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不同固化體系對環氧粉末涂料性能的影響,中國建材網,cnprofit.com
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不同固化體系對環氧粉末涂料性能的影響
2021年01月22日    閱讀量:706    新聞來源:中國建材網 cnprofit.com  |  投稿

韓俊華、呂建、徐曉偉、白亞飛、王冰

桂林理工大學材料科學與工程學院有色金屬及材料加工新技術教育部重點實驗室


導讀

通過非等溫示差掃描量熱分析( DSC) ,熱重分析( TGA) 及物理力學性能測試研究了分別以雙氰胺、二氨基二苯基砜、線形酚醛樹脂為固化劑;


2-甲基咪唑為固化促進劑的環氧樹脂體系的固化行為,熱穩定性及其粉末涂料性能,并利用外推法求出不同固化體系的理論固化溫度。


引言

環氧粉末涂料是一種公認的高生產效率、優良涂膜性能、生態環保型、經濟型的4E 型涂料產品[1]。


粉末涂料的固化條件大多在170 ~ 200 ℃,個別高達200 ℃,時間20 ~ 30 min,存在烘烤溫度較高,時間較長的缺點中國建材網cnprofit.com。目前最常用的固化劑有胺類、酚類和咪唑類。


胺類固化劑主要使用的是雙氰胺,其固化條件為200 ℃ /30 min。酚類固化劑主要使用的是線形酚醛樹脂,但酚醛樹脂和環氧樹脂的反應活性差,一般需在200 ℃以上固化。


咪唑類固化劑雖然固化溫度低,但因為其高活性,導致產品的存儲穩定性降低。因此如何有效降低粉末涂料的固化溫度,減少固化時間,一直是粉末涂料行業所關注的問題[2]。


本文采用雙氰胺、DDS、PF 為固化劑,2-甲基咪唑為固化促進劑進行交叉實驗,得出綜合性能較好的低溫固化體系。


01 實驗部分

1.1 主要原材料


CYD - 014 ( E - 12) : 工業品,巴陵石化分公司環氧樹脂事業部; 雙氰胺: 化學純,上海邦成化工有限公司; 二氨基二苯基砜DDS: 工業品,上海馨晟試化工有限公司; 線形酚醛樹脂( PF) : 工業品,山東濟南圣泉化工有限公司; 2 - 甲基咪唑:分析純, 天津市科密歐化學試劑開發中心;GLP503、安息香: 工業品,寧波南?;瘜W有限公司; 鈦白粉: 工業品,日本石原。


1.2 主要儀器與設備


高速粉碎機DG - 120B,浙江省瑞安市春海藥材器械廠; 微型雙螺桿擠出機SJSZ - 10,武漢瑞鳴塑料機械有限公司; 真空干燥箱DZF - 6020,上海精宏實驗設備有限公司; 鏡向光澤度儀KGZ -1B、漆膜沖擊器QCJ,均為天津偉達試驗機廠; 綜合熱分析儀STA - 449、示差掃描量熱儀DSC -204,均為德國Netzsch 公司。


1.3 粉末涂料的制備與測試


基本配方見表1。稱量后使用高速粉碎機進行預粉碎,再用微型雙螺桿擠出機進行熔融擠出,待產品冷卻后,用高速粉碎機2 次粉碎,分級過篩。


即得不同固化體系的環氧粉末涂料。采用靜電噴涂,在一定固化條件下烘烤得到不同固化體系的涂膜,然后分別進行粉體與涂膜的性能測試。


表1 基本配方

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02 結果與討論

2.1 不同固化體系的DSC 測試


將不同固化體系的粉體采用非等溫示差掃描量熱法( DSC) 測試,分析DSC 曲線的主要參數[3]。熱分析條件: N2氣氛,不同升溫速率5,10,15,20,25 ℃ /min,溫度為30 ~ 280 ℃。


測量固化反應的起始溫度T0,峰值溫度Tp、終止溫度Te。不同固化體系的非等溫DSC 曲線如圖1 所示。

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由圖1 可以看出: 固化反應的放熱峰位置與升溫速率密切相關,隨著升溫速率的提高,體系固化反應的起始溫度和峰值溫度均升高,固化時間縮短,即單位時間產生的熱效應增大,固化反應放熱峰相應地向高溫方向移動。


以升溫速率φ 分別對T0、Tp、Te作圖,采用外推法至φ = 0,確定不同固化體系的固化溫度,所對應的溫度分別為理論凝膠化溫度( T0) 、理論固化溫度( Tp) 和理論終止溫度( Te) [4] 見圖2。


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由圖2 可以確定不同固化體系的理論溫度見表2。


表2 不同固化體系的理論外推溫度

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可以看出不同固化體系對環氧粉末涂料的固化溫度影響很大。其中雙氰胺體系固化溫度偏高為182 ℃,損耗能量較大,不符合商家要求標準。


DDS /2-甲基咪唑的固化溫度為131 ℃,但涂料的軟化點為110 ℃,兩者溫度相差不大,不利于固化過程中涂膜的流平,從而影響涂膜外觀與力學性能。


剩余固化體系的固化溫度為140 ~ 150 ℃左右,不僅增加了流平時間,同時也降低了固化溫度。


2.2 不同固化體系對固化產物熱穩定性的影響


不同固化體系的固化產物從50 ~ 700 ℃的熱重曲線見圖3,利用熱失重曲線可以分析固化產物穩定性[5]??梢钥闯霾煌袒w系熱失重曲線的主要參數如表3。


表3 不同固化體系熱失重曲線的主要參數

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由表3 可知所使用的4 種固化體系固化產物的起始分解溫度與熱失重最快的溫度相差不大,說明4 種固化體系對環氧固化產物的熱穩定性影響不大。

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2.3 不同固化體系對涂膜物理性能的影響


2.3.1 不揮物含量

稱出( 2. 0 ± 0. 1) g 粉樣,放入已稱重的鋁箔碟中。將鋁箔碟放入恒溫至( 105 ± 2) ℃的烘箱內烘1 h,達到時間后取出鋁箔碟,冷卻至室溫稱重,精確至0. 1 g。


按以下計算不揮發物含量:

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其中NV - 不揮發物含量,%; C - 加熱后碟和所存物的質量,g; A - 碟重,g; B - 粉樣重,g。


粉末涂料不揮發物含量是指粉末在規定溫度條件下烘烤一定時間后,由于揮發物的揮發而失重的比例,NV 值最好達到99. 6% 以上。由表4 可以看出雙氰胺與雙氰胺/2-甲基咪唑固化體系的NV 值較合適。


表4 不同固化體系的不揮發物含量

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2.3.2 光澤與沖擊性

將做好的粉末涂料涂膜按GB /T 9754—2007 的規定,采用光澤計,利用光反射原理,相對鏡向光澤度標準板,以60° 角對試樣光澤進行測試。


按GB /T 1732—1993 規定,以固定質量的重錘落于試板上而不引起漆膜破壞的最大高度( cm) 表示漆膜的耐沖擊性。


不同固化體系對涂膜光澤有不同的影響,在粉末涂料制造過程中加入活性不同的幾種固化劑,利用其化學反應活性的差異,固化速度的不同,造成不均勻收縮產生消光效應的結果也不同( 見表5) 。


表5 不同固化體系對涂膜光澤與沖擊性的影響

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由表5 可以知道DDS /2-甲基咪唑體系的光澤最差,主要是因為其固化溫度與軟化點溫度相差不大,導致流平時間變短,進而影響涂膜的外觀以及力學性能。


粉末涂料的涂膜耐沖擊性強度決定于成膜物的玻璃化溫度、交聯密度大和交聯固化程度。


從表5可以看出雙氰胺/2-甲基咪唑體系的沖擊性最好,說明樹脂與固化劑的固化反應最完全,涂膜耐沖擊性也最好。


2.4 不同固化體系對涂膜電性能的影響


表面電阻是施加在絕緣漆膜上的直流電壓與電極間表面傳導電流之比,是表征電介質或絕緣材料電性能的一個重要數據,表面電阻愈大,絕緣性能愈好。


本實驗采用行業標準HG/T 3331《絕緣漆漆膜體積電阻和表面電阻系數測定法》測試表面電阻( 見表6) 。


表6 不同固化體系對涂膜表面電阻的影響

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可以看出DDS 和PF 固化體系比雙氰胺體系的表面電阻少了兩個數量級,說明雙氰胺體系的絕緣性更好。


而雙氰胺與雙氰胺/2-甲基咪唑固化體系對比可以知道,兩者數據相差不大,綜合上述物理力學性能確定雙氰胺/2-甲基咪唑體系為最優固化體系。


2.5 E -12 /雙氰胺/2-甲基咪唑涂膜的性能測試


綜合固化溫度及物理力學性能可以得出雙氰胺/2-甲基咪唑體系為最優固化體系。將E - 12 /雙氰胺/2-甲基咪唑體系按固化工藝為160 ℃ /15 min 成型后進行性能測試。


E - 12 /雙氰胺/2-甲基咪唑體系所達到的性能為: 60°光澤≥83; 不揮發物質量分數為99. 75%; 附著力≤1; 沖擊強度≥50 cm;耐酸堿性≥24 h; 表面電阻1. 33 × 1012Ω; 所得數據都達到了商家提出的性能指標。


且在2 個月內粉體的流動性及固化溫度變化不大,對涂膜物理力學性能沒有較大影響,說明儲存期為2 個月。


03 結論

1) 利用外推法可以得到E - 12 /雙氰胺的理論凝膠化溫度( T0) 為163. 17 ℃,理論固化溫度( Tp)為182. 41 ℃,理論終止溫度( Te) 為207. 16; 


雙氰胺/2-甲基咪唑/環氧體系的3 個溫度分別為120. 38℃、142. 49 ℃、164. 85 ℃; 


DDS /2-甲基咪唑/環氧體系的3 個溫度分別為111. 22 ℃、131. 26 ℃和151. 35 ℃; PF /2-甲基咪唑/環氧體系的3 個溫度分別為121. 96 ℃、150. 6 ℃和176. 95 ℃;


2) 應用熱重分析( TGA) 可以看出4 個固化體系的起始分解溫度與熱失重最快的溫度相差不大,說明其熱穩定性基本一致;


3) 雙氰胺/2-甲基咪唑體系的綜合性能最好。


其固化工藝為160 ℃ /15 min; 60°光澤≥83; 不揮發物質量分數為99. 75%; 附著力≤1; 沖擊強度≥50 cm; 耐酸堿性≥24 h; 表面電阻1. 33 × 1012Ω; 儲存期為2 個月。


標簽:工業涂料,輔料與設備,涂裝應用,技術中心,粉末涂料,涂裝
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