的被粉碎的聚酯环氧粉末涂料漆片中，在生产设备中进行粉碎和分散，得到不同气相二氧化硅含量的粉末涂料产品。用这两种方法得到产品分别放在100ml磨口玻璃瓶中，然后放在40恒温烘箱中比较粉末涂料的储存稳定性，其试验结果见表2。表2 气相二氧化硅含量对聚酯环氧粉末涂料储存稳定性的影响（放一星期） 气相二氧化硅添加分散方法添加量/%成品粉末中直接添加分散生产中漆片粉碎时添加分散 空白少量粉末粘壁，中间有局部结小块少量粉末粘壁，中间有局部结小块 0.1粉末不粘壁，松散少量粉末粘壁，中间有局部结小块 0.2粉末不粘壁，松散粉末不粘壁，松散 0.4粉末不粘壁，松散粉末不粘壁，松散 0.5粉末不粘壁，松散，静电粉末喷涂板面有颗粒粉末不粘壁，松散从上述表2的试验结果说明，在试验室添加千分之一的效果与实际生产中添加千分之二的效果相当，其主要原因是在生产中漆片粉碎时添加的方法对气相二氧化硅的分散很有利，但气相二氧化硅的粒径小，比重又轻，很容易一部分被吸引到超细粉末涂料的布袋回收系统，真正添加到粉末涂料中的气相二氧化硅的量是实际添加量的一半左右（估计的）。这种在粉碎工艺中与漆片一起粉碎分散方法的优点是气相二氧化硅的分散性好，缺点是有一部分气相二氧化硅的物料受到损失，不能完全添加到粉末涂料中去。直接添加方法的优点是全部气相二氧化硅毫无损失地可以加到粉末涂料中，缺点是气相二氧化硅的分散性不如前者好，添加量多时在涂膜板面容易出现气相二氧化硅颗粒的缺陷。在实际生产中，采用三维式混料机，成品粉末涂料与气相二氧化硅进行干混的方法进行混合，这种方法的优点是没有气相二氧化硅的损失，缺点是生产不能连续进行，生产工序比较麻烦，生产效率低，气相二氧化硅的分散性不好，对气相二氧化硅的粒度分布及分散性等质量要求高。考虑到粉碎工艺时添加气相二氧化硅的方法存在气相二氧化硅的损失问题，现在有些设备厂设计成气相二氧化硅从旋转阀（关风机）的下面旋转筛的进料口添加的方式，这样可以避免气相二氧化硅的损失，但是气相二氧化硅的分散性不如粉碎工艺添加的方法。 从上述的粉末涂料储存稳定性试验和粉末涂料的静电喷涂试验说明，干法添加气相二氧化硅以后，可以大大改善粉末涂料的储存稳定性和粉末涂料的松散性，可以改进粉末涂料的带静电性能和管道输送性能。气相二氧化硅作为粉末涂料的松散剂，作为粉末涂料的储存稳定性改性剂广泛使用。作为粉末涂料储存稳定性改性剂，可以在漆片粉碎时添加或者粉末涂料过筛时添加，根据生产产品的效果和设备情况选择添加方式是必要的。在聚酯环氧粉末涂料中的用量，可以根据添加方法，还考虑粉末涂料的玻璃化温度等技术指标或者粉末涂料储存稳定性的要求决定添加量，一般在总配方量的0.20.4%比较好。 3、2、2内加用量的影响我们选择湖州龙祥产的气相二氧化硅，在上述表1中的2号聚酯环氧粉末涂料经典配方为参考，按不同量添加到聚酯环氧粉末涂料配方中进行熔融挤出混合后配制粉末涂料（内加法），检测聚酯环氧粉末涂料和涂膜性能，其试验结果见表3。 表3 白色聚酯环氧粉末涂料试验配方（质量份）和湖州龙祥产气相二氧化硅不同含量对粉末涂料和涂膜性能的影响 配方编号 6 7 8 9 10聚酯树脂-1 100 100 100 100 100环氧树脂E-12 100 100 100 100 100通用流平剂 4.04.04.04.04.0分散剂 2.0 2.0 2.0 2.0 2.0脱气剂 1.0 1.0 1.0 1.0 1.0金红石钛白 75 75 75 75 75沉淀硫酸钡 50 50 50 50 50群青 0.40 0.40 0.40 0.40 0.40气相二氧化硅（湖州龙祥产） 0.0 3.5 7.0 10.5 14粉末胶化时间/s 319 548 621 711 853粉末流动性/mm 25.9 26.0 23.7 21.5 19.1固化条件/min 190/15 190/15 190/15 190/15 190/15涂膜外观轻橘纹轻橘纹中橘纹重橘纹,板面发污有颗粒重橘纹，板面发污有颗粒涂膜光泽/% 98.4 98.6 97.7 96.6 86.9涂膜冲击强度/cm +50 -50 +50 -50 +50 -50+50 -50+50 -50 注：+50正冲通过 -50 反冲通过 +50正冲不通过 -50反冲不通过 我们又选择无锡产的气相二氧化硅，使用不同用量在聚酯环氧粉末涂料配方中熔融挤出法分散配制粉末涂料（内加法），检测聚酯环氧粉末涂料和涂膜性能，其试验结果见表4。 表4 白色聚酯环氧粉末试验配方（质量份）和无锡产气相二氧化硅不同含量对聚酯环氧粉末涂料和涂膜性能的影响配方编号 11 12 13 14 15聚酯树脂-2 100 100 100 100 100环氧树脂E-12 78 78 78 78 78流平剂503 24 24 24 24 24分散剂 2 2 2 2 2脱气剂 1 1 1 1 1金红石钛白 67 67 67 67 67沉淀硫酸钡 34 34 34 34 34群青 0.20 0.20 0.20 0.20 0.202-甲基咪唑 0.06 0.06 0.06 0.06 0.06气相二氧化硅（无锡产） 0.0 3.0 6.0 9.0 12粉末胶化时间/s 160 200 240 310 320粉末流动性/mm 27.3 28.2 26.3 22.2 18.5固化条件/min 180/20 180/20 180/20 180/20 180/20涂膜外观丰满光亮较平整较平整橘纹明显橘纹较重涂膜光泽/% 100.1 98.9 99.0 97.9 96.9涂膜冲击强度/cm +50 -50 +50 -50 +50 -50 +50 -50+50 -50注：+50正冲通过 -50 反冲通过 +50正冲不通过 -50反冲不通过 我们再选择广州天珑A200气相二氧化硅，使用不同用量在聚酯环氧粉末涂料配方中熔融挤出法分散配制粉末涂料（内加法），检测聚酯环氧粉末涂料和涂膜性能，其试验结果见表5。 表5 白色聚酯环氧粉末涂料试验配方（质量份）和广州天珑A200气相二氧化硅不同含量对聚酯环氧粉末涂料和涂膜性能的影响 配方编号 16 17 18 19 20聚酯树脂-2 100 100 100 100 100环氧树脂E-12 78 78 78 78 78流平剂503 24 24 24 24 24分散剂 2.0 2.0 2.0 2.0 2.0脱气剂 1.0 1.0 1.0 1.0 1.0金红石钛白 67 67 67 67 67沉淀硫酸钡 34 34 34 34 34群青 0.20 0.20 0.20 0.20 0.202-甲基咪唑 0.06 0.06 0.06 0.06 0.06气相二氧化硅（天珑A200） 0.0 3.0 6.0 9.0 12粉末胶化时间/s 160 185 195 230 240粉末流动性/mm 27.3 25.2 19.7 16.0 15.0固化条件/min 180/20 180/20 180/20 180/20 180/20涂膜外观丰满光亮丰满光亮 平整丰满光亮 轻橘纹光亮中橘纹光亮重橘纹涂膜光泽/% 100.1 97.3 100 96.4 97.7涂膜冲击强度/cm +50 -50 +50 -50 +50 -50 +50 -50 +50 -50注：+50正冲通过 -50 反冲通过 +50正冲不通过 -50反冲不通过 从上述表3、表4和表5的试验结果说明，在熔融挤出混合法添加气相二氧化硅的方法中，随着气相二氧化硅用量的增加，粉末涂料的熔融水平流动性明显变小；粉末涂料的胶化时间明显变长，也就是说粉末涂料的反应活性降低。分析粉末涂料的活性降低的原因是，气相二氧化硅是比表面积很大，表面活性很大的吸附剂，不仅可以吸收周围的水分及气体，还可以吸附配方中的树脂、固化剂和催化剂等分子，降低粉末涂料的反应活性，使粉末涂料的胶化时间变长，而且气相二氧化硅的吸油量很大，可以吸附一定量的树脂，使粉末涂料的熔融黏度变大，使粉末涂料的熔融水平流动性降低。其次是随着气相二氧化硅用量的增加，粉末涂料的熔融黏度增加，使涂膜的流平性越变差，涂膜的外观越不好，而且涂膜冲击强度也明显变差；相比之下涂膜的光泽的影响比较小。这种影响也随着气相二氧化硅的商家和规格不同，其效果也有明显的差别。因此根据粉末涂料配方设计的需要，选择合适的气相二氧化硅品种和规格是完全必要的。另外，在表3中粉末涂料的胶化时间较长，这是因为在配方中没有添加2-甲基咪唑促进剂，而表4和表5中都添加了2-甲基咪唑，所以比表3中的粉末涂料胶化时间明显短。从表3、表4和表5的数据说明，随着气相二氧化硅添加量的增加，涂膜的冲击强度性能是下降的，所以相应的调节粉末涂料配方保证涂膜冲击强度性能是必要的。另外，试验数据还说明，不同商家的聚酯树脂合成时使用原材料不同，带来树脂结构的差别，对气相二氧化硅的效果也带来一定的影响。从粉末涂料的储存稳定性试验证明，熔融挤出混合法添加气相二氧化硅以后，也可以改进粉末涂料的储存稳定性，但是与干混合添加的方法相比较，其添加的用量较多，当添加的量达到配方总量的1%左右时，其效果与干混合法添加0.2%的效果差不多。从表3、表4、表5的数据说明，随着气相二氧化硅用量的增加，粉末涂料的熔融黏度增加，同时粉末涂料的熔融水平流动性降低，利用