润湿促进剂对粉末涂料玻璃化转变温度的影响研究

王永垒李海云洪小平杨志萍方向宏商永嘉方红霞2

(1.黄山学院化学化工学院,黄山245041;黄山华惠科技有限公司博士后工作站, 黄山245061;安徽师范大学博士后流动站, 芜湖 241003;安徽省粉末涂料助剂工程技术研究中心,黄山 245061;2.黄山学院化学化工学院,黄山 245041;3.黄山华惠科技有限公司博士后工作站,黄山245061;安徽省粉末涂料用助剂工程技术研究中心,黄山245061;4.安徽师范大学博士后流动站,芜湖 241003)

摘要:研究了影响粉末涂料用润湿促进剂玻璃化转变温度的主要因素,探讨了润湿促进剂对粉末涂料玻璃化转变温度的影响规律。结果表明,不同厂家生产的润湿促进剂,其玻璃化转变温度差异明显,通过调节润湿促进剂的分子量及共聚硬单体的种类可以调节其玻璃化转变温度。同时,润湿促进剂自身的玻璃化转变温度及添加量对粉末涂料的玻璃化转变温度均有影响。

关键词:润湿促进剂,粉末涂料,玻璃化转变温度,分子量

粉末涂料作为一种新型的100%固体涂料,在生产和使用过程中,优良的储存稳定性对产品来说是非常重要的。
储存稳定性的好坏与粉末涂料自身的玻璃化转变温度密切相关。当外界温度高于粉末涂料的玻璃化转变温度时,粉末涂料就会逐渐变黏,粉末之间相互粘结,形成大块状物质,给粉末涂料的应用带来了很大的问题。 
粉末涂料主要是由树脂固化剂流平剂、润湿促进剂、颜料、填料等原料组成的,其中润湿促进剂作为主要添加助剂。
对粉末涂料中的极性添加物(如颜料、填料)及被涂基材(如铁、等金属)具有良好的润湿作用,在粉末涂料配方中,增加润湿促进剂可以改善流平和粉末涂料对基材的润湿效果。
但是,增加润湿促进剂的用量,粉末涂料玻璃化温度也随之降低,储存稳定性也随之下降,气温高就不可避免会出现结块情况,对粉末涂料的生产和使用造成很大的浪费。
根据粉末涂料的原料组分性能,本研究对影响润湿促进剂玻璃化转变温度的因素及其对粉末涂料玻璃化转变温度的影响进行了探讨,分析其玻璃化转变温度对粉末涂料抗结块性能的影响程度,为粉末涂料的生产配方设计提供实验依据。
1、实验部分
1.1 原材料与设备

5/5聚酯树脂(工业品),安徽神剑新材料股份有限公司;E-12环氧树脂(工业品),安徽恒远化工有限公司;高光钡(工业品),上海威亿实业有限公司;TiO2(工业品),潍坊恒泽化工有限公司;流平剂和润湿促进剂,均为工业品,黄山华惠科技有限公司。
小型双螺杆挤出机(SJSZ51),青岛新锐塑料机械有限公司;沥青软化点测定仪(SYD-2806G),上海昌吉地质仪器有限公司;差示扫描量热仪(DSC 8000),珀金埃尔默仪器(上海)有限公司;超高效聚合物色谱(APC,ACQUITY ABCTM),美国沃特世公司。
1.2 产品合成
取一定量的甲作为溶剂,加入所需要的丙烯酸类单体,升温并加入适量的偶氮二异丁腈(AIBN)作为引发剂,在回流温度充分反应4h,升温脱除溶剂后放料即可得到粉末涂料用润湿促进剂产品。
1.3 制板方法
通过选择同样的原料组分和配方进行测试挤出机螺杆转数30Hz,进料速度30Hz,挤出温度一区为90℃、二区为105℃,用180目的筛网过筛并取样品进行相关测试。实验中使用粉末涂料配方见表1。


  1.png

2、结果与讨论
2.1 不同厂家的润湿促进剂对比

分别选择4家公司生产的润湿促进剂产品进行对比,样品分别为标记为A、B、C、D,对其玻璃化转变温度及软化点进行分析测试并比较其差异,结果见表2。  

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从表2可以看出,不同公司合成出的润湿促进剂产品,其玻璃化转变温度和软化点有明显差异,润湿促进剂产品的合成原料相近,但不同公司的生产工艺均有区别。
产品的玻璃化转变温度及软化点出现差异性,这些差异将会对粉末涂料成品的玻璃化转变温度产生影响。
2.2 分子量对润湿促进剂的影响
分别筛选出同一厂家不同分子量的润湿促进剂来研究分子量对其玻璃化转变温度的影响规律,结果见表3。 

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从表3可以看出,对于同一厂家、同样原料配方的润湿促进剂来说,分子量的差异对其玻璃化转变温度影响很大,随着平均分子量的增大,润湿促进剂的玻璃化转变温度增加较快。
因此,对于粉末涂料用润湿促进剂厂家来说,可以根据季节的变化来调节其分子量的大小,以便得到更加适合粉末涂料用的润湿促进剂产品,提高粉末涂料的抗结块性能。 
2.3 硬单体品种对润湿促进剂玻璃化转变温度的影响
润湿促进剂的合成一般是使用软硬系列的丙烯酸类单体进行搭配共聚,得到指标和应用性能都适中的共聚物,在保证润湿促进剂平均分子量相对稳定的情况下,为了提高润湿促进剂产品及其粉末涂料的储存稳定性。
各厂家通常是通过加入适量硬单体的方法来提高其玻璃化转变温度,以添加量占总共聚单体量的5%(wt,质量分数,下同)来计,常见的硬单体品种对润湿促进剂玻璃化转变温度的影响见表4。


  4.png

从表4可以看出,对于不额外添加任何硬单体的润湿促进剂产品来说,它的玻璃化转变温度在47.7℃,随着不同品种的硬单体参与共聚,润湿促进剂产品的玻璃化温度呈现升高趋势,升高的程度与参与共聚的硬单体品种有关。
因此,相关厂家可以通过添加硬单体共聚的方式来获得具有满意玻璃化转变温度的润湿促进剂产品。 
2.4 润湿促进剂对粉末涂料玻璃化转变温度的影响
在添加量为1%的条件下,使用不同生产厂家的润湿促进剂产品,由于这些产品玻璃化转变温度存在着差异,研究其对各自粉末涂料的玻璃化转变温度的影响规律,结果见表5。

5.png

从表5可以看出,不同厂家生产的润湿促进剂产品,其玻璃化转变温度也是不同的,在同样添加量的情况下,最终制备的粉末涂料的玻璃化转变温度Tg也是不同的。
对应的规律是使用的润湿促进剂的玻璃化转变温度Tg越高,粉末涂料的玻璃化转变温度也相应越高。
因此,在制备粉末涂料的时候,可以通过选用高玻璃化转变温度的润湿促进剂来提高粉末涂料的玻璃化转变温度,以提升其储存稳定性。
2.5 润湿促进剂添加量对粉末涂料玻璃化转变温度的影响
玻璃化转变温度对粉末涂料的储存稳定性及使用方法都有一定的影响,在实验中,使用高玻璃化转变温度的润湿促进剂作为原料,来研究其不同的添加量对粉末涂料玻璃化转变温度的影响,结果见图1。

6.png

从图1可以看出,润湿促进剂的加入量对粉末涂料的玻璃化转变温度有明显的影响,随着润湿促进剂加入量的增加,粉末涂料的玻璃化转变温度呈现逐渐下降的趋势。
因此,对于粉末涂料配方设计来说,要针对不同季节对粉末涂料所用润湿促进剂的添加量进行调整,在气温较高的夏季,可以适当降低润湿促进剂的添加量以提升粉末涂料的玻璃化转变温度,以便提高粉末涂料的储存稳定性。
3、结论
(1)不同厂家生产的润湿促进剂,由于配方及工艺的差异,其玻璃化转变温度是不同的。通过调节润湿促进剂的分子量及共聚硬单体品种可以调节润湿促进剂产品的玻璃化转变温度。
(2)在对涂膜其他性能影响不大的前提下,选用玻璃化转变温度较高的润湿促进剂,有利于提高粉末涂料的储存稳定性。同时,润湿促进剂的用量增加会降低粉末涂料的玻璃化转变温度,可以为粉末涂料的配方设计提供依据。


文章发表于《化工新型材料》2017年08期


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