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粉末涂料专用流平剂对其理化性能的影响研究

http://www.pf.hc360.com2019年01月22日11:34 来源:安徽景成T|T

    慧聪涂装网讯:

    摘要:介绍了粉末涂料专用流平剂的分类、成份、单体及红外图谱IR,且通过大量实验数据表征阐述了不同流平剂在相同体系、相同添加量条件下对粉末涂料表面张力、熔融黏度、静摩擦系数、层间附着力、玻璃化温度Tg、凝胶时间、鲜映性DOI、流平性R、短波Sw、长波Lw及光泽等理化性能的影响。

    0引言

    流平剂是粉末涂料中非常重要的助剂,拥有不可取代的地位。流平剂常常被人们称为“界面活性剂”,因其与树脂相容受限而被排挤至气/液界面处,使涂料的表面张力处于平衡状态,从而克服了因其表面张力差造成的表面缺陷。

    本研究选取了多款国内外知名供应商流平剂,通过对比其有效成份含量、单体及红外图谱IR,可以更加直观清晰地看出其相似与不同之处;且在相同添加量1%于户内混合(Hybrid)体系中进行同比实验,通过实验测试数据反映出不同流平剂对粉末涂料表面张力、熔融黏度、静摩擦系数、层间附着力、Tg、鲜映性DOI及流平性R等理化性能的影响,继而在后续的配方设计中找到更加适合客户现场应用的流平剂。以下实验测试均在相同添加量1%、混合(Hybrid)体系、挤出条件、粒径、膜厚、喷涂条件、烘烤条件下进行。

    1流平剂

    1.1分类

    粉末涂料用流平剂按照反应类型可以分为反应型和非反应型:一般非反应型流平剂较常使用如ESTRONResiflow®P67、Resiflow®PL-200、宁波南海GLP588等,而反应型流平剂较少使用且价格较贵如ESTRONResiflow®PH-240等;按照分子结构可以分为丙烯酸酯类和聚醚类,丙烯酸酯类较常使用如ESTRONResiflow®P67、Resiflow®PL-200、Resiflow®PH-240、宁波南海GLP588、PV88等,聚醚类常用于透明粉且价格较贵如Powdermate®486CFL、Powdermate®570FL等。

    由于丙烯酸类分子聚合度低,在常温下为液体,因此需要吸附在气相二氧化硅载体上来制得粉末涂料用流平剂,其有效成份通常为60%~70%;而聚醚类分子链长,在常温下本身为固体,因此无需吸附任何载体,其有效成份为100%。

    1.2成份及单体

    本研究选取国内外6个知名流平剂,通过傅里叶变换红外光谱FTIR和核磁共振波谱NMR进行表征对比,流平剂单体及有效成份对比见表1。

粉末涂料专用流平剂对其理化性能的影响研究

粉末涂料专用流平剂对其理化性能的影响研究

    通过对比可知:PL-200、P67、GLP588、PH-240都属于丙烯酸酯类流平剂,仅有PH-240含HEA单体,此流平剂为反应型流平剂,另外几个为非反应型流平剂;486CFL、570FL属于聚醚类流平剂,其透度较高适用于透明粉。

粉末涂料专用流平剂对其理化性能的影响研究

粉末涂料专用流平剂对其理化性能的影响研究

    1.3IR红外图谱

    通过红外图谱对比可知:PL-200、P67、GLP588、PH-240丙烯酸酯类流平剂的特征吸收峰一致,图谱基本重合;486CFL、570FL聚醚类流平剂的特征吸收峰一致,图谱基本重合。

    2理化性能研究 

    2.1表面张力

    表面张力是极性力和色散力的总和,色散力主要是范德华力,极性力主要是偶极矩、氢键、酸碱结合力。表面张力对于底材的润湿和层间附着力有着重要的影响,低表面张力有助于底材的润湿,高表面张力有助于粉末涂料的流平,本文通过添加相同量1%的不同品种流平剂于Hybrid体系中与空白试验对比其涂膜表面张力。

粉末涂料专用流平剂对其理化性能的影响研究

粉末涂料专用流平剂对其理化性能的影响研究

    通过试验数据对比可知:丙烯酸酯类流平剂对于涂膜表面张力均稍有提高,能加强面粉与底粉之间的层间附着力;而聚醚类流平剂486CFL能显著降低涂膜表面张力,对于层间附着力、重涂与流平有较大影响,同时聚醚类流平剂570FL是在486CFL的分子结构基础上接枝改性以提高其重涂性能。

    2.2熔融黏度

    熔融黏度曲线对于粉末流平与固化过程是一个非常重要的参考指标,一般可将熔融黏度曲线分为3个阶段:第一阶段为粉末初熔结聚;第二阶段为粉末熔融铺展及流平;第三阶段为粉末固化。第一阶段与第二阶段粉末熔融黏度随温度上升而急剧下降,此过程有助于粉末润湿、铺展与流平;第三阶段粉末在高温下开始发生交联固化反应,体系黏度开始逐渐变大,此过程粉末表面张力基本不会发生变化,但流平阻力迅速变大,对于粉末流平基本无帮助。

    本研究通过添加相同量1%的不同品种流平剂于Hybrid体系中与空白试验对比其粉末熔融黏度曲线。

粉末涂料专用流平剂对其理化性能的影响研究

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粉末涂料专用流平剂对其理化性能的影响研究

粉末涂料专用流平剂对其理化性能的影响研究

    一直以来大家普遍认为流平剂可以降低粉末体系的熔融黏度,但通过上述熔融黏度曲线可知,影响体系熔融黏度的主要因素是温度,随着温度上升,体系黏度急剧下降。

    通过熔融黏度曲线对比可知:丙烯酸酯类流平剂对于粉末体系的熔融黏度影响均稍有提高,但变化不大;而聚醚类流平剂对于粉末体系的熔融黏度影响均稍有降低,变化也不大。因此,流平剂对于粉末体系熔融黏度的影响较小,仅仅只是流平剂降低了体系开始熔融的温度,从而延长了粉末涂料熔融后的流动时间,增加其熔融流动性,这一点可从熔融黏度曲线斜率得到体现。

    2.3静摩擦系数

    摩擦系数是指两表面间的摩擦力和作用在其一表面上的垂直力之比值,它和表面的粗糙度有关,而和接触面积的大小无关。粗糙度越大,其摩擦系数越大。

    对于双涂层体系与重涂体系而言,摩擦系数是一个非常重要的考量指标。底漆涂膜表面的摩擦系数越大其与面漆的层间附着力越好,因此在双涂层体系中流平剂的选择使用也尤为重要。

粉末涂料专用流平剂对其理化性能的影响研究

粉末涂料专用流平剂对其理化性能的影响研究

    通过试验数据对比可知:不同流平剂对于涂膜静摩擦系数的影响较大,丙烯酸类流平剂对于涂膜静摩擦系数都呈现增高趋势,而PL-200与PH-240是专门为了增加层间附着力而设计的流平剂,其摩擦系数最大;聚醚类流平剂486CFL反而降低其摩擦系数,再加上其对涂膜表面张力降低也是最大的,且通过实验室测试其重涂性能也是最差的;聚醚类流平剂570FL是在486CFL分子结构上接枝改性的,其对涂膜摩擦系数与空白实验对比稍有提高,且对涂膜表面张力的影响也较小,因此其重涂性能提高不少。

    2.4玻璃化温度Tg

    玻璃化温度是指无定型聚合物由玻璃态向高弹态的转变温度,是无定型聚合物大链段自由运动的最低温度,通常用Tg表示。玻璃化温度对于粉末涂料储存稳定性来说是一个非常关键的指标,一般认为粉末Tg高于55℃其贮存稳定性较好,当然这与其树脂份含量、粒径、干燥剂种类及用量、运输环境与存放环境有着密切的关系。本文分析对比了相同添加量不同流平剂于Hybrid体系中对粉末Tg的影响。

粉末涂料专用流平剂对其理化性能的影响研究

粉末涂料专用流平剂对其理化性能的影响研究

    通过试验数据对比可知:不同类别、不同品种流平剂都会降低其粉末Tg,即影响其粉末储存稳定性,但从图5可以看出不同流平剂对粉末Tg的影响较小,均在1℃以内,因此流平剂不是降低粉末Tg的主要因素。

    2.5凝胶时间(200℃)

    凝胶时间是反映粉末涂料的一项重要指标,凝胶时间的测定是涂料特性及质量控制的一种较为简单有效的方法,但并不能作为客户现场施工过程中的实际固化时间,仅作为研发工作者对于粉末流平与固化时间的参考。

粉末涂料专用流平剂对其理化性能的影响研究

粉末涂料专用流平剂对其理化性能的影响研究

    通过试验数据对比可知:丙烯酸酯类流平剂对于粉末的凝胶时间影响较大,能较大程度的延长粉末熔融流平的时间;而聚醚类流平剂对于粉末的凝胶时间影响较小,对粉末熔融流平的时间贡献较小,主要还是因为受其表面张力的影响,而粉末熔融流平的推动力主要是表面张力。

    2.6流平性R、短波Sw、长波Lw

    BYK Wave Scandual桔皮仪专门用于表征涂膜外观流平性、桔皮、鲜映性等性能。桔皮是高光泽表面上由亮暗区域构成的波纹影像,通过光学扫描波纹影像可模拟视觉感知到的波纹,波状结构大小在0.1~30mm波长的被称为桔皮或流平不好。R值越大,流平性越好;Sw、Lw值越小,流平性越好。

    根据Navier Stokes(纳维-斯托克斯)方程可知粉末涂料的流平性主要由体系熔融黏度和表面张力决定,与体系黏度成反比,与表面张力成正比。文章前半部分已经详细介绍了不同流平剂对涂膜表面张力和体系黏度的影响。

    通过试验数据对比可知:聚醚类流平剂486CFL、570FL流平较差主要是因为其对涂膜表面张力影响较大造成;而丙烯酸酯类流平剂PL-200、P67、GLP588、PH-240与空白试验相比较好主要是因为在黏度影响较小情况下其表面张力均增加所致,还有一个原因就是流平剂的添加延长了粉末体系的熔融流平时间,可通过凝胶时间得以验证。

    2.7鲜映性DOI与光泽

    鲜映性DOI也可被描述为明亮度、轮廓分明度或清晰度,受我们人眼所分辩不了的极微细结构的影响(即晦涩度),另外部分超短波即Wa和Wb也影响DOI,与晦涩度一起计算得到DOI的测量数据。DOI值越大,鲜映性越高,涂膜明亮度越高。

    光泽作为物体的表面特性,取决于表面对光的镜面反射能力,所谓镜面反射是指反射角与入射角相等的反射现象。光泽是在一组几何规定条件下对材料表面反射光的能力进行评价的物理量。因此,它表述的是具有方向选择的反射性质。

    通过试验数据对比可知:丙烯酸酯类、聚醚类流平剂都可以提高涂膜的DOI值即清晰度,且不同流平剂对清晰度的影响也较大,PH-240表现得最为突出,因此在做一些高亮度高清晰度产品时可选用合适的流平剂来达到最佳的效果;而不同种类流平剂对涂膜光泽影响不是很大。

    3结语

    粉末涂料专用流平剂在配方设计过程中必不可少,其作用原理也非常复杂。随着检测设备、检测方法的不断更新,科研工作者对粉末涂料专用流平剂的研究也在不断深入。本研究通过大量检测设备表征阐述了不同流平剂对粉末涂料理化性能的影响,同时也希望通过测试数据给到科研人员一些参考意见,继而选择适合客户现场应用的流平剂。

    文/文佳军,唐林通

    广东华彩粉末科技有限公司

责任编辑:兰芳

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