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            鋁型材用粉末涂料表面形成“水斑”現象的研究

            1前言

            粉末涂料是一種100%固體粉末態涂料,形成的涂層堅硬耐用,裝飾性優良。粉末成膜是在熔融狀態下靠樹脂等材料的流動并相互粘連而成。當體系熔融黏度高時,限制了其自由流動,會影響外觀流平,導致輕微橘皮產生。形成良好的涂膜,改善粉末涂料流平性,一直是粉末涂料界所關注的重點。漆膜的缺陷多發生于成膜和使用過程,漆膜缺陷如縮孔、桔皮、刷痕、溝槽狀、魚眼狀、水斑、魚刺狀和棱角狀等,都與涂料的流平性、表面疏水性、致密性密切相關。優化配方設計,改進設備和施工工藝,提高粉末涂膜的質量,對克服粉末涂料缺陷具有重大的現實意義。

            在粉末噴涂鋁型材門窗的工程應用案例中,型材在揭下保護膜后涂膜表面出現目視可見的亮斑或水印,一般稱之為“水斑”,許多廠家將此類情況全歸于保護膜的質量問題,往往會導致解決問題的方向錯誤,問題得不到解決,甚至產生不必要的糾紛,對相關各方均產生了很大的損失。涂膜在不同的因素影響作用下,它們能夠吸收和包容水分,會很容易使涂層表面出現“水斑”現象,影響粉末涂層的外觀效果,導致質量糾紛,本文就某些砂紋粉涂膜容易產生的水斑現象,探討了粉末配方對水斑產生的影響,涂膜產生水斑的檢測方法及通過更改粉末配方設計方案而有效解決水斑產生的方法。

            2試驗方法介紹

            國內鋁建筑行業關于粉末涂料“水斑”質量方法一直是空白的。本文參考德國認證規范GSBAl631-2013《鋁建筑組件涂層國際規范》中第7部分測量和試驗方法第16條包含水斑檢測的方法,具體步驟為:

            (1)將5層直徑55mm的圓形定性濾紙(標準規定為Whatman公司,編號為Kat.Nr.1001-055的定性濾紙),疊在一起,放在已測定色差值的試樣表面;

            (2)滴1.5ml±0.1mL蒸餾水。然后用表面皿蓋住樣品,用3M公司ScotchSuper33+膠帶封住表面皿邊緣防止蒸汽漏出(采用密封玻璃膠比較實用);

            (3)將蓋有表面皿的樣品放入在58±2℃的恒溫箱中,保持4小時+5分鐘;

            (4)冷卻15分鐘,取下表面皿和濾紙;

            (5)在23±2℃的室溫條件下,狀態調節24小時。

            (6)評定濾紙遮蓋部分和未遮蓋部分的色差。既可以采用色差儀測定,遮蓋部分和未遮蓋部分需分別測量三個點對照,也可以由專業人員目視測定,本文參照GB/T11186.2、GB/T11186.3的規定采用色差儀測量試驗前后涂膜的色差值。

            3綠色砂紋粉末試驗

            3.1制作試驗粉末板

            按照不同配方同一生產工藝制作5種綠砂紋粉末,使用同一工藝噴涂固化,底板為相同工藝鉻化后的H24鋁板,以上5種粉末配方組成及噴涂后樣板外觀如表1所示。

            3.2檢驗

            制作好的樣板按照耐水試驗方法進行檢驗,各配方樣板試驗后見

            3.3綠砂紋粉末試驗結果及原因分析

            從1-5配方的粉末外觀看,粉末的相容性太好,不能很好地在涂膜表面形成新的界面,形成不了必要的流平來抵抗低壓蒸汽作用;相容性太差,不可能均勻地分布在涂膜表面,會相互聚集在一起,會使涂膜光澤下降,出現霧影、縮孔等不良的副作用,“水斑”現象也無法改善。只有理想受控的相容性,才會在涂膜表面形成新的界面層,形成致密涂層,起到抗低壓蒸汽的作用。如圖2所示。

            配方1和配方2樹脂份相同,但配方2增加了顏料份,提高了粉末的遮蓋力,結果涂膜耐低壓蒸汽試驗后,色差△E由6.25縮小到了3.42;配方2和配方3樹脂份相同,但配方3在配方2的基礎上再增加了顏料份,進一步提高了粉末的遮蓋力,結果涂膜耐低壓蒸汽試驗后,色差△E由3.42縮小到了1.22.增加樹脂及固化劑用量,可以提高對顏料、填料的潤濕性和包裹度,對涂膜耐蒸汽性有明顯的提高;配方4相對配方3,在其他成分不變的情況下,提高了樹脂份和固化劑含量,涂膜耐低壓蒸汽性有明顯改善,色差△E由1.22降為0.73.但還不能夠徹底解決因低壓蒸汽導致涂膜色差問題;配方4與配方5配方結構相同,配方5添加了改性劑,改性劑是表面含有疏水性基團、反應性基團的納米級助劑材料,平均粒徑0.2um。納米顆粒在應用前經過了很好的表面處理,納米顆粒能夠在涂膜中起到良好的均勻分散,見圖3所示,便于在漆膜中形成良好的邊界相與反應性顆粒改變體系的交聯密度、疏水性、提高涂膜表面的硬度與水的接觸角,更好地解決了砂紋粉末耐低壓蒸汽性,色差△E由0.73縮小到了0.44。

            獲得界相的納米粒子通過表面改性使得表面具有極性錨定基團,該極性基團是含有功能性的聚合物,能夠改變納米粒子表面極性以及電荷狀態,使得納米顆粒能夠在涂膜中得以均勻分散并被很好穩定,并且防止絮凝,從而使得表面改性的顆粒形成了整體效應,又被稱為邊界相以及邊界相效應,這樣納米顆粒在漆膜中均勻分散,通過邊界相的作用使得整個漆膜的硬度沒有受到影響,但提高了整個涂膜的彈性,從而提高了漆膜的抗刮傷性能。表面致密性大大提高,耐水性大大提高。

            反應性顆粒納米粒子通過表面改性使得表面具有極性錨定基團,該極性錨定基團帶有反應性官能團,通過表面改性穩定納米顆粒,并且阻止絮凝,同時表面帶有反應性官能團的成分與樹脂發生交聯反應,相容性大幅度平衡,提高了涂膜的交聯密度,增加了漆膜的硬度,從而改進抗刮擦性能及低壓耐蒸汽性性能。

            4棕色砂紋粉末實驗

            4.1制作試驗樣板

            步驟同綠色砂紋粉一致,5種粉末配方組成及噴涂后樣板外觀

            4.2檢驗

            制作好的樣板按照耐水試驗方法進行檢驗,各配方樣板試驗后。

            4.3棕砂紋粉末試驗結果及原因分析

            不同的樹脂廠家,其材料的配方不同,TG也不同,導致粉末涂料不同的交聯密度,所以配方1、配方2、配方3有著不同的抗低壓蒸汽性能,粉末涂料樹脂的玻璃化溫度(TG)、熔融溫度決定了粉末涂料的流動性能與貯存穩定性,這也與相對分子質量及其分布有關。要獲得較好的涂膜,樹脂的相對分子質量分布越窄越好。相對分子質量分布過寬意味著存在相對分子質量過小或過大的樹脂,不能與涂料的其他組分很好地相融,在這樣的條件下高溫烘烤時,涂層間的混融性不好,涂層的表面張力就達不到平衡,微粒間的作用力將產生排斥或收縮的運動,而熔融流動時間是有限的,它們之間不可能有充分的流平時間,隨著涂膜的固化,涂膜表面會出現縮孔、橘皮等缺陷。因此,應選擇熔融黏度低、粉末涂料膠化時間長、熔融水平流動性大的樹脂;但是從涂膜物理機械性能來說,流平時間短而交聯固化時間長的機械性能較好,二者應兼顧。

            配方4、配方5不同的顏料有著不同的表面耐水性能,其主要原因是不同顏料在粉末涂料體系中的潤濕分散性不同,而且由于顏料吸油量、化學結構的差異,使得它們對粉末涂料的熔融黏度和化學反應活性也有不同的影響,使粉末涂料膠化時間和熔融流動性產生差別。如果漆膜的表面張力低于涂料和顏料的臨界表面張力,則顏料的濕潤情況就好,分散也就好。不同的熔融流動水平,表面平整性不同,孔隙率致密性不同,都直接影響涂膜抗低壓蒸汽性能。

            配方5、配方6不同改性劑的添加量、粉末粒度都影響了涂膜耐水性。涂膜的表面外觀還受粉末粒徑的大小及分布所影響。粒子越小,其熱容量越低,熔融所需時間也就越少,從而可較快聚結成膜進而流平,產生較好的外觀;而大的粒子熔融所需時間較小粒子要長,產生橘皮的機率也就越大。粉末粒徑也是粉末涂料極其重要的一個質量指標,它影響著產品的外觀質量、粉末上粉率、穩定性及機械性能等粉末涂料制作其實是一個閉環結構工藝,每一個點(原料:樹脂、固化劑、顏料、填料;工藝:擠出、研磨、粒度等)都需要專業的人員、嚴謹的流程控制,才能夠達到最佳的效果。磨粉工藝粒度不同,我們發現色差、抗低壓蒸汽變色能力不同。因此我們不但從原料改進,更要注重制粉工藝。

            6結論

            粉末涂料的配方結構、樹脂、助劑、顏填料、顏基比、遮蓋力等因素,影響了鋁型材用粉末涂料表面“水斑”現象的產生。通過改變樹脂含量及固化交聯密度、顏料耐水性、涂膜的遮蓋力、助劑的疏水性等方面,提高了粉末涂層的耐濕熱、抗滲水能力,能有效解決解決鋁型材用粉末涂料表面“水斑”現象,使鋁型材噴粉涂膜對嚴酷環境的適應性更強。

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