不同鋁材粉末涂料原料正確的篩選方法

      粉末涂料作為一種具有無(wú)溶劑、無(wú)污染、可收回和節(jié)能等優(yōu)點(diǎn)的涂料，目前已經(jīng)逐漸占領(lǐng)著一定份額的涂料市場(chǎng)。其中一種以TGIC為固化劑，端羧基飽和聚酯為基礎(chǔ)樹脂的純聚酯熱固性粉末涂料，可以被廣泛地應(yīng)用到鋁型材涂裝領(lǐng)域。該種鋁型材用粉末涂料主要由聚酯樹脂、固化劑、助劑、顏料和填料組成，本文將闡述這些原材料的篩選和檢測(cè)方法。

      原料選擇

      1.1聚酯樹脂的選擇

      樹脂是熱固性粉末涂料的主要成膜物質(zhì)，樹脂的結(jié)構(gòu)和性能是決定粉末涂料質(zhì)量和涂膜性能的主要因素。對(duì)于聚酯樹脂的篩選，一般考慮在大型樹脂廠家的鋁型材專用聚酯樹脂中選擇，然而由于不同廠家之間的樹脂配方的差別，聚酯樹脂之間的性能指標(biāo)有一定的差別。要考慮篩選出涂膜性能好、性價(jià)比高的聚酯樹脂，必須比較不同廠家的樹脂，在不同體系的配方中的性能，從而篩選出適合的聚酯樹脂。例如，要從聚酯樹脂A和B篩選出適合的聚酯，先根據(jù)以下四個(gè)配方，用同樣的擠出、磨粉工藝制粉，然后分別測(cè)試該四個(gè)粉末的性能及其涂膜性能。主要測(cè)試對(duì)比的性能有：粉末的膠化時(shí)間、粒度和熔融流動(dòng)性以及涂膜的外觀、機(jī)械性能、耐沸水性、耐高溫性和耐侯性等性能。。

       從上述兩組實(shí)驗(yàn)結(jié)果對(duì)比可以知道，在平面體系里，樹脂A的膠化時(shí)間較長(zhǎng)，表面流平較好，雖然耐沸水性要比樹脂B差，但耐老化性能要好于樹脂B，所以，從技術(shù)角度綜合來(lái)看，樹脂A更適合用于做平面粉；但在砂紋體系里，樹脂B的耐沸水性較好，表面紋路較明顯、較細(xì)膩，光澤也較低，所以樹脂B更適合用于做砂紋粉。

       總而言之，對(duì)于鋁型材用戶外粉末涂料，對(duì)涂膜的耐候性、耐高溫性和粉末的儲(chǔ)存穩(wěn)定性要求較高，所以選用的聚酯樹脂，要求其在耐候性、耐沸水性以及耐高溫性和儲(chǔ)存穩(wěn)定性要具有一定的優(yōu)勢(shì)。但不同的樹脂各有各的優(yōu)缺點(diǎn)，可能在不同體系的粉末里所表現(xiàn)出來(lái)的性能也不一致。對(duì)于平面體系的粉末涂料，選用的聚酯樹脂要有較好的流平和較好的機(jī)械性能；對(duì)于砂紋體系的粉末涂料，要選用機(jī)械性能、耐沸水性較好和表面紋路較細(xì)的聚酯樹脂；對(duì)于雙組分干混體系。要選擇快、慢組分粒徑分布較均勻，光澤穩(wěn)定性、儲(chǔ)存穩(wěn)定性較好和較易消光的樹脂。所以在選擇聚樹脂的過程中，要全方面檢測(cè)樹脂在不同體系里的性能，從而篩選出最適合的樹脂。

       1.2固化劑的選擇

        固化劑與樹脂發(fā)生交聯(lián)反應(yīng)，使涂料能夠固化成膜得到具有一定物理力學(xué)性能和耐化學(xué)性能的涂膜。一般純聚酯的粉末涂料選用異氰脲酸三縮水甘油酯（TGIC）或者羥烷基酰胺（HAA）作為固化劑。其中TGIC所配制的粉末摩擦帶電性和儲(chǔ)存穩(wěn)定性較差，但是與樹脂固化反應(yīng)沒有副產(chǎn)物產(chǎn)生，且耐溫性和耐泛黃性較好；而HAA固化劑的毒性相比TGIC明顯要小很多，且儲(chǔ)存穩(wěn)定性較好，但與樹脂固化反應(yīng)時(shí)會(huì)釋放出小分子的水，而且其耐溫性和耐泛黃性較差，不適合厚涂至100μm以上，膜厚在100μm以上時(shí)容易出現(xiàn)針孔。目前，鋁型材用粉末涂料的固化劑主要以TGIC為主。

       對(duì)于固化劑的篩選，我們主要是從固化劑的冒煙狀況、耐高溫性能以及涂膜的性能等方面進(jìn)行檢測(cè)分析。例如，對(duì)三種不同廠家的固化劑進(jìn)行對(duì)比檢測(cè)，首先我們將各取10g固化劑樣品置于220℃的烤箱中烘烤15min，然后觀察其冒煙狀況以及熔融狀態(tài)。三種不同廠家TGIC固化劑的特點(diǎn)見表3。

       從實(shí)驗(yàn)結(jié)果可以看出，熔融狀態(tài)三者均相似，均沒出現(xiàn)烤焦的情況，但固化劑A的失重較大（肉眼觀察A的冒煙少，可能是因?yàn)楹婵緯r(shí)揮發(fā)了一些肉眼看不到的物質(zhì)），可以不考慮使用；固化劑B和固化劑C的失重差不多，但是固化劑B的冒煙較多，所以優(yōu)先選擇固化劑C。當(dāng)然，還要對(duì)B和C這兩種固化劑制成的涂膜的性能進(jìn)行檢測(cè)，主要根據(jù)對(duì)比兩者涂膜的機(jī)械性能、表面流平、耐沸水性、耐候性以及在木紋體系的轉(zhuǎn)印效果等進(jìn)行進(jìn)一步篩選。

       1.3填料的選擇

       填料也是粉末涂料中不可或缺的組成部分，主要起到提高涂膜硬度、剛性和抗劃傷性等性能的作用，當(dāng)然還能降低一定的成本。填料的種類有硫酸鋇、重晶石粉、輕質(zhì)碳酸鈣、重質(zhì)碳酸鈣以及硅微粉等。填料一般選擇要吸油量小、分散性好且不含有重金屬的品種。目前，鋁型材用粉末涂料主要選擇硫酸鋇作為填料。對(duì)于填料，主要檢測(cè)填料的純度、白度以及是否含有其他異物，一般用水洗過篩和酸洗進(jìn)行檢測(cè)。例如檢測(cè)硫酸鋇，首先取硫酸鋇試樣150-200g到400目標(biāo)準(zhǔn)網(wǎng)篩中，放入水中進(jìn)行水洗，以網(wǎng)篩中留下雜質(zhì)多少評(píng)判硫酸鋇的品質(zhì)，雜質(zhì)越多則認(rèn)為硫酸鋇的品質(zhì)越差；然后取少量硫酸鋇試樣于小燒杯中，逐漸滴入10%鹽酸溶液，觀察是否有氣泡產(chǎn)生。例如，下表4是三種不同廠家硫酸鋇的檢測(cè)結(jié)果。

      實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，硫酸鋇B酸洗有少量氣泡產(chǎn)生，說明該硫酸鋇含有能與鹽酸反應(yīng)的其他物質(zhì)（如碳酸鈣），不能使用；硫酸鋇C水洗酸洗均合格，可以考慮使用；硫酸鋇A有少量的篩余物，可能做出的粉末涂料的涂膜容易出現(xiàn)沙粒，也不建議使用。一般鋁型材用粉末要求在薄涂時(shí)（指40μm左右的膜厚）沒有砂粒，所以還要考慮填料的粒度分布，不能有較粗的顆粒。此外，如果要替換現(xiàn)用的填料，在水洗、酸洗都合格的情況下，還要考慮填料的白度，不能對(duì)涂膜的顏色有影響，不同批次填料的白度也要相近，不能相差太大。

      1.4助劑的選擇

      助劑雖然用量不多，但在粉末涂料中的作用也是很大的。對(duì)于助劑的選擇，一般要求其相容性好、容易分散、無(wú)毒或者低毒且冒煙要較少。所有助劑的檢測(cè)，首先都要先取10g助劑樣品置于200℃的烤箱中烘烤10min，然后觀察其冒煙狀況和熔融狀態(tài)以及測(cè)量它的失重。冒煙能達(dá)到要求了，再進(jìn)行其他相關(guān)性能的檢測(cè)。由于助劑的種類較多，本文主要對(duì)常用幾種助劑的篩選檢測(cè)進(jìn)行闡述。

      1.4.1脫氣劑的檢測(cè)

      脫氣劑是當(dāng)粉末涂料熔融流平成膜時(shí)，使粉末中含有的空氣、水分和小分子化合物等揮發(fā)物質(zhì)脫逸出來(lái)，并使出現(xiàn)的針孔得到彌合，從而避免涂膜出現(xiàn)針孔或者豬毛孔等弊病，所以脫氣劑在平面粉涂料中必不可少。脫氣劑一般需要檢測(cè)其冒煙狀況、高溫抗黃變性以及出現(xiàn)針孔的最低膜厚。例如，下表5是三種不同類型的脫氣劑檢測(cè)結(jié)果。

      通過實(shí)驗(yàn)對(duì)比可知，脫氣劑A的冒煙較多，但抗黃變性較好且不易出現(xiàn)針孔，可以少量使用；脫氣劑B雖然冒煙較少，但抗黃變性較差且容易出現(xiàn)針孔，所以不建議使用；脫氣劑C冒煙少，抗黃變性較好，較不容易出現(xiàn)針孔，可以適用于大部分的平面體系中，但對(duì)于一些高光澤的平面粉可能會(huì)出現(xiàn)針孔，不建議使用，如果要用，可以加少量的脫氣劑A配合使用?？傊?，冒煙少、抗黃變性好，又能避免針孔等弊病的出現(xiàn)，且不會(huì)影響粉末涂膜的其他性能的脫氣劑是最適合選擇。

      1.4.2蠟粉的檢測(cè)

      蠟粉由于在成膜過程中會(huì)遷移到涂膜表面形成均勻分布的保護(hù)層，降低涂膜的表面摩擦系數(shù)，從而提高涂膜的抗劃傷性和潤(rùn)滑性能。一般蠟粉的種類有聚乙烯蠟、聚丙烯蠟、聚四氟乙烯蠟、聚酰胺蠟以及改性聚乙烯蠟等。根據(jù)蠟粉的作用，蠟粉的檢測(cè)一般是對(duì)比涂膜的硬度以及冒煙狀況，當(dāng)然是以添加該蠟粉后不影響涂膜的其他性能為前提。以下表6是四種蠟粉的對(duì)比檢測(cè)結(jié)果。

       根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果，蠟粉C由于冒煙，失重較多，不考慮使用；蠟粉D由于其對(duì)應(yīng)的涂膜硬度較差，也不考慮使用；蠟粉A和B性能均相似，均能滿足要求，可以根據(jù)廠家提供的價(jià)格進(jìn)行篩選。簡(jiǎn)而言之，一般要選擇冒煙少，能提高硬度且不影響涂膜其他性能的蠟粉。

     1.4.3消光劑的檢測(cè)

      消光劑是通過消光劑與成膜物之間的相容性不好而產(chǎn)生的消光作用，主要是物理作用。在熱固性粉末涂料中，常用的消光劑有蠟型消光劑和非蠟型消光劑兩種。一般蠟型消光劑的消光能力較強(qiáng)、儲(chǔ)存穩(wěn)定性較好以及涂膜的耐沸水性較好；而非蠟型消光劑的熱穩(wěn)定性較好、耐泛黃性較好以及涂膜的流平性很好。所以消光劑的篩選第一步就要根據(jù)粉末涂料的性能要求進(jìn)行選擇哪一類型的消光劑更適合。一般消光劑的冒煙較多，所以為了避免涂膜烘烤時(shí)冒煙多的情況，建議選擇冒煙較少的消光劑。另外，消光劑的消光能力、耐高溫性能、貯存穩(wěn)定性以及對(duì)樹脂的選擇性也是必要檢測(cè)的方面，這些結(jié)果也要作為是否選用的依據(jù)。

     1.4.4流平劑和光亮劑的檢測(cè)

     流平劑和光亮劑在平面粉中是必不可少的助劑。一般兩者配套使用，可以使粉末熔融流平時(shí)的表面張力分布均勻，避免涂膜出現(xiàn)針孔和縮孔等弊病。在流平劑和光亮劑的篩選過程中，除了保證不影響粉末和涂膜的其他性能外，要注意不同廠家的流平劑和光亮劑之間的相容性，是否會(huì)相互干擾的問題。

      1.5顏料的選擇

      1.5.1普通顏料的檢測(cè)

      顏料在粉末涂料中的主要作用是遮蓋底材和起到裝飾的效果。常用的顏料有無(wú)機(jī)顏料和有機(jī)顏料兩種。無(wú)機(jī)顏料的耐溫性能和耐候性能比較好、顏色比較穩(wěn)定，但著色力差、顏色不鮮艷；有機(jī)顏料的著色力強(qiáng)、顏色鮮艷、無(wú)毒，但耐候性和耐溫性較差。

顏料的選擇首先要考慮顏料的吸油量，吸油量過高會(huì)對(duì)涂膜的流平造成影響；然后要檢測(cè)顏料對(duì)涂膜的耐沸水性、耐候性的影響；接著要對(duì)顏料的耐高溫性能進(jìn)行檢測(cè)，耐高溫性能的檢測(cè)一般是將噴涂完的樣板放置于180℃、200℃、220℃、240℃四個(gè)溫度的烤箱中烘烤10min，然后以200℃/10min的涂膜為標(biāo)準(zhǔn)對(duì)比其他三個(gè)溫度涂膜的光澤以及顏色的變化；最后還要檢測(cè)顏料的遮蓋力，一般是根據(jù)40-60μm、60-80μm、80-100μm三種不同膜厚的色差進(jìn)行比較。最終根據(jù)結(jié)果，優(yōu)先選擇遮蓋力高，耐候性、耐酸耐堿性好，耐高溫性能好的顏料。

     1.5.2金屬顏料的檢測(cè)

      金屬顏料是指含有金屬效果的顏料，一般有珠光顏料、鋁粉、銅金粉等。通過加入金屬顏料可以大大提高粉末涂膜的裝飾性。

對(duì)于金屬顏料，首先要檢測(cè)金屬顏料的粒度，粒度越大的金屬顏料，表面金屬閃爍效果越好，對(duì)底色的遮蓋越弱；反之粒度越小的，對(duì)底色的遮蓋力越強(qiáng)，光澤越柔和；然后要對(duì)加入金屬顏料的粉末涂膜進(jìn)行耐酸性、耐堿性以及耐砂漿性等性能的檢測(cè)。在金屬粉末的選擇過程中，在能滿足表面的裝飾效果下，盡量選擇耐化學(xué)性能較好的金屬顏料。

     2結(jié)語(yǔ)

      鋁型材用粉末涂料作為新型環(huán)保節(jié)能的涂料，近幾年已經(jīng)逐漸取代原本的傳統(tǒng)涂料。而要制造一種綜合性能優(yōu)異的粉末涂料，原材料的選擇是至關(guān)重要的。當(dāng)然，在原材料選擇過程中，在確保能滿足客戶對(duì)粉末涂料的性能要求下，盡量選擇無(wú)污染、無(wú)毒的原材料。從粉末涂料生產(chǎn)環(huán)保和涂裝使用人員的健康考慮，建議今后逐步減少TGIC固化劑的使用量，提高HAA固化劑的使用量，最后達(dá)到完全替代的目標(biāo)。