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TGIC制粒方法对聚酯粉末涂料漆膜性能的影响

http://www.pf.hc360.com2018年11月22日10:52 来源:安徽景成T|T

    慧聪涂装网讯:

    摘要:

    研究了TGIC合成的后处理工序的制粒方法:负压熔融破碎法、鼓风热干法、湿法制粒鼓风热干法、湿法制粒真空热干法,并分别与聚酯树脂制得粉末涂料,测试相应的耐冲击性、耐热性、附着力。结果表明:在相同TGIC添加量时,湿法制粒真空热干法制得TGIC与聚酯树脂成膜性能最优;并且在7%添加量时,耐冲击性、耐热性、附着力分别为3mm、565h、56N/cm2,漆膜的性能达到最优。采用该法每生产500gTGIC可回收115mL乙醇,既减少环境污染又降低了生产成本。

    TGIC学名(1H,3H,5H)-三(2,3-环氧丙基)-均三嗪-2,4,6-三酮,是一种多环化合物,具有良好的耐热性、耐候性、粘结性及优异的高温电性能。外观为白色结晶性粉末,熔程95~115℃,密度1.33g/cm3(120℃熔融物)。目前,该产品大部分用作聚酯/TGIC粉末涂料的固化改性剂,Yan等人也将TGIC用于CEPET的扩链剂,又因相对分子质量小,也可作为环氧树脂的改性剂使用。

    粉末涂料是典型的“4E”(高效、经济、生态、能源)涂料品种,用量每年以8%的速度增长。世界上50%的粉末涂料用聚酯树脂成膜,聚酯/TGIC粉末涂料是由含羧基聚酯树脂和TGIC进行交联固化。酸值(KOH)30~70mg/g,软化点70~110℃,羟值(KOH)0~5mg/g的聚酯树脂与TGIC具有良好配伍性能。粉末涂料漆膜性能既取决于聚酯树脂的性能,又与TGIC中乙醇和环氧氯丙烷含量有密切关系。聚酯/TGIC粉末涂料在固化成膜过程中无挥发份,所以具有优良的耐候性、耐泛黄性。优廉价格和良好的表面效果使其广泛用于铝型材的静电喷涂上。国外Perera、Montser-rat等对聚酯与TGIC的固化有一定的研究,国内相关的文献报道很少。TGIC是在过量的环氧氯丙烷中合成,在乙醇中结晶析出,仍有少量环氧氯丙烷残留在TGIC的晶核之间。乙醇和环氧氯丙烷都严重影响TGIC与聚酯树脂的成膜性能,为了降低二者在TGIC中的含量,本文提出采用4种制粒干燥方法:减压熔融破碎法、通风热干法、湿法制粒通风热干法和湿法制粒真空热干法,探讨TGIC不同制粒方法对聚酯/TGIC粉末涂料性能的影响。

    1试验材料与方法

    1.1试剂与仪器

    TGIC(结晶过滤后乙醇含量30%),鞍山润德;安息香:工业级,武汉银彩科技有限公司;聚酯树脂(CE2098):工业品,酸值(KOH)30~34mg/g,浙江天松新材料股份有限公司生产;流平剂(GLP588):工业级,宁波南海化学有限公司;钛白粉(R902):工业级,科慕化学(上海)有限公司。

    电热恒温鼓风干燥箱:101-1型,上海路达实验仪器有限公司;气相色谱仪:GC-9890A型,上海灵华仪器有限公司;电子天平:AL104,梅特勒-托利多仪器有限公司;双螺杆制粒机:SET-180,常州佳成干燥设备有限公司;双螺杆挤出机:SLJ-32型,山东海阳市静电设备有限公司;真空干燥箱:DZF-6050型,自带冷凝装置,上海鳌珍仪器制造有限公司;高速粉碎机:CWJ-15型,无锡新而立机械设备有限公司;筛分机:ZB-200型,新乡市振邦机械设备有限公司;静电喷涂机:NJPC-2003A,浙江明泉工业涂装有限公司;漆膜冲击器:QCJ型,天津市材料实验机厂;拉力试验机:单臂数显,河南鉴测试技术有限公司。

    1.2TGIC样品的制备

    1.2.1负压熔融破碎法

    取结晶过滤后的TGIC500g在负压下加热至液态,待无乙醇馏出后置于干净的白钢板上,半透明的液态TGIC随即会硬化成白色固态TGIC,再用破碎机破碎至粒径小于5mm后得成品TGIC。

    1.2.2鼓风热干法

    取结晶过滤后TGIC500g用电热恒温鼓风干燥箱热干得成品TGIC。

    1.2.3湿法制粒鼓风热干法

    取结晶过滤后TGIC500g经双螺杆制粒机制成粒状,并在电热恒温鼓风干燥箱中热干得成品TGIC。

    1.2.4湿法制粒真空干燥法

    取结晶过滤后的TGIC500g用双螺杆制粒机制成粒状在60℃真空干燥箱中干燥,待无溶剂馏出即得成品TGIC。

    1.3聚酯粉末涂料样板的制备

    成品TGIC分别与聚酯树脂和其它助剂按表1比例加到双螺杆挤出机混炼挤出,控制挤出机送料段温度100℃,出料段温度180℃,再到高速粉碎机内粉碎10min,经筛分机筛分得粒径小于0.15mm的微粉,用静电喷涂机喷涂至处理过的冷轧钢板上,控制膜厚30~50μm,置于烘箱中200℃固化30min,制得样板。

TGIC制粒方法对聚酯粉末涂料漆膜性能的影响

TGIC制粒方法对聚酯粉末涂料漆膜性能的影响

    1.4测试与表征

    挥发份和环氧氯丙烷残留量都采用GB/T27807-2011测定方法。漆膜耐冲击性采用GB/T1732-1993测定方法,耐热性采用GB/T1740-2007测定方法,涂层附着力采用GB/T9286-88测定方法。

    2结果与讨论

    2.1不同的制粒方法对TGIC的密度、挥发份和环氧氯丙烷残留量的影响

    TGIC的干燥是用风和热将其分子表面的乙醇和环氧氯丙烷尽可能的除去,其颗粒越松散,密度就越小,乙醇和环氧氯丙烷分子越易除去,其含量就越低。干燥前后各项指标如表2所示。

TGIC制粒方法对聚酯粉末涂料漆膜性能的影响

TGIC制粒方法对聚酯粉末涂料漆膜性能的影响

    从表2可以看出,负压熔融破碎法制得块状TGIC的密度是1.32g/cm3最大,分子之间的距离最小,吸引力最大,其分子表面的乙醇和环氧氯丙烷最难除去,质量分数也就最高,分别为0.98%和0.18%,尽管回收了110mL乙醇,但是它的理化指标不符合TGIC的国家标准。而湿法制粒真空热干法制得TGIC密度是0.76g/cm3最小,分子之间距离最大,吸引力最小,其分子表面的乙醇和环氧氯丙烷最易除去,质量分数也最低,分别为0.18%和0.0046%,符合TGIC的国家标准。另外,该法还回收了115mL的乙醇,不仅减少环境污染还降低了生产成本。

    2.2不同的制粒方法制得TGIC对聚酯粉末涂料耐冲击性能的影响

    聚酯粉末涂料耐冲击性能实验结果如表3所示。可以看出,TGIC添加量在7%时,4种TGIC/聚酯粉末涂料耐冲击性能最佳,分别为6、4、4、3mm,这是由于TGIC与聚酯树脂固化后,漆膜就具有了多结构和高交联密度的特点,从而使得漆膜在多方面表现出独特性能。TGIC添加质量分数越多,交联密度越大,耐冲击性能越好。当TGIC的添加量达到7%时交联密度最大,性能达到最优。TGIC添加量继续增加,没有更多的含羟基的聚酯树脂与TGIC交联,使得交联密度逐渐减小,故耐冲击性逐渐下降。另外,在相同TGIC添加量时,湿法制粒真空热干法制得TGIC与聚酯成膜时耐冲击性优于其它三种方法,这是由于湿法制粒真空热干法制得TGIC挥发份和环氧氯丙烷含量最低。TGIC与聚酯成膜时低沸点的乙醇和环氧氯丙烷随温度升高分子热运动增强,分子弹性增强,它们会不断冲破熔体的粘性到达空气中,并在熔体表面形成气孔,其含量越低,气孔越少,耐冲击性能就越好。

TGIC制粒方法对聚酯粉末涂料漆膜性能的影响

TGIC制粒方法对聚酯粉末涂料漆膜性能的影响

    2.3不同的制粒方法制得TGIC对聚酯树脂耐热性能的影响

    聚酯粉末涂料耐热性能实验结果如表4所示。可以看出,湿法制粒真空热干法制得TGIC与聚酯树脂成膜时耐热性在相同TGIC添加量时优于其它三种方法,这是由于湿法制粒真空热干法制得TGIC颗粒分散,挥发份和环氧氯丙烷质量分数最低,分别为0.18%和0.0046%,TGIC的三嗪环结构与含羟基的聚酯树脂交联密度不断增大,致使低沸点的乙醇和环氧氯丙烷质量分数越降低,气孔越少。TGIC与聚酯成膜时交联密越度高,漆膜的耐热性能越优异。

TGIC制粒方法对聚酯粉末涂料漆膜性能的影响

TGIC制粒方法对聚酯粉末涂料漆膜性能的影响

    TGIC添加质量分数在7%时漆膜耐热性达到最高,分别是450、520、520、565h,这是由于TGIC添加质量分数不断增加时它们的交联密度不断增大,当TGIC添加质量分数达到7%时气体分子的弹性与聚酯树脂的粘性相平衡,漆膜表面最光滑,漆膜性能最佳;当它们冲破这种平衡时,交联密度不断降低,会在漆膜表面留下针孔,使得漆膜的性能不断下降,耐热性能不断降低。

    2.4不同的制粒方法制得TGIC对聚酯树脂附着力的影响

    聚酯粉末涂料附着力实验结果如表5所示。可以看出,湿法制粒真空热干法制得TGIC与聚酯成膜时附着力在相同TGIC添加量时优于其它三种方法,这是由于湿法制粒真空热干法制得TGIC颗粒分散,挥发份和环氧氯丙烷含量都很低,低沸点的乙醇和环氧氯丙烷随温度升高分子热运动增强,气体分子的弹性小于树脂的粘性,使得它们的交联密度最大,漆膜表面光滑,漆膜的附着力优异。当TGIC添加质量分数在7%时,4种方法的附着力分别为29、52、53、56N/cm2,均为最大值,这是由于当TGIC添加量不断增加时,它的三嗪环结构与含羟基的聚酯树脂交联密度不断增大,当添加质量分数达到7%时TGIC与聚酯树脂刚好完全交联,漆膜的附着力最大;TGIC的添加量继续增加时没有足够的含羟基的聚酯树脂与之交联,漆膜的附着力会逐渐降低。

    3结论

    通过讨论TGIC不同造粒方法对聚酯/TGIC粉末涂料性能的影响,可以得出如下结论:

    (1)湿法制粒真空热干法制得的TGIC挥发份和环氧氯丙烷的含量都很低,理化指标符合国家标准,并且每生产500gTGIC可回收乙醇115mL,既减少环境污染又降低了生产成本。

    (2)当TGIC添加质量分数不断增加时,耐冲击性、耐热性、附着力不断增强,添加质量分数达到7%时3种性能达到最优,之后性能不断下降。

    (3)采用湿法制粒真空热干法制得的TGIC在聚酯/TGIC体系中添加质量分数为7%时,耐冲击性、耐热性、附着力分别为3mm、565h、56N/cm2,漆膜性能最优。

    文/徐红玲1,徐英黔2,郭爱强2,王军1,牛文杰3

    1.鞍山润德精细化工有限公司

    2.辽宁科技大学化学工程学院

    3.鞍钢集团矿业设计研究有限公司工艺设计研究所

责任编辑:兰芳

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