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铝型材用粉末涂料表面形成“水斑”现象的研究
来源:鲁克锋 | 发布时间:2019-12-3 | 浏览次数:
 
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文/鲁克锋,李共发,程先锋,满效河
辽宁托田铝业有限公司
 
摘要:通过大量试验,从粉末涂料自身而言,验证了粉末涂料的配方结构、树脂、助剂、颜填料、颜基比、遮盖力等因素,对铝型材用粉末涂料表面“水斑”的产生均有一定程度影响。通过改变树脂含量、固化交联密度、颜料耐水性、涂膜的遮盖力、助剂的疏水性、并提高粉末涂层的耐湿热、抗渗水能力等环节,能有效解决铝型材用粉末涂料表面产生“水斑”问题。
 
1 前言

    粉末涂料是一种100%固体粉末态涂料,形成的涂层坚硬耐用,装饰性优良。粉末成膜是在熔融状态下靠树脂等材料的流动并相互粘连而成。当体系熔融黏度高时,限制了其自由流动,会影响外观流平,导致轻微橘皮产生。形成良好的涂膜,改善粉末涂料流平性,一直是粉末涂料界所关注的重点。漆膜的缺陷多发生于成膜和使用过程,漆膜缺陷如缩孔、桔皮、刷痕、沟槽状、鱼眼状、水斑、鱼刺状和棱角状等,都与涂料的流平性、表面疏水性、致密性密切相关。优化配方设计,改进设备和施工工艺,提高粉末涂膜的质量,对克服粉末涂料缺陷具有重大的现实意义。

    在粉末喷涂铝型材门窗的工程应用案例中,型材在揭下保护膜后涂膜表面出现目视可见的亮斑或水印,一般称之为“水斑”,许多厂家将此类情况全归于保护膜的质量问题,往往会导致解决问题的方向错误,问题得不到解决,甚至产生不必要的纠纷,对相关各方均产生了很大的损失。涂膜在不同的因素影响作用下,它们能够吸收和包容水分,会很容易使涂层表面出现“水斑”现象,影响粉末涂层的外观效果,导致质量纠纷,本文就某些砂纹粉涂膜容易产生的水斑现象,探讨了粉末配方对水斑产生的影响,涂膜产生水斑的检测方法及通过更改粉末配方设计方案而有效解决水斑产生的方法。

2 试验方法介绍

    国内铝建筑行业关于粉末涂料“水斑”质量方法一直是空白的。本文参考德国认证规范GSBAl631-2013《铝建筑组件涂层国际规范》中第7部分测量和试验方法第16条包含水斑检测的方法,具体步骤为:

    (1)将5层直径55mm的圆形定性滤纸(标准规定为Whatman公司,编号为Kat.Nr.1001-055的定性滤纸),叠在一起,放在已测定色差值的试样表面;
    (2)滴1.5ml±0.1mL蒸馏水。然后用表面皿盖住样品,用3M公司ScotchSuper33+胶带封住表面皿边缘防止蒸汽漏出(采用密封玻璃胶比较实用);
    (3)将盖有表面皿的样品放入在58±2℃的恒温箱中,保持4小时+5分钟;
    (4)冷却15分钟,取下表面皿和滤纸;
    (5)在23±2℃的室温条件下,状态调节24小时。   
            (6)评定滤纸遮盖部分和未遮盖部分的色差。既可以采用色差仪测定,遮盖部分和未遮盖部分需分别测量三个点对照,也可以由专业人员目视测定,本文参照GB/T11186.2、GB/T11186.3的规定采用色差仪测量试验前后涂膜的色差值。

3 绿色砂纹粉末试验

3.1 制作试验粉末板

    按照不同配方同一生产工艺制作5种绿砂纹粉末,使用同一工艺喷涂固化,底板为相同工艺铬化后的H24铝板,以上5种粉末配方组成及喷涂后样板外观如表1所示。
                           
                                   
3.2 检验

    制作好的样板按照耐水试验方法进行检验,各配方样板试验后见图1所示。
                                
                           
3.3 绿砂纹粉末试验结果及原因分析

    从1-5配方的粉末外观看,粉末的相容性太好,不能很好地在涂膜表面形成新的界面,形成不了必要的流平来抵抗低压蒸汽作用;相容性太差,不可能均匀地分布在涂膜表面,会相互聚集在一起,会使涂膜光泽下降,出现雾影、缩孔等不良的副作用,“水斑”现象也无法改善。只有理想受控的相容性,才会在涂膜表面形成新的界面层,形成致密涂层,起到抗低压蒸汽的作用。如图2所示。
                           
                               
    配方1和配方2树脂份相同,但配方2增加了颜料份,提高了粉末的遮盖力,结果涂膜耐低压蒸汽试验后,色差△E由6.25缩小到了3.42;配方2和配方3树脂份相同,但配方3在配方2的基础上再增加了颜料份,进一步提高了粉末的遮盖力,结果涂膜耐低压蒸汽试验后,色差△E由3.42缩小到了1.22.增加树脂及固化剂用量,可以提高对颜料、填料的润湿性和包裹度,对涂膜耐蒸汽性有明显的提高;配方4相对配方3,在其他成分不变的情况下,提高了树脂份和固化剂含量,涂膜耐低压蒸汽性有明显改善,色差△E由1.22降为0.73.但还不能够彻底解决因低压蒸汽导致涂膜色差问题;配方4与配方5配方结构相同,配方5添加了改性剂,改性剂是表面含有疏水性基团、反应性基团的纳米级助剂材料,平均粒径0.2um。纳米颗粒在应用前经过了很好的表面处理,纳米颗粒能够在涂膜中起到良好的均匀分散,见图3所示,便于在漆膜中形成良好的边界相与反应性颗粒改变体系的交联密度、疏水性、提高涂膜表面的硬度与水的接触角,更好地解决了砂纹粉末耐低压蒸汽性,色差△E由0.73缩小到了0.44。
                             
                              
    获得界相的纳米粒子通过表面改性使得表面具有极性锚定基团,该极性基团是含有功能性的聚合物,能够改变纳米粒子表面极性以及电荷状态,使得纳米颗粒能够在涂膜中得以均匀分散并被很好稳定,并且防止絮凝,从而使得表面改性的颗粒形成了整体效应,又被称为边界相以及边界相效应,这样纳米颗粒在漆膜中均匀分散,通过边界相的作用使得整个漆膜的硬度没有受到影响,但提高了整个涂膜的弹性,从而提高了漆膜的抗刮伤性能。表面致密性大大提高,耐水性大大提高。

    反应性颗粒纳米粒子通过表面改性使得表面具有极性锚定基团,该极性锚定基团带有反应性官能团,通过表面改性稳定纳米颗粒,并且阻止絮凝,同时表面带有反应性官能团的成分与树脂发生交联反应,相容性大幅度平衡,提高了涂膜的交联密度,增加了漆膜的硬度,从而改进抗刮擦性能及低压耐蒸汽性性能

4 棕色砂纹粉末实验

4.1 制作试验样板

    步骤同绿色砂纹粉一致,5种粉末配方组成及喷涂后样板外观如表2所示。
                                    

 

4.2 检验

    制作好的样板按照耐水试验方法进行检验,各配方样板试验后见图4所示。
                     

4.3 棕砂纹粉末试验结果及原因分析

    不同的树脂厂家,其材料的配方不同,TG也不同,导致粉末涂料不同的交联密度,所以配方1、配方2、配方3有着不同的抗低压蒸汽性能,粉末涂料树脂的玻璃化温度(TG)、熔融温度决定了粉末涂料的流动性能与贮存稳定性,这也与相对分子质量及其分布有关。要获得较好的涂膜,树脂的相对分子质量分布越窄越好。相对分子质量分布过宽意味着存在相对分子质量过小或过大的树脂,不能与涂料的其他组分很好地相融,在这样的条件下高温烘烤时,涂层间的混融性不好,涂层的表面张力就达不到平衡,微粒间的作用力将产生排斥或收缩的运动,而熔融流动时间是有限的,它们之间不可能有充分的流平时间,随着涂膜的固化,涂
膜表面会出现缩孔、橘皮等缺陷。因此,应选择熔融黏度低、粉末涂料胶化时间长、熔融水平流动性大的树脂;但是从涂膜物理机械性能来说,流平时间短而交联固化时间长的机械性能较好,二者应兼顾。

    配方4、配方5不同的颜料有着不同的表面耐水性能,其主要原因是不同颜料在粉末涂料体系中的润湿分散性不同,而且由于颜料吸油量、化学结构的差异,使得它们对粉末涂料的熔融黏度和化学反应活性也有不同的影响,使粉末涂料胶化时间和熔融流动性产生差别。如果漆膜的表面张力低于涂料和颜料的临界表面张力,则颜料的湿润情况就好,分散也就好。不同的熔融流动水平,表面平整性不同,孔隙率致密性不同,都直接影响涂膜抗低压蒸汽性能。

    配方5、配方6不同改性剂的添加量、粉末粒度都影响了涂膜耐水性。涂膜的表面外观还受粉末粒径的大小及分布所影响。粒子越小,其热容量越低,熔融所需时间也就越少,从而可较快聚结成膜进而流平,产生较好的外观;而大的粒子熔融所需时间较小粒子要长,产生橘皮的机率也就越大。粉末粒径也是粉末涂料极其重要的一个质量指标,它影响着产品的外观质量、粉末上粉率、稳定性及机械性能等粉末涂料制作其实是一个闭环结构工艺,每一个点(原料:树脂、固化剂、颜料、填料;工艺:挤出、研磨、粒度等)都需要专业的人员、严谨的流程控制,才能够达到最佳的效果。磨粉工艺粒度不同,我们发现色差、抗低压蒸汽变色能力不同。因此我们不但从原料改进,更要注重制粉工艺。

6 结论

    粉末涂料的配方结构、树脂、助剂、颜填料、颜基比、遮盖力等因素,影响了铝型材用粉末涂料表面“水斑”现象的产生。通过改变树脂含量及固化交联密度、颜料耐水性、涂膜的遮盖力、助剂的疏水性等方面,提高了粉末涂层的耐湿热、抗渗水能力,能有效解决解决铝型材用粉末涂料表面“水斑”现象,使铝型材喷粉涂膜对严酷环境的适应性更强。

 
 
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