粉末涂料成膜機(jī)理

粉末涂料固化是在一定溫度條件下 , 涂料組分之間發(fā)生化學(xué)反應(yīng)的交聯(lián)固化 , 其成膜過程一般認(rèn)為需要經(jīng)過三個(gè)過程 ：

(1) 單獨(dú)的粉末顆粒 , 聚集成為一層連續(xù)的、不平整的膜 ( 聚集過程 );

(2) 連續(xù)不平整的表面流淌形成較為光滑與平整的表面 ( 流平過程 );

(3) 熔融的涂膜通過交聯(lián)反應(yīng) , 粘度不斷增加 , 最后固化為堅(jiān)硬的涂膜 ( 固化過程 ) 。

針孔是指粉末涂料從熔融到固化的時(shí)間里 , 粉末涂料中的氣體從底層穿過高粘度的、已接近封閉的彈性樹脂層到達(dá)涂層表面 , 未能逸出而形成的缺陷?？s孔是由未被充分潤(rùn)濕的小顆粒與周圍不相容的樹脂所形成的圓渦 , 即在一個(gè)較大的下陷圓渦中有一個(gè)突出的小點(diǎn)。涂膜的光澤、流平、遮蓋及針孔、縮孔的產(chǎn)生 , 主要取決于聚集、流平階段 , 機(jī)械性能取決于固化階段。

影響因素

2 . 1 　樹脂選擇

粉末涂料所選擇的樹脂都是高分子化合物 , 根據(jù)高分子理論可知 [ 2 ] 玻璃化溫度 ( Tg) , 是無(wú)定型聚合物從玻璃態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)楦邚棏B(tài)的轉(zhuǎn)變溫度。玻璃化溫度大小決定于高聚物的分子量和分子量分布。從涂膜外觀來說 , 要求流平性好時(shí)應(yīng)選擇熔融粘度較低的樹脂 , 一般低分子量的高聚物具有較低的熔融粘度。在烘烤固化溫度條件下 , 粉末涂料膠化時(shí)間長(zhǎng) , 熔融水平流動(dòng)性大較好 ; 但分子量過低涂膜物理機(jī)械性能差。因此 , 在選擇樹脂時(shí)一般以軟化點(diǎn)在 (85 ～ 95) ℃ 為宜 , 這樣產(chǎn)生針孔、縮孔可能性降低 , 但低于 60 ℃ 時(shí)粉末容易結(jié)塊。

2 . 2 　固化溫度

從粉末涂料成膜過程中可以看出 , 為避免產(chǎn)生針孔或氣泡 , 在涂膜開始固化前的熔融、流平階段 , 涂層下面的氣體 ( 空氣、水蒸氣等 ) 需排除到達(dá)涂層表面 , 否則在固化時(shí)將成為針孔、氣泡。也就是說在涂料成膜過程中 , 固化升溫需慢些 , 給予足夠的排氣時(shí)間。但為了獲得較好流平效果及機(jī)械性能 , 熔融聚結(jié)應(yīng)當(dāng)盡可能快地完成 , 以便有較長(zhǎng)時(shí)間來完成流平、固化 ; 同時(shí)在確保產(chǎn)品性能的前提下 , 為提高生產(chǎn)效率 , 也不允許一、二階段時(shí)間太長(zhǎng)。如安塑材料有限公司 ( 鋁型材 ) 的生產(chǎn)爐溫控制 ( 采用 Data 爐溫檢測(cè)儀檢測(cè) ), 使用純聚酯 A9016SF75 鋁型材專用粉末涂料 , 當(dāng)固化溫度達(dá)到 200 ℃ 流平、固化前 , 熔融聚結(jié)階段有 8min 左右時(shí)間排除涂層下面氣體 , 避免針孔的產(chǎn)生。通過多年實(shí)踐證明 , 其鋁型材產(chǎn)品外觀效果、機(jī)械性能較好 , 很少發(fā)生針孔、縮孔現(xiàn)象。

2 . 3 　粉末涂料混合

從縮孔形成的機(jī)理可知 : 粉末涂料組成中樹脂不相容性是導(dǎo)致孔形成的主要原因。在粉末涂料使用過程中 , 由于各廠家配方體 系和樹脂的選擇不同 , 是不能混合使用的 , 否則將產(chǎn)生縮孔、針孔等現(xiàn)象。即使在原料產(chǎn)地不變、配方未做任何變動(dòng)的前提下 , 偶爾發(fā)現(xiàn)不同批次粉末涂料混合時(shí)也能出現(xiàn)縮孔現(xiàn)象 , 其原因可能是由于粉末涂料原材料性質(zhì)不一致性引起的。因?yàn)榉勰┩苛嫌玫木埘渲且远嘣?、多元醇聚合而成?, 工藝合成過程不可避免存在著操作工藝條件的差異 , 帶來批次間的質(zhì)量不同 , 從而導(dǎo)致批次間的粉末涂料相容性下降、增大縮孔產(chǎn)生的可能性。因此 , 建議使用廠家根據(jù)噴涂數(shù)量定量訂購(gòu)粉末涂料 , 集中某批次粉末涂料的使用 , 盡可能避免不同批次粉末涂料的混合 , 減少縮孔發(fā)生的偶然性。

2 . 4 　前處理工藝

工件表面的前處理是粉末靜電噴涂不 可缺少的工藝過程 , 它關(guān)系到噴涂產(chǎn)品的質(zhì)量。

表面處理好的工件 , 要求不能含有油污點(diǎn)、斑點(diǎn)等小分子物質(zhì)依附其上 , 否則會(huì)出現(xiàn)縮孔、針孔現(xiàn)象。目前 , 前處理大多采用脫脂、磷化處理 , 由于前處理液的配方、處理底材的差異 , 表面活性劑脫脂往往在工藝過程中有大量泡沫產(chǎn)生 , 因而常常加入消泡劑 ( 硅油 ) 防止泡沫溢出。過量消泡劑的加入 , 水清洗過程難以徹底清除 , 有些廠家為了節(jié)約 , 常將二道水洗過程省略為一道 , 且以江河水代替去離子水 , 這樣殘留在工件表面的消泡劑 ( 硅油 ) 在粉末涂料固化時(shí) , 工件表面不可避免產(chǎn)生縮孔。因此 , 只有每一工藝過程中間隔長(zhǎng)、水洗、無(wú)離子水洗和時(shí)間以充分保證 , 才能確保表面整潔 , 避免縮孔的發(fā)生。

2 . 5?　助劑的選用

2 . 5 . 1?消泡劑

粉末涂料使用的消泡劑是苯偶姻 ( 又稱安息香 ), 其消泡機(jī)理簡(jiǎn)述如下 : 首先是消泡劑和氣泡的接觸 , 然后是消泡劑在氣泡的界面上展布 , 隨后消泡劑進(jìn)入氣泡內(nèi)或置換氣泡膜 , 導(dǎo)致氣泡的破滅。安息香在大多數(shù)粉末涂料配方中成為必要的組成部分 , 如添加在聚酯環(huán)氧和 ( 純 ) 聚酯粉末涂料中 , 但是安息香用量過大 , 在高溫下會(huì)變色或分解 , 將影響涂膜顏色 , 使淺色涂膜發(fā)黃 , 同時(shí)固化時(shí)固化爐上方冒白煙。工藝生產(chǎn)中其用量為樹脂和固化劑總量的 0 . 3 % ～ 0 . 5 % 較為適宜。

2 . 5 . 2?流平劑

粉末涂料在烘烤固化成膜過程中 , 容易產(chǎn)生縮孔 , 為了克服這種涂膜弊病 , 在粉末涂料配方中添加流平劑。流平劑主要功能是在粉末涂料熔融流平時(shí)降低表面張力 , 避免成膜過程中形成縮孔。為了使含量少的流平劑充分發(fā)揮作用 , 配方中的流平劑必須充分均勻分散。在較容易產(chǎn)生縮孔的樹脂類型中 , 還可以使用混合流平劑。目前國(guó)內(nèi)使用的流平劑主要是丙烯酸樹脂類流平劑 , 其用量一般為樹脂用量的 0 . 2 % ～ 2 % 較為適宜。

結(jié)語(yǔ)

縮孔、針孔是粉末涂料使用過程中常出現(xiàn)的弊病 , 突發(fā)性較大。除上述工藝生產(chǎn)中較易出現(xiàn)的情況之外 , 還有許多影響因素 , 如涂膜厚度、輸送粉末涂料的壓縮空氣油水分離質(zhì)量、噴嘴與工件表面的距離太短及粉末粒徑等等 , 需要我們?cè)谏a(chǎn)中不斷地研究、探索和總結(jié) , 改進(jìn)工藝條件 , 盡可能避免縮孔、針孔的發(fā)生 , 提高噴涂產(chǎn)品的質(zhì)量。