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聚酯-TGIC型皱纹花纹粉末涂料影响因素探究
来源:许统广 | 发布时间:2019-7-30 | 浏览次数:
 
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文/许统广,曹海勤,刘飞
广东华江粉末科技有限公司
  
摘要:本文通过对比试验,探究在使用醋酸丁酸纤维素作为皱纹剂时,聚酯-TGIC型皱纹花纹粉末涂料中聚酯树脂、填料、助剂、喷涂及烘烤工艺等对其涂膜外观和性能的影响。
 
0 引言
 
    皱纹花纹粉末涂料是一种通过皱纹粉末外加颜料从而使其表面具有线条花纹的美术型粉末涂料,其具有很强的装饰性,能掩盖基材本身的缺陷,不易出现缩孔;对其表面流平无太高要求,广泛应用于门窗、钢木家具、缝纫机、仪表、小型机电外壳等领域。大部分皱纹花纹粉末涂料都是使用聚酯-环氧体系来制得,防腐性能较好,老化性能较差,使用QUVB加速老化箱进行老化测试时,50小时则出现了失光、粉化现象,只能用于户内。而使用聚酯-TGIC型皱纹花纹粉末250-300小时才出现较为严重失光、粉化现象,可将作为户外使用。本文主要探讨聚酯-TGIC体系中,聚酯树脂的种类、填料的种类、聚酯树脂与颜填料的比例、固化促进剂的用量、皱纹剂的用量等因素对其粉末、涂膜的影响。
 
1 实验部分

1.1 试验原材料及基础配方
 
    所用原材料及基础配方配比如下表1所示:
                          
 
1.2 试验设备
 
    试验设备:电子天平,挤出机,磨粉机,静电喷枪,烘箱,QUVB加速老化箱,涂层膜厚仪。
 
1.3 反应原理
 
    皱纹花纹粉末涂料的反应原理是当粉末涂料烧烤固化时,熔融流平涂料表面张力很大,而皱纹剂的表面张力较小,由于两种不同表面张力的物质之间相容性不好,表面张力小的一方又不能使表面张力大的一方的表面张力完全降下来,两种不同物质张力相互共存,这样就形成凹凸不平的涂层外观。
 
1.4 试验方法

    按配方组分称量原材料,混合均匀后通过双螺杆挤出机熔融混合均匀挤出,压片冷却,破碎后磨粉机粉碎,过180目标准筛,获得粒径均匀的粉末涂料,将所制得的粉末涂料与颜料进行干混。采用静电喷涂,电压控制70-90kV,气压控制在0.5×105-1.5×105Pa,固化条件为200℃/1Omin。再对涂层及粉末进行性能测试。
 
2 结果与讨论
 
2.1 不同聚酯树脂品种对皱纹花纹粉末涂料的影响
 
    树脂是粉末涂料成膜物质的重要组成,它的一些技术指标直接影响到最终涂层的性能。本试验选用表2中五种不同的聚酯树脂进行对比,其粉末涂料配方及粉末、涂层性能见表3。
  



 
    从表3结果可知,在配方1中,聚酯树脂A的黏度虽然较大,但其酸值低,胶化时间长,涂层在200℃/10min的烘烤条件下无法完全固化,其涂层纹理较大且较平,线条亦相对模糊。而配方4中,聚酯树脂D的黏度低,但其反应活性较A要高很多,故而其涂层亦能形成纹理,且较聚酯树脂A形成的纹理更为立体。在聚酯-TGIC型皱纹花纹粉末体系中,聚酯树脂的酸值和黏度对涂层纹理有较大的影响。一般情况下,聚酯树脂黏度相近时,其酸值越高,反应活性越高,胶化时间越短,所形成的纹理越小,立体感越强。酸值越低,反应活性越低,胶化时间越长,形成纹理越大,立体感则越弱。

2.2 不同填料品种对皱纹花纹粉末涂料的影响
 
    在皱纹花纹粉末涂料中,不同的填料由于其吸油性的不同,其对花纹纹理也有较大的影响。本试验选用重晶石粉、沉淀硫酸钡、轻质碳酸钙、云母粉四种不同填料进行对比,填料品种和技术指标见表4,其粉末涂料配方及粉末、涂层性能见表5。
 



 
    从表5结果可知,吸油量大的填料,其熔融黏度也较大,烘烤时流平不易展开,所形成的纹理也较小。吸油量小的填料,其熔融黏度也较小,烘烤时流平较易,所形成的纹理也较大。重晶石粉、沉淀硫酸钡、轻质碳酸钙、云母粉四种填料吸油量逐渐增大,表面纹理逐渐变小,但仍然能够形成较好的纹理,所以填料品种对于皱纹花纹粉末涂料的影响较另外几个因素的影响小。
 
2.3 不同树脂与颜填料量比例对皱纹花纹粉末涂料的影响
 
    在皱纹花纹粉末涂料中,树脂与颜填料比例对花纹有较大的影响。分别对树脂与颜填料量的三种比例进行对比,其粉末涂料配方及粉末、涂层性能见表6。
 

 
    通过表6中颜填料量的变化(增减10%的用量)可知,颜填料量增大时,其纹理相对较小,因为颜填料量增大,其熔融黏度增大,烘烤过程中流平不易展开,故而所得到的纹理也相对较小。颜填料量减少时,纹理相对较大,因为颜填料量减少,熔融黏度降低,烘烤过程中涂层表面流平较易,形成的纹理也就相对较大。但当颜填料量过少,其熔融黏度低,如选用聚酯树脂黏度也较低,则易出现流挂的现象,此时需要通过更换树脂品种或者加入固化促进剂加快反应速率,从而改善其流挂现象。如图1所示,配方10、配方2、配方11,颜填料量依次递减,其涂层所形成纹理依次增大。
 
                            
2.4 不同助剂用量对皱纹花纹粉末涂料的影响
 
    在皱纹花纹粉末中,皱纹剂对其涂层纹理有至关重要的影响。如果不加入皱纹剂,涂层难以形成纹理,对于皱纹剂用量,一般我们控制在0.1%-0.3%,随着用量增大,涂层纹理立体感下降,直至变成平整外观。固化促进剂可以改变粉末涂料的反应速率,从而影响涂层纹理效果。使用不同皱纹剂用量、不同固化促进剂用量进行对比,其粉末涂料配方及粉末、涂层性能见表7。
  

 
    从表7结果可知,当皱纹剂用量太少时,如图2中配方12所示,其纹理立体感变强,但涂层出现了露底的情况,同时线条交杂较为模糊。随着皱纹剂用量增加,如图2中配方2、配方13所示,其纹理趋于正常,涂层由花纹较大,立体感较强逐渐变为花纹较小,立体感较弱,线条也出现逐渐清晰。
                               
                             
    固化促进剂主要作用是加快反应速率,用量增大,相对应的粉末涂料的胶化时间也缩短,而体系黏度则与其反应速率及胶化时间有密切联系。加热烘烤时,熔融黏度随着加热时间延长而降低,此时开始形成纹路,当涂料开始交联固化后,熔融黏度开始上升,涂料流动减缓,交联固化反应达到一定程度,涂料停止流动,纹理固定。
                             

 
    如图3配方14、配方15所示,随着固化促进剂用量的增大,其表面纹理逐渐变小,线条变模糊,直至如图3配方16所示,固化促进剂用量过大,反应速率太快,体系黏度上升很快,粉末涂料在流平未完成之前已经固化,其涂层无法形成皱纹纹理及线条。
 
2.5 喷涂及烘烤工艺对皱纹花纹粉末涂层的影响
 
2.5.1 喷涂工艺对皱纹花纹粉末涂层的影响
 
    喷涂工艺对于皱纹花纹粉末形成的涂膜纹理有较大的影响。喷涂太厚易产生流挂、机械性能较差、附着力较差的缺点,同时用粉较多,成本增加。厚喷时涂膜所起的纹理会较大,所以在喷小花纹的皱纹花纹粉末时应尽量喷薄点,而在喷大花纹时则可以喷厚点。一般皱纹花纹粉末膜厚在80-120μm,这样涂膜表面才不易出现露底的情况:如下图4所示为同一皱纹花纹粉末在薄喷和正常喷涂时的对比,左边为薄喷,其膜厚为50-80μm,其涂层纹路较小,线条模糊,出现露底的情况,右边为正常喷涂,膜厚为80-120μm,其表面花纹正常,线条清晰。

 
2.5.2 烘烤工艺对皱纹花纹粉末涂层的影响

    烘烤工艺主要是烤箱的温度、升温速率。当烤箱温度较低时,皱纹花纹粉末有较长的时间充分流平,其所形成的纹路也较大较平。烤箱温度高时,粉末固化时间变短,形成的纹路也随之变小变立体。如图5所示为同一皱纹花纹粉末在不同的烘烤条件的对比。左边为烤箱温度从室温开始加热直至200℃结束烘烤,其形成的纹路较为大较平,同时纹路上的颜料也会分散,无法像右边的形成清晰的线条;右边的则为烤箱温度200℃直接烘烤所形成的纹理,其立体感较强,纹理线条也较为清晰。
 

 
3 结语
 
    3.1 在聚酯-TGIC型皱纹花纹粉末涂料中,聚酯树脂种类对于纹理有较大的影响,其酸值较高、反应速率较快的树脂形成的纹理较小,而黏度较大的树脂形成的纹理立体感较强。
 
    3.2 在聚酯-TGIC型皱纹花纹粉末涂料中,填料种类对于纹理影响没有聚酯树脂的影响大,但仍然存在一定的影响,吸油量越大的填料,其纹理一般都偏小、立体。
 
    3.3 在聚酯-TGIC型皱纹花纹粉末涂料中,皱纹剂用量的多少对纹理有至关重要的影响,一般随着用量的增大,其纹理变小,立体感变弱。而适量的固化促进剂可以加快反应速率使纹理立体感更为强。
 
    3.4 在聚酯-TGIC型皱纹花纹粉末涂料中,喷涂及烘烤对于涂层纹理影响也较大,一般大花纹膜厚控制在80-120μm,小花纹则可以偏薄一些。烘烤时则可以先将炉温升高,再放入喷涂好的工件,这样可以使涂层纹理效果变化较小。
 
    3.5 聚酯-TGIC型皱纹花纹粉末的纹理大小影响因素较多,任何因素改变都对其外观有明显的影响。实际生产中,需要根据情况来调节,从而达到需要的纹理效果。

 
 
 
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