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学术论文--粉末涂料用铁红颜料的有机表面处理

发布日期:2013年3月13日

 粉末涂料用铁红颜料的有机表面处理

道奇威(成都)科技有限公司   杜志武  610015

1、   前言

粉末涂料是一种不含溶剂,100%固体粉末状的涂料。粉末涂料因为具有不需溶剂、无污染、节省能源和资源、减轻劳动强度和涂膜机械强度高等优点,在我国的应用范围不断扩大。粉末涂料的施工工艺有热喷涂和静电喷涂。当前,绝大部分粉末涂料采用静电喷涂工艺。

 粉末涂料有两大类:热塑性粉末涂料和热固性粉末涂料。热固性粉末涂料是一种以合成树脂为基料,配以固化剂、颜料(如铁红颜料)、填料,经预混合、熔融挤出、粉碎、分级过筛而得到的配方材料,通过静电喷涂等方式涂覆于底材表面。目前市场上主要的几种热固性粉末涂料有:纯环氧、环氧-聚酯、纯聚酯、丙烯酸、聚氨酯等。热固性粉末涂料具有熔融黏度低、流平好、交联后形成不熔融的涂膜等特点,非常适用于性能技术要求较高的防腐蚀或装饰性工件表面,是目前市场上的主流产品。目前,我国热固性粉末涂料产量已经位居世界一。  

粉末涂料的应用领域有汽车配件(汽车发动机、底盘、车轮、滤清器、操纵杆、反光镜、雨刮器和喇叭等零部件的涂装)、建材行业(铝型材、铝合金天花板、防盗门、铝合金幕墙板等的涂装)、家电行业(洗衣机、冰箱、空调等)、家具行业(各种金属家具、如椅子、桌子)、包装行业(金属铁桶等)、运输行业(传输管道,船舶等)。 

氧化铁颜料因为具有价格低廉、无毒、易分散的优点,因此在粉末涂料中应用很普遍。

2、粉末涂料的组成及生产工艺

2.1 粉末涂料的组成

粉末涂料主要由合成树脂、固化剂、铁红颜料、填料和助剂组成。

配方示例:

聚酯:               90.0Kg

环氧:               100.0Kg

铁红颜料:             35.0Kg

氧化锌:               9.0Kg

流平剂:               0.2Kg

立德粉:               15.0Kg

添加剂:               4.0Kg 

2.2 粉末涂料生产工艺

1 )、预混合:预先把块状的物料破碎成一定粒度。

2 )、固化剂、促进剂、流平剂加入。

3 )、整个配方的成分混合分散均匀。
4
)、按所要求的粒度分布把混合分散物进行粉碎或造粒,然后进行分级。 

3、 粉末涂料对铁红颜料的要求

粉末涂料不是液态的,而是呈粉末状。粉末涂料的制造与传统的溶剂型涂料或水性涂料完全不同,其生产工艺和设备在很大程度上类似于塑料加工,在应用中也不需要溶剂参与。因此和传统涂料相比,对铁红颜料的要求也不同。粉末涂料对铁红颜料的要求主要如下:

3.1 分散性好,不易结块

易于分散是粉末涂料对铁红颜料的一项重要要求。粉末涂料中铁红颜料的分散无论在技术上还是在分散物料状态上都与液态涂料完全不同,没有可比性。经预分散的物料在熔融混合设备中滞留时间很短,体系粘度大,且各组分的流动性差,铁红颜料湿润非常困难。因此铁红颜料的易分散性变得尤为重要。

3.2 遮盖力强

粉末涂料的涂层厚度一般在4070微米范围内,只有铁红颜料具备优异的遮盖性能才能确保粉末涂料形成的涂层能够完全遮盖被涂物的底层。如果遮盖性不好,必然要喷涂厚些,或者进行多次喷涂,以确保遮盖完全。这样一来,必然增加喷涂时间,粉末用量以及固化时间加长,能源消耗增大,最终大幅度提高涂装成本。因此,良好的遮盖力可以减少喷涂厚度或次数,达到既节约成本,又有近似完美的外观效果。

3.3 热稳定性好

   铁红颜料的耐温能力必须高于在160℃,粉末涂料对铁红颜料的耐热性的要求是基于以下三点的考虑:

a)  铁红颜料在粉末涂料生产过程中的熔融混合工序需要在180℃以上的环境下进行;

b)  铁红颜料在粉末涂料的固化工序中在必须能耐受至少210℃,涂层加热熔融流平干燥过程大约持续1215分钟;

c)  在某些终端消费品表面(烤肉架,炉具等)的粉末涂料也要耐受极高的温度。

3.4 耐光耐候性佳

对于户外涂装领域,如船舶,汽车配件,幕墙配件等,粉末涂料由于长期暴露在强光环境下,所以会要求长效耐蚀性。比如要求具有不易褪色、抗粉化、物理性能要持久等性能。

3.5 吸油量低

吸油量越低,粉末涂料生产过程中润湿等量铁红颜料的载体树脂就越少,混合物体系的粘度就越小,混炼就越容易。这既有利于提高铁红颜料的着色能力,又能使混炼和捏合工序更容易进行,节约时间和能源。

4、粉末涂料用铁红颜料的有机表面处理

4.1 润湿分散性
  
铁红颜料分散性主要受分子间作用力,极性吸附,颗粒细度等因素影响。用于粉末涂料的铁红颜料的粒径一般在5微米以下。当把铁红颜料加入到树脂体系中时,由于临近粒子间的极性吸附和范德华力的作用,粒子有相互靠近,降低总比表面积和表面自由能的趋势,使铁红颜料颗粒容易团聚,极难分散开。 对于未进行表面有机改性处理的铁红颜料,在与树脂一起熔融混炼时 ,由于体系粘度大和铁红颜料的自团聚,很难将铁红颜料在树脂中分散均匀。 为了提高铁红颜料在高粘环境中的分散稳定性,必须消除或削弱其表面极性和降低其表面自由能,同时提高其表面的润滑性能。建议采用具有较低自由能和易于扩展润湿的硅烷偶联剂进行表面改性处理。这类有机硅处理剂一般具有较低的表面自由能,可提高铁红颜料与树脂的相容性,降低铁红颜料的表面张力以提高相容性;同时它还可以屏蔽铁红颜料表面的极性基团(如羟基),在铁红颜料表面生成位阻官能团,阻止铁红颜料颗粒相互靠近,增加团聚的难度,从而达到稳定分散的目的。

4.2 耐热性

   铁红颜料由于容易在高温时发生氧化,由二价铁向三价铁转化,颜色由红向灰再向黑转变。另外,铁红颜料表面包覆的改性剂自身的耐温性也是一个关键因素。比如常用的硬脂酸类、钛酸酯类改性剂,在150℃以上就开始分解变色,硬脂酸在180℃就碳化变黑。因此传统的有机改性剂不适合用于粉末涂料用途的铁红颜料的有机表面改性处理。建议选择一些含适当长度脂肪链的偶联剂来处理铁红颜料。这类偶联剂与铁红颜料反应后,其分解温度超过300℃,270℃以内不会发生颜色变化,即不会发生变灰或变黑。这类有机处理剂还可以参与粉末涂料的固化反应,进一步提高涂层的耐热性。

4.3 遮盖性

   对有机包膜处理而言,粉末涂料中铁红颜料的遮盖性主要取决于铁红颜料的分散性和颗粒粒径。一般来讲,铁红颜料的分散性越好,粒径越细,则遮盖力越高,反之亦然。建议采用有机改性的聚硅氧烷和硅烷偶联剂的复配物作为有机改性的处理剂,偶联剂可以提高铁红颜料的分散稳定性,有机改性聚硅氧烷可以降低铁红颜料颗粒的粒径和提高铁红颜料的粒径均匀性。

4.4 耐候性

   铁红颜料的耐候性主要由铁红颜料本身的内在品质所决定。有机包膜处理对其帮助不是特别明显。但是,由于有机硅材料本身具有非常好的耐候性能,用其包覆到铁红颜料颗粒表面后,可以在铁红颜料和树脂之间形成一道防护链,阻止或部分阻止氧气和水分接触铁红颜料,减少铁红颜料发生氧化反应的概率。因此建议选用耐候性好的有机改性聚硅氧烷作为铁红颜料的有机改性处理剂。 

4.5 吸油量

   吸油量主要由铁红颜料表面的孔隙率大小所决定,空隙越多,孔径越大,则吸油量高。有机改性处理是通过改性剂在铁红颜料表面的展开和吸附,在空隙表面形成一道屏障,阻止树脂浸入孔隙,从而达到降低铁红颜料的吸油量的目的。建议选用硅烷偶联剂作为改性剂,硅烷偶联剂具有多官能团,可以在铁红颜料表面发生交联聚合反应,提高包覆的致密度,从而尽可能的降低吸油量。

5粉末涂料用铁红颜料有机改性处理剂的推荐

   根据粉末涂料用铁红颜料的特定要求我们推荐使用PT-04无机粉体改性剂,它是纯有机硅材料生产,不含有任何传统有机物成分,它是有机改性聚硅氧烷和硅烷偶联剂预聚物的复合物,其主要成分为含活性羟基的聚硅氧烷、非反应脂肪链基的聚硅氧烷、烷烃类硅烷偶联剂。

5.1  PT-04无机粉体改性剂的作用机理

    PT-04无机粉体改性剂主要是通过有机硅高分子中的硅氧烷基与二氧化钛之间的氢键化学吸附以及有机硅分子上的羟基/烷氧基与铁红颜料表面的羟基进行化学缩合反应或取代反应,在铁红颜料的表面形成均匀、致密而牢固的有机硅膜层。该膜层可以消除或削弱铁红颜料颗粒间的极性吸附,同时在铁红颜料颗粒间形成位阻官能团,防止铁红颜料颗粒的团聚;同时该膜层还具有很好的润滑性,耐候性,热稳定性和后续反应性,可以明显提高铁红颜料在各种分散介质中的润湿分散性能,增加铁红颜料的光化学稳定性。

5.2  PT-04无机粉体改性剂的特点

a)  在铁红颜料表面形成一层可交联的有机硅膜层;

b)  提高铁红颜料的分散性和降低吸油量;

c)  提高铁红颜料光彩度和颜色鲜艳度

d)  增加铁红颜料的干粉流动性;

e)  改善加工性能,提高与应用体系的相容性;

f)  提高铁红颜料的防潮性能。

g)  极佳的储存和使用安定性。

5.3  PT-04无机粉体改性剂的使用方法

    PT-04无机粉体改性剂在铁红颜料中的推荐添加量为0.5-1.5%。添加方式有干法和湿法两种,需要根据工厂自身的工艺条件而定。

5.3.1 干法添加:

在最后的粉碎工序(比如气流粉碎、雷蒙粉碎、球磨机粉碎等),采用计量滴加或喷雾射入的方式加入到粉碎设备中,在粉碎工序完成有机改性处理。

5.3.2 湿法添加:

以水为介质,加入改性剂,再加入铁红颜料,进行打浆处理,然后烘干,再粉碎。

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