耐高温粉末涂料的配方设计

赵广林 濮建国 仇亚波  常琳茹 (上海常江化学有限公司,201111)

摘   要:介绍了耐高温粉末涂料的配方设计及工艺流程。讨论了高温下涂膜的色差,光泽和耐冲击性的变化情况。

关键词:粉末涂料;耐高温;涂膜性能

中图分类号:T0 637.6

文献标识码:A

文章编号:0253-4312(2003)05-0021-03

环保型涂料已成为21世纪的重要发展方向之其中省能源、低污染的粉末涂料将处于重要的地位,开发功能性的耐高温粉末涂料也将成为必然趋势。耐高温粉末涂料是一种特殊的功能性涂料,它不仅具有普通涂料的性能,而且具有耐热性、耐腐蚀性和耐候性等,广泛用于烧烤炉、暖风机、大功率灯饰暖气管道、热风炉、消音器、烘箱、高温炉、摩托车排烟管、烟囱等多种耐高温设备。随着科学技术的飞速发展,耐高温粉末涂料以其独特的环保性、安全性、利用率高和性能佳等诸多优势,将逐步取代传统的耐高温涂料。

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1 试验部分

1.1 原材料

改性树脂、固化剂、流平剂、空心微粉、滑石粉、云母粉、耐高温颜料、消泡剂、助剂等。

1.2 试验设备及仪器

预混合机、计量仪、双螺杆挤出机、微细磨粉机(ACM)、高温烤箱、喷涂设备、冲击仪、光泽仪、色差仪、铅笔划痕硬度仪等。

1.3配方设计

耐高温粉末涂料的试验配方(g)如下:

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1.4 工艺流程

将树脂、固化剂、颜料、填料和助剂等,按配方称量,加入高速混合机内进行预混合。混合后的物料送到熔融挤出机的料斗,使各组分熔融挤出混合,分散均匀。熔融混合后的物料,通过冷却压片机压成薄片,同时进行冷却。冷却后的薄片通过轧辊机时,粉碎成小片状。这种小片状物料输送到空气分级磨进行细粉碎,过筛后即为成品粉末涂料。其生产工艺流程见图1。

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1.4.1 物料的预混合

为使配方中各组分分散均匀,在熔融挤出前进行预混合,所用设备为高速混合机。依配方量称取各物料,然后将其加入混合机内,封好顶盖;混合时间4 min;混合机转速500 r/min;工作温度 20~30℃

1.4.2 熔融挤出

为使粉末涂料中各组分充分分散均匀,在经过预混合后,还要进行熔融挤出,这是粉末涂料制造中最为关键的工序。

挤出机的温度设定:I区65~75℃;Ⅱ区 90~100℃:螺杆转速 800~1000r/min;所用设备为双螺杆挤出机。

1.4.3 冷却和粗粉碎

从挤出机挤出的物料为粘稠状,温度高于所用树脂的软化点。为防止树脂与固化剂的过早交联,需尽快冷却(常用冷却辊简冷却法)。为了方便下一工序细粉碎的操作,需对冷却的薄片进行粗粉碎,有利于所制粉末涂料更均匀。

1.4.4 微细粉碎

经过粗粉碎后的小片状物料,通过微细粉碎设备粉碎成适用于粉末静电喷涂所需的粒径和粒度分布,所用设备为空气分级磨(ACM磨)。

所用网筛160目:粉末粒径D.控制在32mm左右,在磨粉时加入 0.1%的气相二氧化硅。

1.5 固化成膜

喷枪电压50~70 kV;雾化气压0.4x105Pa;出粉气压 1.5x105Pa;样板选用 0.5 mm 厚的冷轧钢板,并经喷砂、除油处理(尽量不磷化处理);固化条件:230℃/30 min。

1.6耐高温粉末涂料的性能指标

耐高温粉末涂料的性能指标见表1。

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2 结果与讨论

2.1高温下涂膜性能的变化

涂膜色差变化见图2。高温下,涂膜光泽变化见图3。高温下涂膜耐冲击性变化见图4。

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由图2、3、4可见,耐高温粉末涂膜长期耐热可达450℃以上,完全可以应用于耐高温场合。随着烘烤温度和时间的增长,涂膜性能有轻微下降,在300℃1h和500℃/10h时,涂膜性能有较大变化。涂膜从固化到 300℃烘烤时,小分子挥发殆尽,高分子中一些不稳定基团也可能发生变化。在500℃/10h烘烤后,涂膜中有机部分炭化,在此条件下涂膜性能会有突变,此后涂膜性能变化甚微。

2.2 配方中各组分所起的作用

对耐高温涂料来说,作为基料的树脂应具有很高的热分解温度,应选用特殊的改性树脂;填料是耐热涂层的骨架,可大大提高涂层的许多性能。不同的填料在涂层中所起的作用各异,如滑石粉、空心微粉、石英粉、云母粉等,具有较高的耐热性、耐化学介质性耐辐射性、不燃性等。单独使用树脂或填料不能达到耐高温的目的,只有二者配用才行。另外,多种填料配用可获得综合性能好的涂料。云母粉的片状结构可提高涂层的致密性,防止水分渗入,且提供优良的耐热性、耐水性、耐酸碱性及良好的电绝缘性;滑石粉的细颗粒结构,可提高涂层的硬度、耐候性、耐腐蚀性;空心微粉的粗颗粒结构,可提高涂层的硬度、耐热性、耐磨性等。它们的微观结构不同,三者配用可获得理想的抗开裂性。填料的添加量越多,涂膜的耐热性、耐候性、耐腐蚀性等性能越好,但粉末的上粉率变差,涂膜的外观也相应变差。试验表明,填料添加量为配方总量的50%时,其综合性能最佳。

2.2.1 滑石粉(3MgO4·SiO2·H2O)

此配方中滑石粉为微细级,粒度为5wm左右呈白色或淡黄色的镁硅酸盐,化学性质不活泼,有滑腻感,相对密度 2.7~2.8 /cm3,滑石粉可耐酸碱、耐热及绝缘等,同时可提高涂膜的硬度、耐候性、耐腐蚀性等。

2.2.2 云母粉

云母粉的组成十分复杂,含有不同的金属盐,有不同的光泽,通常有白云母和金云母,白云母[铝硅酸钾盐分子式KAl2(A1Si3O10)3(OH)2],色白亮,相对密度2.7~3.1 g/cm3;金云母[铝硅酸钾镁盐,KMg3 (A1Si3O10(OH)2]为黄色至深棕色,相对密度 2.75~2.90g/cm3。云母粉可提供优良的耐热性、耐水性耐酸碱性及良好的电绝缘性。本试验选用白云母。

2.2.3 空心微粉

是一种无机多功能性材料,其主要成分为SiO2和 Al2O3,粒径在15 ~17 um 左右,密度 1.0~1.7 g/cm3,外观为灰白色,干粉流动性好,为中空、有坚硬外壳的球体结构。它具有优异的耐候性、耐腐蚀性和抗化学品性,其耐热可达1000℃以上。是良好的耐高温涂料用填料,可增加涂膜硬度、耐热性、耐磨性等。

另外,涂膜厚度应控制均匀、合理。涂膜厚度越厚,越易开裂;若过薄,则无法完全遮盖底材,且达不到理想的耐高温、耐腐蚀等性能。一般情况下,涂膜厚度控制在 50 um 比较合理。


参考文献

[1]南仁植等、粉末涂料与涂装技术.北京:化学工业出版社,

[2]朱骥良.吴申年.颜料工艺学.北京:化学工业出版社

[3]赵继华.涂料工业,2002,(11):22~23.[4]中化化工标准化研究所.涂料与颜料标准汇编.上册.北京:中国标准出版社,2002、


作者简历:赵广林,男,太原理工大学高分子材料科学与工程专业96届本科毕业。参加工作至今一直从事粉末涂料方面的研发工作。

《涂料工业》第 33卷第 5期 2003年 5月


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