摘要:探究了建筑鋁型材用砂紋粉末涂料配方中聚酯樹脂類型的選擇、固化劑用量、顏填料類型的選擇對(duì)涂層耐候性能及耐水煮性能的影響,以及助劑對(duì)涂層紋理形態(tài)等的影響。
本研究得到適用于戶外建筑鋁型材涂裝的耐候型砂紋粉末涂料,且各性能指標(biāo)均達(dá)到鋁型材相關(guān)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)要求。
金屬型材以其優(yōu)異的耐久性、裝飾性和加工成型性等特點(diǎn),廣泛用于建筑行業(yè)涂料在線coatingol.com。而鋁型材因其加工性能佳、質(zhì)輕等特點(diǎn),占金屬型材用量的80%以上,因此粉末涂料在鋁型材方面的應(yīng)用得到了迅速增長(zhǎng)。
尤其是粉末涂料噴涂的鋁建材,與陽(yáng)極氧化、電泳涂裝表面處理方法相比,對(duì)水和大氣的污染程度、能耗明顯降低。
涂膜的機(jī)械性能如硬度、耐磨性、耐酸性等指標(biāo)卻大幅提高,使用壽命比普通陽(yáng)極氧化鋁材高出1倍,且色彩豐富,更能體現(xiàn)建筑的多樣化、個(gè)性化。
目前粉末靜電噴涂已成為國(guó)內(nèi)鋁型材表面涂裝中的熱點(diǎn),型材用粉末噴涂結(jié)合熱轉(zhuǎn)印技術(shù)會(huì)使其更時(shí)尚,使粉末噴涂的型材具有更大的發(fā)展空間。
現(xiàn)在應(yīng)用于鋁型材的粉末涂料大都是流平粉末涂料,其耐候性一般,但是涂覆了流平粉末涂料的鋁型材在搬運(yùn)過程中以及其使用環(huán)境導(dǎo)致表面極易被刮花且易變色。
因此鋁型材用流平粉末涂料越來越成為非主流產(chǎn)品。而鋁型材用砂紋粉末涂料恰恰解決了這個(gè)問題,正在被大量使用。
鋁型材因具有大量的邊角,因此一般采用靜電噴涂的粉末涂料難以將鋁型材邊角完全涂覆,影響美觀;且由于鋁型材的特定使用環(huán)境,鋁型材粉末涂料必須具有良好的耐水煮性能,以避免其在使用過程中變色。
目前使用在鋁型材上的常規(guī)粉末涂料的邊角上粉率一般在40%左右,邊角上粉不足,影響邊角外觀;耐水煮的色差ΔE 一般在2.0 左右,目測(cè)已經(jīng)能看出變色,影響使用。
因此,本文從粉末涂料的耐候性、耐水煮、邊角上粉等性能出發(fā),針對(duì)鋁型材的使用環(huán)境研制出符合鋁型材使用的耐候性砂紋效果粉末涂料。
1、試驗(yàn)部分
1.1 原材料
飽和羧基聚酯樹脂(工業(yè)級(jí)),國(guó)產(chǎn)樹脂A、國(guó)產(chǎn)樹脂B、國(guó)產(chǎn)樹脂C、進(jìn)口樹脂D、進(jìn)口樹脂E;
三縮水甘油基異氰脲酸酯(TGIC,工業(yè)級(jí)),鞍山潤(rùn)德精細(xì)化工有限公司;
金紅石型鈦白粉(工業(yè)級(jí)),杜邦公司;
硫酸鋇(BaSO4,工業(yè)級(jí)),國(guó)產(chǎn);
粉末涂料通用顏料(工業(yè)級(jí)),汽巴(Ciba)公司;
粉末涂料通用助劑(流平劑、安息香、脫氣劑等,均為工業(yè)級(jí)),國(guó)產(chǎn)。
1.2 主要設(shè)備
Ф30型雙螺桿擠出機(jī)、萬(wàn)能中藥粉碎機(jī)、ACM 磨粉系統(tǒng)、小型靜電噴涂設(shè)備、激光粒度分布儀、沖擊試驗(yàn)儀、鹽霧試驗(yàn)箱、氙燈人工加速老化試驗(yàn)儀等涂料及涂層性能檢測(cè)設(shè)備。
1.3 粉末涂料及涂層制備
按比例稱取飽和羧基聚酯樹脂、異氰脲酸三縮水甘油酯、填料、常規(guī)助劑、砂紋劑、膨潤(rùn)土、增電劑、顏料,置于混料缸,充分混合并破碎,得到預(yù)混物料;
預(yù)混合后的物料進(jìn)入雙螺桿擠出機(jī)擠出,擠出機(jī)加熱溫度控制在80~120℃;擠出后的物料經(jīng)壓片、冷卻、粉碎機(jī)粉碎成粒徑(等效粒徑D50)為20~45μm的粉體,然后篩分、包裝。噴涂工藝參數(shù)見表1。
2、結(jié)果與討論
2.1 聚酯樹脂的選擇
試驗(yàn)選取了國(guó)產(chǎn)樹脂A、國(guó)產(chǎn)樹脂B、國(guó)產(chǎn)樹脂C、進(jìn)口樹脂D以及進(jìn)口樹脂E 等不同廠家的聚酯樹脂產(chǎn)品,按照相同配方設(shè)計(jì)制備涂層樣板, 進(jìn)行氙燈老化與耐水煮性能測(cè)試,得到的老化試驗(yàn)數(shù)據(jù)見表2,耐水煮性能見表3。
從表2可知,國(guó)產(chǎn)樹脂B、進(jìn)口樹脂E 制備的涂層耐老化性能較好,其次是國(guó)產(chǎn)樹脂C。從鋁型材用粉末涂料對(duì)耐候性能要求高的特點(diǎn)出發(fā),選用國(guó)產(chǎn)樹脂B的產(chǎn)品作為涂料的樹脂成分。
由表3可以看出,采用聚酯樹脂B時(shí)2h的耐水煮試驗(yàn)色差能夠達(dá)到0.5 以內(nèi),目測(cè)已經(jīng)看不出變化,性能優(yōu)良。
其次,試驗(yàn)選取國(guó)產(chǎn)樹脂B廠不同酸值類型(20~25、30~38、40~ 50mgKOH/g)聚酯樹脂,鞍山TGIC固化劑,選擇砂紋劑、膨潤(rùn)土及填料硫酸鋇、鈦白粉等。
按照鋁型材用砂紋粉粉末涂料設(shè)計(jì),得到酸值為30 ~38mgKOH/g的樹脂綜合性能最為優(yōu)越。
其原因可能是酸值偏低時(shí)交聯(lián)密度不足,固化不夠完全,機(jī)械性能稍差,酸值增大時(shí),聚酯樹脂反應(yīng)活性將增大,反應(yīng)速度過快,涂層固化得過快,紋理效果難以控制。
而且飽和羧基聚酯樹脂是由多元醇與多元酸縮聚制得的,高酸值聚酯樹脂的制備通常需添加偏苯三酸酐類的原材料,而該類物質(zhì)會(huì)使涂層的耐候性能降低,因而考慮到耐候性方面,不適宜選擇酸值太高的聚酯樹脂。
綜上所述,本試驗(yàn)選用國(guó)產(chǎn)樹脂B廠酸值在30~38mgKOH/g范圍內(nèi)的飽和羧基聚酯樹脂。
2.2 固化劑用量的影響
本試驗(yàn)選用酸值為30~38mgKOH/g的飽和羧基聚酯樹脂(國(guó)產(chǎn)樹脂B),添加鈦白粉、砂紋劑、膨潤(rùn)土等,按照鋁型材用粉末涂料設(shè)計(jì)配方,對(duì)比了TGIC用量對(duì)涂層相關(guān)性能的影響,試驗(yàn)結(jié)果見表4。
從表4不難看出,當(dāng)固化劑用量比較少時(shí),涂層的耐化學(xué)品性能和物理性能相對(duì)較差,這是由體系固化不完全造成的,但是當(dāng)固化劑用量超過一定的程度,不但會(huì)增加配方成本,還會(huì)因?yàn)槟z化速度急劇增大而影響涂層紋路的效果。
另外不同樹脂生產(chǎn)廠商生產(chǎn)的聚酯樹脂酸值的范圍各有差異,即使是同一公司的同一產(chǎn)品,不同的生產(chǎn)批次其酸值也或多或少存在一些變動(dòng)。
所以在設(shè)計(jì)配方時(shí),應(yīng)當(dāng)根據(jù)所選用聚酯樹脂酸值的具體情況,首先計(jì)算固化劑的理論用量,然后在此理論基礎(chǔ)上通過具體試驗(yàn)進(jìn)行驗(yàn)證,并最終確定實(shí)際固化劑用量。
本試驗(yàn)選取的酸值為30~38mgKOH/g的聚酯樹脂,對(duì)其選取鞍山TGIC 作為固化劑,推薦14.5~15.5g/200g樹脂的配方用量。
2.3 填料的影響
制備鋁型材用耐候型砂紋粉末涂料時(shí),因其耐候性能要求較高,填料通常選用硫酸鋇。
硫酸鋇有天然硫酸鋇(重晶石,250目)、8000鋇(8 000目)、沉淀硫酸鋇(10000 ~ 20000目)幾種,在使用中,通常通過選用硫酸鋇的種類來調(diào)節(jié)砂紋粉的紋路大小與形態(tài),見表5。
加入填料的量越多,相對(duì)應(yīng)的吸油量也就越大,通常鈦白粉的吸油量在20%~22%,硫酸鋇的吸油量在10%~15%,吸油量越大,涂層凸凹程度就越強(qiáng);
硫酸鋇的粒度大小決定了它的吸油量的多少,沉淀硫酸鋇的粒度最小,在2~5μm范圍,其比表面積最大,吸油量也越大,因此凸凹程度也越強(qiáng)。
2.4 顏料對(duì)耐水煮性能的影響
對(duì)于一些純色的粉末涂料,耐水煮測(cè)試后色差容易控制,能達(dá)到0.5 左右,多采用耐候型無(wú)機(jī)顏料,如:鐵黑、碳黑、鉻黃、鐵紅、鈦藍(lán)、鈦青、群青、鈦綠等。
對(duì)于一些鮮艷的粉末涂料,耐水煮時(shí)色差較大,主要選擇一些耐高溫性能較好的有機(jī)顏料。試驗(yàn)研究了不同種類的顏料耐水煮性能的差別,見表6。
由表6可以看出,對(duì)于1#、2#、3# 試樣,顏色越來越鮮艷時(shí),耐水煮時(shí)其色差變化越來越大,說明顏色越鮮艷其耐水煮性能越差;
對(duì)于3#、4# 試樣,3#采用無(wú)機(jī)紅顏料,4#采用有機(jī)紅顏料,4#的色差變化大于3#,說明有機(jī)顏料的耐水煮性能稍差,因此對(duì)于一些鮮艷顏色的調(diào)試應(yīng)盡量選用一些耐高溫的有機(jī)顏料。
2.5 砂紋粉紋路的研究
一般通過砂紋粉配方中的砂紋劑與膨潤(rùn)土來控制紋路的粗細(xì)、光澤、凸起程度,也通過樹脂的反應(yīng)性來控制紋路的凸起程度,通過粉末粒度大小來調(diào)節(jié)紋路的粗細(xì),見表7。
由表7可以看出,當(dāng)砂紋劑在0.5%~1.0%范圍時(shí)涂層紋理逐漸減小,當(dāng)達(dá)到1.5%時(shí),砂紋紋理又開始變大。可以通過調(diào)節(jié)膨潤(rùn)土的量在一定程度上調(diào)節(jié)紋路凸起程度與光澤高低。
2.6 耐候型鋁型材砂紋粉末涂料的配方及性能
通過上述針對(duì)聚酯樹脂、固化劑種類及用量、填料種類及助劑用量的篩選和研究,應(yīng)用于鋁型材的節(jié)能環(huán)保耐候型粉末涂料配方構(gòu)成及性能指標(biāo)見表8~9。
具體生產(chǎn)時(shí)可依據(jù)用戶的需要添加對(duì)應(yīng)的顏料及其他功能性助劑,可得到外觀與顏色各異的涂層。
3、結(jié)語(yǔ)
耐候型砂紋粉末涂料以其良好的耐刮傷性能,在鋁型材行業(yè)中的使用越來越廣泛,并逐步替代之前的流平粉。由于鋁型材的特定使用環(huán)境,鋁型材粉末涂料必須具有良好的耐水煮與耐候性能。