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聚酯/TGIC型与聚酯/HAA型粉末涂层机械性能对比研究

http://www.pf.hc360.com2018年08月06日11:02 来源:安徽景成T|T

    慧聪涂装网讯:采用同一聚酯树脂按当量比分别与异氰脲酸三缩水甘油酯(TGIC)、羟烷基酰胺(HAA)两种固化剂制备粉末涂料涂层,用冲击实验、杯突实验、T弯实验、电子万能试验机和动态热机械分析仪等实验方法对涂层力学性能进行研究,结果发现,TGIC体系粉末涂层的刚性要大于HAA体系涂层,但两者的力学性能基本一致。

    热固性粉末涂料固化剂是粉末涂料重要组成部分,它对涂料的生产、运输储存及应用性能方面都会产生重要的影响,例如涂料的储存性能、流平性能、机械性能及耐候性能等。目前,应用最为广泛的粉末涂料固化剂类型有两种,即异氰脲酸三缩水甘油酯(TGIC)和羟烷基酰胺(HAA),其结构见图1。

聚酯/TGIC型与聚酯/HAA型粉末涂层机械性能对比研究

聚酯/TGIC型与聚酯/HAA型粉末涂层机械性能对比研究

    二者由于分子结构差别较大,性能也因此具有各自的优缺点,固化剂TGIC在合成、后处理及粉末涂料生产施工中存在毒性和环保问题,在欧洲已定为剧毒品,作出了限用决定。中国工信部在2010年也把TGIC列入淘汰产品目录,在固化剂替代物中,只有HAA在综合性能上能与TGIC相媲美,此外,HAA比TGIC具有更好的环保性能。目前,两种固化剂对粉末涂层的机械性能影响目前还缺乏系统研究,本文分别选取TGIC和T105(HAA型)两种固化剂,围绕其制备的粉末涂层机械性能方面进行分析对比,对探究固化剂对粉末涂层机械性能影响奠定一定基础。

    1 实验部分

    1.1实验原材料

    聚酯树脂;固化剂TGIC(工业级、华惠);固化剂T105(工业级、华惠);钛白粉;硫酸钡;流平剂;安息香;增光剂。

    1.2粉末涂层的制备

    按表1的基本配方制备粉末涂料,工艺流程为:配料→预混→挤出→压片→粉碎→过筛→产品,将制备得到的粉末涂料用静电喷涂后分别在200℃/10min的条件下固化得到粉末涂层,本文中采用树脂型号为擎天树脂生产。

聚酯/TGIC型与聚酯/HAA型粉末涂层机械性能对比研究

聚酯/TGIC型与聚酯/HAA型粉末涂层机械性能对比研究

    1.3实验测试与条件

    冲击试验仪,落锤质量1kg,实验方法直接引用方法标准GB/T1732-1993;杯突试验仪,试验方法直接引用方法标准GB/T9753-1988;T型弯曲实验仪,试验方法参考ASTMD4145;电子万能试验机,试验样条尺寸80mm×10mm,测试标距40mm;动态机械热分析仪(DMA),试验样条尺寸10mm×6mm,温度范围20℃~200℃,升温速率3℃/min,拉伸模式。

    2 结果与讨论

    2.1不同类型粉末涂层冲击性能比较

    涂层冲击性能是指涂于底材上的涂层在经受高速率的重力作用下发生快速变形而不出现开裂或从金属底材上脱落的能力,它表现了测试涂层的柔韧性和对底材的附着力。

聚酯/TGIC型与聚酯/HAA型粉末涂层机械性能对比研究

聚酯/TGIC型与聚酯/HAA型粉末涂层机械性能对比研究

    从表2中可以看出,当冲击高度50cm~100cm时,聚酯树脂-TGIC与聚酯树脂-T105涂层在室温(25℃)下冲击都能够表现为正反通过,二者冲击性能差异表现不明显。

聚酯/TGIC型与聚酯/HAA型粉末涂层机械性能对比研究

聚酯/TGIC型与聚酯/HAA型粉末涂层机械性能对比研究

    为进一步考察聚酯树脂-TGIC与聚酯树脂-T105涂层冲击性能差异,采用冷冻后冲击的方法进行探究。从表3中可以看出在冷冻(-20℃)后,聚酯树脂-TGIC与聚酯树脂-T105涂层的冲击性能出现差别,在冲击高度为40cm与50cm时,涂层均表现为正过反裂,当冲击高度为30cm时,聚酯树脂-TGIC表现正过反裂而聚酯树脂-T105表现为正反通过。对比室温下冲击,出现上述现象主要是由于低温会造成聚合物分子链运动变慢,导致涂层变得更脆,从而使冲击性能下降;而聚酯树脂-TGIC与聚酯树脂-T105在冲击高度30cm时展现不同性质可能是由于聚酯树脂-T105具有更低的玻璃化转变温度,在-20℃时其分子链仍能保持一定程度的运动。

    2.2不同类型粉末涂层杯突性能比较

    杯突试验用于评价粉末涂层在标准条件下使之逐渐变形后,其开裂或与金属底材分离的性能。本次试验在杯突试验后再通过胶带拉拽进行附着试验。

聚酯/TGIC型与聚酯/HAA型粉末涂层机械性能对比研究

聚酯/TGIC型与聚酯/HAA型粉末涂层机械性能对比研究

    从表4中可以看出,聚酯树脂-TGIC与聚酯树脂-T105涂层在杯突深度6mm及9mm均能通过且在胶带拉拽条件下涂层不脱离,二者具有优异的杯突性能。

    2.3不同类型粉末涂层T型弯曲性能比较

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聚酯/TGIC型与聚酯/HAA型粉末涂层机械性能对比研究

    从表5中可以看出,聚酯树脂-TGIC与聚酯树脂-T105涂层在0T、2T、4T时均能通过,均表现出良好的T弯性能。

    结构决定性质,性质反映结构。通过冲击试验、杯突实验及T弯实验等粉末涂层常用检验方法不能较好地体现出聚酯树脂-TGIC与聚酯树脂-T105涂层的机械性能区别,下文采用电子试验机与动态机械热分析仪对涂层薄膜样条进行表征分析,其中涂层薄膜样条是采用涂层剥离方法制备的。

    2.4不同类型粉末涂层拉伸试验

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聚酯/TGIC型与聚酯/HAA型粉末涂层机械性能对比研究

    从图2中可看出,聚酯树脂-TGIC涂层比聚酯树脂-T105涂层的伸长率小,但聚酯树脂-TGIC弹性模量大于聚酯树脂-T105。伸长率反映了材料塑性变形的能力,伸长率大则表示材料的塑变性能好,反之,则表示材料的塑变性能差;弹性模量是材料的抗弹性变形的一个量,材料刚度的一个指标。实验结果显示出TGIC体系粉末涂层刚性大于HAA体系,其塑变性能小于HAA体系。

    2.5不同类型粉末涂层动态热机械分析仪测试(DMA)

    动态热机械分析可以测量出材料的力学性能与温度的关系,能够真实反映材料在不同温度的力学性能,本文采用DMA中拉升模式进行实验。

聚酯/TGIC型与聚酯/HAA型粉末涂层机械性能对比研究

聚酯/TGIC型与聚酯/HAA型粉末涂层机械性能对比研究

    从图3中可以看出储能模量大小关系,即聚酯树脂-TGIC>聚酯树脂-T105,随着温度的升高,这一趋势仍然保持不变。储能模量实质为杨氏模量,是材料变形后回弹的指标,表示材料存储弹性变形能量的能力,其值越大表示材料的刚性大,反之表示材料的刚性小。结果显示粉末涂层的刚性大小关系为聚酯树脂-TGIC>聚酯树脂-T105。

聚酯/TGIC型与聚酯/HAA型粉末涂层机械性能对比研究

聚酯/TGIC型与聚酯/HAA型粉末涂层机械性能对比研究

    从图4中可以看出损耗因子达到最大值时的温度关系为:聚酯树脂-TGIC>聚酯树脂-T105,同时损耗模量聚酯树脂-TGIC>聚酯树脂-T105。损耗因子为储能模量与损耗模量的比值,其峰值对应着材料内部结构的变化,相应的温度即为T,即TGIC体系粉末涂层的玻璃化转变温度高于HAA体系涂层。

    3 结语

    聚酯/TGIC和聚酯/HAA两种粉末涂料是目前户外耐候粉末涂料的主要品种,虽然TGIC和HAA两者结构差异明显,但是以其为固化剂制备的粉末涂料涂层力学性能差别不大,完全可以满足使用的要求,相对于TGIC有毒有害的特性,HAA更具有环保优势,随着人民对环保要求越来越严格,HAA体系粉末涂料具有更好的发展前景。

责任编辑:兰芳

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