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纳米CaCO3用作粉末涂料疏松剂的探讨

       

  慧聪表面处理网讯:摘要:本文论述了将不同规格纳米CaCO3按照不同施加方法添加到不同型号的粉末涂料中,分别对比观察其对粉末涂料的流动性、储存稳定性以及抗结团结块性的作用效果,同时,还探讨了纳米CaCO

  如何防止粉末涂料的结块和改善粉末涂料的松散性,是一个综合性问题,任何单一方法都不能同时有效解决上述问题,过度使用一种方法还会给粉末涂料带来其它弊病。使用多种方法进行科学的配合才能有效防止粉末涂料的结块。在成本控制内,让各种材料组合达到最佳平衡,应该从多角度着手:

  改善粉末涂料的配方:提高树脂的分子量,即提高树脂的软化点或玻璃化温度(只能在一定程度上调整,因为这种调整在某种程度上会影响粉末涂料的流平);加入疏松剂,如气象二氧化硅(白炭黑)或氧化铝;

  目前粉末涂料行业最常用的松散剂(疏松剂)是纳米级的氧化物或氢氧化物,例如二氧化硅、氧化铝、二氧化钛、氢氧化铝等无机化合物。这些化合物粒径比较小,比表面积大,不仅可改进粉末涂料的松散性,提高粉末涂料的储存稳定性,还可以改善供粉桶中粉末涂料的流化性能。纳米碳酸钙作为纳米级化合物,来源比较丰富,价格低廉,可将其作为松散剂使用作为课题进行探索。本次试验主要围绕疏松剂对粉末涂料松散性及其储存稳定性的影响展开研究。分别选择不同规格的纳米碳酸钙,按照不同添加量、与其它疏松剂复配、不同添加方式等设计方案进行试验,具体的试验过程如下所述。

  粉末涂料:郎法博粉末涂装科技有限公司生产的粉末涂料F9019H、B9153A、B9158A三种型号粉末涂料各需的原材料、各型号的现成片料、各型号磨粉过筛后的成品。

  疏松剂:淄博嘉泽纳米材料有限公司提供的纳米CaCO3;北京博宇高科新材料技术有限公司提供的纳米CaCO3;淄博白云纳米材料科技有限公司提供的纳米CaCO3;上海善博实业有限公司提供的德固赛气相SiO2;上海海逸科贸有限公司提供的纳米氧化铝C等。各材料的粒径及比表面积见表1。

  內挤方法:按照配方分别称取原材料与设定加量的疏松剂混匀后,经挤出机一起挤出得到片料,磨粉过筛得到样品;

  加速储存稳定性试验测试标准:GB/T21782.8-2008/ISO8130-8:1994。具体如下:将样粉放入试管中,瓶盖压紧,置于40℃烤箱,放置若干天后(15天,28天等),观察粉体的结团结块情况。

  以下表2为对F9019HF型号的粉末涂料按照配方分别称取各原材料后与不同型号及加量的纳米CaCO3一起经挤出机挤出得到片料后磨粉过筛得到粉末涂料(內挤法)和制备涂膜所做测试的结果分析。

  分析表2试验结果,当纳米CaCO3按照內挤方式施加时,其对粉体的流动性并未作出贡献:甚至低于空白对比粉末涂料的流动性;与1#空白粉末涂料相比,加入纳米CaCO3后,试样粉末涂料的胶化时间略有缩短,但其对膜厚及光泽度的影响不是很明显。

  在B9153A的片料中分别加入1%、2%、3%的纳米CaCO3疏松剂,采用咖啡磨进行破碎分散混匀,得到样品后做粉末涂料流动性试验,所得结果如表3所示。

  样粉备好后,24小时后做了流动速率的测定。分析数据,1#空白对比粉末涂料的流动值为159.8g,除了白云纳米碳酸钙加量为1%的样粉结果偏低以外,其它样粉结果显示,加入纳米碳酸钙后均能较明显得提高粉末涂料的流动值。四种不同规格的纳米CaCO3效果相比而言,淄博嘉泽CaCO3的流动值最高。

  经过15天的常温储存,第二次侧流动值,除了9、10#样品变化比较大(其中,9#流动值降低了15.3g,10#流动值降低了9.3g),其余各样品的两次流动速率上下浮动较小,均比较稳定。尽管如此,四种规格纳米CaCO3中,仍是施加嘉泽纳米碳酸钙的样粉流动值保持较高水平。

  经过28天后,第三次测流动速率,发现空白对比的流动速率相对保持比较稳定,但仍是最低值。施加不同纳米CaCO3的样品,比第二次测得的结果均有不同程度的下降。不难看出,相对来讲,嘉泽纳米CaCO3对流动性作用效果最好。

  在上述试验结果基础上,我们又采用另一个型号粉末涂料做了疏松剂复配的试验,以下所列样品,疏松剂的加量均为2%,具体主要做了粉体流动性测试,结果与分析见表4所示。

  当不加疏松剂时,即空白对比(1#)的流动性最差,且在第三期(15天)时,粉末似受潮的面粉,且易粘底,在气压作用下流化缓和,不是正常的沸腾现象;

  在所有试样流化时,沸腾现象按剧烈程度排序为:3#B9158A+(嘉泽CaCO3:气相SiO2=95:5>4#B9158A+(嘉泽CaCO3:纳米Al2O3:气相SiO2=95:2.5:2.5)>2#B9158A空白基料,说明当采用疏松剂复配时,施加纳米CaCO3的量一定时,复配气相SiO2对流动性起效应比复配纳米Al2O3所起效应好,且当复配疏松剂总量一定时,纳米CaCO3所占比例较大,粉体流动性越好。

  对于B9158A系列(咖啡磨外加)在40℃烤箱中加速储存若干天后(28天),以下所列样品,疏松剂的加量均为2%,粉末涂料的加速储存稳定性试验结果如下表5所示:

  从上表5试验结果分析,空白粉末涂料(1#)在加速储存稳定性试验后,粉末涂料难以流化,易结团;而施加纳米CaCO3的粉体则均易倒出。

  将F9019HF片料与设置好的疏松剂一起放入ACM空气分级磨进行磨粉,过筛,得到样粉。对粉体进行储存稳定性试验后所得结果如果1中所示。

  由图1的照片说明,在40℃加速储存半个月后,不难发现,加入纳米CaCO3对粉体的抗结团结块性起到很好的作用:当纳米CaCO3加量为3%(2#)时,粉体的松散性最好,其次是纳米CaCO3加量为5%的粉体,而1#空白对比的松散性明显不好,有明显结块现象。

  为了更进一步证明上述试验的可信性,我们重复做了B9158A系列粉体的相关试验。以下所列样品,疏松剂的加量均为2%,表6所列为流动性测试结果。

  刚做出的粉末涂料,空白粉末涂料的流动值是最小的,施加纳米CaCO3的粉体流动值普遍较高,且其对外观流平性贡献很好。

  在常温储存7天以后,各粉体的流动值均有所下降,且施加纳米CaCO3+纳米Al2O3或者纳米CaCO3+气相SiO2的助剂对流动性作用效果比较好,但施加纳米CaCO3+纳米Al2O3+气相SiO2助剂的粉体的流动值下降比价明显。

  常温储存15天后,仍然是施加纳米CaCO3+纳米Al2O3和纳米CaCO3+气相SiO2的样粉的流动值保持较高;其余各粉体流动值虽有所降低但都在正常可接受范围内。

  常温储存28天,不加疏松剂的粉体流动值下降较严重;而施加纳米CaCO3+气相SiO2的样粉在整个过程流动性保持最稳定。

  由图2不难看出,防结块性能最好的是3#,嘉泽纳米CaCO3:纳米Al2O3=95:5复配的疏松剂,其次是单独施加纳米CaCO3的,三种疏松剂复配效果反而不好。

  结合图2和表7分析得知,将嘉泽纳米CaCO3+纳米Al2O3复配制备的疏松剂效果最好,其次是单独施加纳米CaCO3的,而三种以上疏松剂复配的效果反而不如两种疏松剂复配。

  纳米CaCO3品种(规格)和型号对粉末涂料的流动性的影响有一定差别,相对来讲,淄博嘉泽纳米CaCO3效果最好,对于涂膜外观和光泽影响不大。

  纳米CaCO3的添加方法对粉末涂料松散性和储存稳定性影响很大,其中ACM磨粉碎时外加方法最好。

  纳米CaCO3与其它疏松剂复配时:当复配疏松剂总量一定时,纳米CaCO3所占比例较大,粉体的流动性越好,且复配疏松剂中,施加纳米CaCO3的量一定时,复配气相SiO2比复配纳米Al2O3对流动性促进效果好,而储存稳定性促进效果差。

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