摘要
摘要：本文旨在研究不同催化劑含量及不同環(huán)氧當(dāng)量樹脂對(duì)環(huán)氧-雙氰胺這類低溫固化粉末品質(zhì)的影響。得出：不同催化劑含量引起涂膜表面光澤、流平的變化情況，隨著催化劑含量增加，涂膜表面光澤隨之升高；低環(huán)氧當(dāng)量樹脂會(huì)提高反應(yīng)活性和交聯(lián)密度，增強(qiáng)機(jī)械性能。
0.引言
粉末涂料作為一種環(huán)保型涂層材料，近年來得到了廣泛應(yīng)用。與傳統(tǒng)的液體涂料相比，粉末涂料的環(huán)保性更好，因其在涂裝過程中不會(huì)產(chǎn)生溶劑揮發(fā)的VOC(揮發(fā)性有機(jī)化合物)，減少了對(duì)環(huán)境的污染[1-2]。隨著科技的發(fā)展，粉末涂料的應(yīng)用領(lǐng)域不斷拓寬，特別是低溫固化粉末涂料在高能效和環(huán)保需求的推動(dòng)下，成為當(dāng)前研究的重點(diǎn)。目前，低溫固化粉末涂料技術(shù)已經(jīng)趨于成熟，并逐步實(shí)現(xiàn)商業(yè)化應(yīng)用。各大化工企業(yè)和研究機(jī)構(gòu)紛紛推出了低溫固化產(chǎn)品線，以應(yīng)對(duì)市場(chǎng)需求。特別是在歐洲和北美等環(huán)保法規(guī)嚴(yán)格的地區(qū)，低溫固化粉末涂料因其節(jié)能環(huán)保的特性，成為涂裝行業(yè)的首選。
隨著粉末涂料多樣性的增加，市場(chǎng)需求不再滿足于高光澤表面效果，更希望在戶內(nèi)產(chǎn)品上，尤其是家具家電中使用低光澤的產(chǎn)品。目前在家具行業(yè)使用最為廣泛的材料是中密度纖維板(MDF)，其具有板材結(jié)構(gòu)均勻、密度適中、尺寸穩(wěn)定性好、形變量小、內(nèi)部粘結(jié)強(qiáng)度大等最優(yōu)異的性能[3]。隨著全球?qū)OC排放限制日趨嚴(yán)格，粉末涂料憑借接近零的VOC排放有著不錯(cuò)的市場(chǎng)前景。隨著低溫固化粉末(120~140 ℃)以及IR固化方式的成熟，粉末涂料正在成為MDF板材的主流表面處理方式。在以金屬基材為主的戶內(nèi)家電行業(yè)中，為了達(dá)到節(jié)能減排和美術(shù)效果的目的，粉末涂料的應(yīng)用也趨向于低溫化、啞光化。
目前戶內(nèi)低溫消光主要的制作工藝為在純環(huán)氧體系中加入丙烯酸類物質(zhì)作消光劑，使光澤達(dá)到10以下，然而環(huán)氧體系存在黃變、硬度低等諸多問題。而在聚酯/環(huán)氧混合體系中，低溫固化消光劑產(chǎn)品還處于研制階段。本文將主要研究在環(huán)氧-雙氰胺體系下不同影響因素對(duì)粉末涂料的表面狀態(tài)及機(jī)械性能的影響。
1.實(shí)驗(yàn)部分
本研究通過選用低黏度環(huán)氧樹脂與特殊固化劑搭配低溫消光劑制備戶內(nèi)低溫消光平面粉末涂料，并對(duì)比了不同催化劑用量下的性能及表面變化情況。
1.1 實(shí)驗(yàn)原材料
1.2 實(shí)驗(yàn)設(shè)備
1.3 主要性能測(cè)試方法及標(biāo)準(zhǔn)
2.實(shí)驗(yàn)方法
2.1 添加不同含量催化劑的低溫啞光平面粉末制備
按照配方設(shè)計(jì)稱量原材料，混合均勻后經(jīng)過雙螺桿擠出機(jī)擠出，待冷卻壓片后采用旋風(fēng)分級(jí)磨高速破碎并篩選出合適規(guī)格粒徑，從而制備出不同催化劑含量的樣粉；鋁制待測(cè)樣板分別通過160 ℃/15 min及130 ℃/15 min烘箱烘烤后得到，MDF樣板通過預(yù)處理后經(jīng)紅外烤爐130 ℃/3 min烘烤制備。最后通過目視觀察表面效果以及色差儀測(cè)試不同溫度烘烤后的黃變情況。
2.2 不同環(huán)氧當(dāng)量的環(huán)氧樹脂制備低溫啞光平面粉末
換用不同環(huán)氧當(dāng)量樹脂設(shè)計(jì)配方，按比例稱量、混合均勻后使用雙螺桿擠出機(jī)擠出，待冷卻壓片后采用旋風(fēng)分級(jí)磨高速破碎，通過160 ℃/15 min烘箱烘烤后得到鋁制待測(cè)樣板，觀察使用不同樹脂后涂膜的表面效果及機(jī)械性能的變化情況。
3.實(shí)驗(yàn)結(jié)果及分析
3.1 不同含量催化劑對(duì)涂膜表面的影響
在環(huán)氧樹脂-雙氰胺這種固化體系下，催化劑的用量對(duì)最終涂膜表面的光澤及流平效果起到重要作用，本實(shí)驗(yàn)探究了不同催化劑用量下，涂膜表面效果的變化情況，配方設(shè)計(jì)見表4。
測(cè)試結(jié)果如表4所示，當(dāng)提高催化劑用量時(shí)涂膜光澤會(huì)相應(yīng)升高；在含量＜1%時(shí)，提高催化劑含量會(huì)顯著加快固化體系的反應(yīng)速度，同時(shí)小幅度的升高光澤；繼續(xù)添加催化劑至1.5%~2.0%后膠化時(shí)間減少約10 s，但光澤上升至50~55且表面流平變差；由此推測(cè)在環(huán)氧-雙氰胺固化體系中隨著催化劑的添加會(huì)降低粉末內(nèi)的反應(yīng)時(shí)間差，從而導(dǎo)致涂膜光澤上升[4-5]。此外使用130 ℃/15 min烘烤的樣板作為色差測(cè)試基準(zhǔn)與160 ℃/15 min烘烤樣板進(jìn)行對(duì)比測(cè)試，色差ΔE值為0.28，說明環(huán)氧-雙氰胺的固化體系黃變程度較低。
3.2 不同環(huán)氧當(dāng)量的環(huán)氧樹脂制備低溫啞光平面粉末
通過第一部分實(shí)驗(yàn)確定了催化劑用量后，由于機(jī)械性能測(cè)試中出現(xiàn)沖擊開裂的情況，本實(shí)驗(yàn)將選用不同環(huán)氧當(dāng)量的樹脂進(jìn)行測(cè)試，對(duì)比性能差異。
由表5中數(shù)據(jù)可以看出，隨著低當(dāng)量環(huán)氧樹脂B的添加量增加，涂膜的機(jī)械性能逐漸提升，膠化時(shí)間降低了約半分鐘。這是由于環(huán)氧當(dāng)量越低，環(huán)氧基團(tuán)的密度越高，表示樹脂分子中的活性環(huán)氧基團(tuán)數(shù)量相對(duì)較多。因此，低環(huán)氧當(dāng)量的樹脂通常具有更高的反應(yīng)活性，在固化反應(yīng)中可以形成更高的交聯(lián)密度，從而提升涂層的硬度、耐化學(xué)性和機(jī)械性能。
4.結(jié)語
本文研究了影響環(huán)氧-雙氰胺體系粉末涂料性能及表面效果的因素，并對(duì)所得數(shù)據(jù)結(jié)果進(jìn)行研究分析，得到以下結(jié)論：
(1) 不同含量的催化劑會(huì)影響涂膜表面效果。隨著催化劑含量的增加，粉末涂料的固化速度加快，光澤度提升。當(dāng)催化劑含量超過1.5 %時(shí)，光澤大幅上升，同時(shí)表面流平性變差。
(2) 經(jīng)過多次不同配方的測(cè)試，粉末在130 ℃和160 ℃不同溫度下烘烤的樣板色差變化(ΔE)結(jié)果均小于0.5，表明環(huán)氧-雙氰胺固化體系的黃變程度較低。
(3) 環(huán)氧樹脂種類會(huì)極大的影響粉末的性能及涂抹表面效果。低環(huán)氧當(dāng)量的樹脂由于其更高的反應(yīng)活性和交聯(lián)密度，提升了涂膜的機(jī)械性能，尤其是抗沖擊性。同時(shí)膠化時(shí)間縮短，固化效率提高。在樹脂選擇時(shí)要同時(shí)考慮粉末表面效果、反應(yīng)性及儲(chǔ)存時(shí)間適當(dāng)進(jìn)行取舍。
低溫固化啞光粉末涂料憑借其節(jié)能、環(huán)保、耐用和美觀的啞光效果，逐漸在多個(gè)領(lǐng)域中取得了重要的應(yīng)用。隨著科技的進(jìn)步，低溫固化技術(shù)和啞光效果調(diào)控的不斷完善，未來低溫固化啞光粉末涂料將在熱敏基材涂裝、節(jié)能環(huán)保制造等方面發(fā)揮更大的作用。預(yù)計(jì)在不久的將來，低溫固化啞光粉末涂料將成為推動(dòng)涂料行業(yè)向綠色、可持續(xù)發(fā)展的重要力量。
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來源：粉末涂料與涂裝 2024年第6期
文 / 尹仁、李雪濤 ( 老虎表面技術(shù)新材料(蘇州)有限公司 )