返回顶部
返回首页
返回首页
欢迎访问  中网信息   | 今天是   
中网信息全新改版进行中!
铝型材用邦定金属粉稳定性的研究 ,中网信息,ChinaNews360.com
home 您现在的位置: 首页 >粉末涂料 > 详细信息
铝型材用邦定金属粉稳定性的研究
2020年03月20日    阅读量:8558    新闻来源:中网信息 ChinaNews360.com  |  投稿

作者

文/秦湘宇,蔡劲树,蔡英进

广东华江粉末科技有限公司


摘要

通过详细阐述邦定的基本原理,说明邦定稳定性的影响因素主要有配方和邦定工艺。通过热粘结邦定试验,用红外光谱、X射线、电镜、干法粒径仪等检测手段,验证了邦定过程是粉末颗粒表面软化,与金属效果颜料粘结在一起;通过不同的对比试验说明邦定工艺和配方对邦定效果的影响。


0 前言




随着人们生活水平的提高,人们对装饰性的要求也越来越高,金属效果粉末涂料在整个粉末涂料的涂装应用中快速增长涂料在线coatingol.com。但是金属效果粉末的生产的稳定性依然困扰着国内各大粉末厂商,究其原因还是对邦定原理的认识较为模糊,在邦定过程中,粉末颗粒的微观变化状态,金属效果颜料与粉末颗粒是怎么相互作用的认知还是相对片面的,原理认知不清晰是导致研究的方向有偏差,从而事倍功半,差强人意。

金属效果粉末的生产工艺主要有三种:常温干混合、熔融挤出热混合、邦定热粘结混合。本文主要研究邦定热粘结混合技术。


1 邦定生产技术简介


1.1 邦定原理

粉末涂料邦定(Bonding)技术也叫热粘结技术,主要是通过摩擦升温或者夹套升温的方式使粉末颗粒表面具有一定的黏性,使金属效果颜料与粉末底粉结合起来,具体来说就是通过邦定机搅拌桨高速旋转,使粉末与粉末之间,金属效果颜料、粉末与邦定机(搅拌桨、缸壁)之间高速碰撞、摩擦,在一定时间内,粉末颗粒表面温度上升到一定程度,粉末表面发生软化,金属效果颜料颗粒与粉末涂料颗粒粘结在一起,使静电喷涂时得到稳定的具有金属效果的涂层。为了使涂层效果比较稳定,在一定的金属效果颜料含量下,采取邦定技术使更多的金属效果颜料与粉末紧紧地结合在一起,保证施工的稳定性。

粉末涂料是由树脂、固化剂、颜料、助剂、填料均匀混合而成的物质。其中配方中的树脂是由多元醇、多元酸聚合而成。玻璃化温度是高聚物由高弹态转变为玻璃态的温度,指无定型聚合物(包括结晶型聚合物中的非结晶部分)由玻璃态向高弹态或者由后者向前者的转变温度,是无定型聚合物大分子链段自由运动的最低温度,通常用Tg表示,随测定的方法和条件变化有一定的波动。在此温度以上,高聚物表现出弹性;在此温度以下,高聚物表现出脆性。如图一所示,为高分子聚合物的形态-温度变化曲线。

铝型材用邦定金属粉稳定性的研究   中网信息,ChinaNews360.com

邦定工艺的设定条件主要包括邦定温度、升温转速、保温转速、保温时间,金属效果颜料与粉末颗粒粘结在一起是因为粉末颗粒表面已经有软化现象,甚至是发粘的现象,此时粉末颗粒表面的瞬时温度已经达到软化点。在搅拌桨与物料发生摩擦的时候,搅拌桨对物料做的功一部分转化为物料的动能,一部分转化为热能,使粉末颗粒的表面瞬时温度达到Tg 点,或者高于Tg 点,此时由于搅拌桨对物料的巨大的力,粉末颗粒则与金属效果颜料紧紧地粘结在一起。邦定粉末产品的电镜图如图二所示。

铝型材用邦定金属粉稳定性的研究   中网信息,ChinaNews360.com

普通产品粉末涂料是由树脂、固化剂、颜料、填料和助剂组成。经预混合、熔融挤出、冷却、破碎、细粉碎、分级过筛得到的产品。因此,混炼效果较好的产品,可以看作每个粉末涂料粒子的组成基本是一样的,带电性能一样,在高压静电作用下粉末颗粒带电量均匀一致。根据库仑定律,在一定时间里,粉末涂料颗粒的带电量有如下关系:

铝型材用邦定金属粉稳定性的研究   中网信息,ChinaNews360.com

所以同一种粉末涂料在喷涂烘烤出来的涂膜的颜色、外观以及性能是一致的,回收粉在反复使用时,涂膜颜色和外观及性能也是基本稳定的。

根据涂膜外观要求,一般金属效果颜料用干混合法添加到粉末涂料中时,这种粉末在高压静电作用下带静电时,金属粉和金属效果颜料的带电效果与粉末的带电效果差别较大,所以吸附到工件上的粉末与金属效果颜料的比例,跟原粉末中的比例不一样且效果不稳定,这样会导致回收粉末中金属效果颜料的比例与新粉中的金属含量不一致,且随着回收次数的增加,金属含量的差别越来越大,所以添加回收粉末进行喷涂时,涂膜颜色和外观随着喷涂时间发生变化,导致喷涂产品涂膜质量不稳定。

为了保证金属粉(金属效果颜料)在静电喷涂的产品涂膜外观和质量稳定,必须采取特殊的工艺对粉末涂料进行处理来保证金属粉(金属效果颜料)的涂装质量,这种处理工艺叫“邦定(粘结)”(bonding),所以在生产带有金属效果(铝粉、珠光粉、铜金粉、镍粉、锌粉)的产品时,必须进行邦定处理。

在静电喷涂的过程中,粉末涂料粒子所受的力除了电场力之外还有自身的重力、空气阻力、空气压力。所以结合式(1)可知影响粉末带电量Qs 的因素有介电常数、粉末颗粒的粒径、电场强度。介电常数主要是粉末的材料和邦定稳定性影响的,电场强度是电压和枪距影响的。在喷涂过程中,想要保持喷涂效果的稳定性,应该尽可能的使每个粉末颗粒所受的重力、电场力、空气阻力、空气压力大小相等,方向相同。

喷涂稳定性的因素有邦定稳定性(粉末与金属效果颜料的结合程度)、电压、电流、气压。所以手喷枪可以通过喷涂不同电压、气压观察涂膜颜色、金属效果是否一致来判断邦定定稳定性。影响邦定稳定的因素都是有邦定温度、邦定时间、运行频率、过渡频率、加料顺序、底粉树脂量、底粉粒径、金属效果颜料的种类、金属效果颜料量。

邦定工艺是邦定温度、邦定时间、升温频率、过渡频率、降温时间、加料顺序的总称,为了使添加金属效果颜料的粉末涂料在进行静电粉末喷涂时得到稳定的涂膜质量,在一定的温度条件下,使金属效果颜料颗粒粘结到粉末涂料颗粒上面,在静电喷涂时,使金属效果颜料按一定的比例均匀稳定的吸附到工件上面,保证涂膜获得稳定的外观和质量。而温度的设定是邦定的主要因素,主要是根据粉末底粉的玻璃化温度设定的,一般平面金属粉的邦定温度是比玻璃化温度偏高几度。

在一般的情况下,如果金属粉没有邦定,由于金属效果颜料带静电量与底粉不同,回收粉末中金属效果颜料的含量会随着回收次数的增加逐渐加大的与新粉金属含量的差距,利用回收粉喷涂时或者添加回收粉喷涂不均匀时就会造成原来粉末喷涂外观不一样,就会造成涂膜外观和质量不稳定。


1.2 邦定效果的检测方法

(1)喷板观察法:取邦定好的粉末产品,根据不同电压、气压喷板,观察板面效果是否均匀稳定。

(2)卧式喷涂线模拟:根据小喷涂线的工艺来模拟客户现场喷涂工艺,观察板面效果与标准的差距。

(3)目视观察法:用干净透明的聚乙烯胶袋接小半袋邦定好的粉末,装半袋空气手工束口摇动几次后提起,轻轻拍打没有粉末的上半部分胶袋。如邦定够温够时可透视看见袋内粉末状态。未邦定好的因银粉吸附胶袋内表面则无法透视袋内状况。

(4)仪器检测法:放大镜、显微镜、电镜观察粉末状态和板面情况。

(5)粒度分析法:根据干法粒径仪测得的粒度分布,观察邦定前后细粉是否明显减少,粒度分布是否更集中,如果细粉明显减少,粒度分布更加集中,则邦定效果好。

(6)电镜图:根据邦定底粉与金属效果颜料混合的电镜图与邦定粉的电镜图对比,粉末颗粒上粘结的金属效果颜料越多,邦定效果越好。

2 邦定实验与规律总结

为了探索出影响邦定稳定性的主要因素,使用热传导加热型试验机进行试验,根据影响邦定稳定性的主要因素设计实验如下:实验一、邦定温度、邦定时间、运行频率、过渡频率对稳定性的影响;实验二、金属效果颜料的粒径及金属效果颜料量对稳定性的影响;实验三、邦定底粉树脂量对稳定性的影响。

判断邦定过程是否达到终点的方法采取观察粉末的状态、实际喷涂效果与微观粒度分布相结合的方法:一、粉末结团、粘缸的程度。二、邦定机电流的波动情况。三、不同电压气压喷涂的板,观察是否有色差、金属效果颜料量是否均匀。四、对比底粉、干混、邦定成品的干法粒径观察粒度分布。

2.1 原材料和仪器

聚酯树脂(allnex);异氰尿酸三缩水甘油酯(华惠);安息香(宁波南海);光亮剂(奉化);流平剂(奉化);增电剂(上海索是化工有限公司);邦定助剂(八度);流动助剂(德固赛);硫酸钡(贵祥);铝粉(国产、爱卡);金属效果颜料(国产)。

仪器:干法粒径仪BT-2001,挤出机(E×30 型);磨粉机(ACM-05F 型);邦定机(BD11819X);全自动喷涂线;实验喷枪(CQ-SJ5 型);烤箱(101-3AS 型)。

2.2 本文测试参照标准

铝型材用邦定金属粉稳定性的研究   中网信息,ChinaNews360.com

2.3 邦定工艺不同对邦定效果的影响

由邦定原理可知邦定工艺中影响因素是邦定温度、邦定时间、运行频率、过渡频率,而邦定温度受转速、底粉树脂量的影响,不同的邦定工艺直接影响最后的邦定效果,因此本实验对此参数进行了如下实验设计:

2.3.1 邦定时间对邦定效果的影响

通过空白实验,相同含量的同一种金属效果颜料在相同质量的同一种底粉中,以特殊的邦定工艺进行邦定,每次邦定2kg,遵循单一变量原则,具体邦定工艺如表2-3-1:

邦定工艺:

铝型材用邦定金属粉稳定性的研究   中网信息,ChinaNews360.com

A、B、C 分别是3 个相同的底粉和金属效果颜料的混合物,分别按照3 个工艺来邦定,用邦定过后的产品分别测干法粒度分布,干法粒径测试的统计结果如表2-3-2:

铝型材用邦定金属粉稳定性的研究   中网信息,ChinaNews360.com

把三个粉用相同的喷涂工艺喷板,从板面效果来看,B 的珠光上粉量比C 较高,更加闪亮,说明搅拌时间太长导致粗珠光粉被搅拌桨打细或者被包覆了,不够闪。从表2-3-2 粒度分布来看,延长邦定时间,细粉邦定效率更高,粗粉也变得更多,所以邦定时间延长,珠光粉易打碎,也容易被粉末包覆的更好,没有那么闪烁。

2.3.2 搅拌桨不同频率对邦定效果的影响

金属效果颜料与粉末颗粒粘结在一起是因为粉末颗粒表面已经有软化现象,甚至是发粘的现象,此时粉末颗粒表面的瞬时温度已经使粉末颗粒表面发生软化。在搅拌桨与物料发生摩擦的时候,搅拌桨对物料做的功一部分转化为物料的动能,一部分转化为热能,使粉末颗粒的表面瞬时温度达到软化点,或者略低于软化点,此时由于搅拌桨转速较快,对物料碰撞产生巨大的力,粉末颗粒则与金属效果颜料紧紧地粘结在一起。所以在实际生产过程中,控制转速的变化非常关键,一般是在升温的过程中转速较快(30-40Hz),当温度升到一定程度,电流产生异常波动时,转速降到(22-28Hz),维持一段时间(2-5min)后,降温放料。一般金属效果颜料较细时,可以用较高的转速,金属效果颜料较粗时,用相对低的转速。

2.3.3 邦定温度对邦定效果的影响

树脂的玻璃化温度一般在63-67℃,在此温度下树脂还没有发生软化,而实际的邦定温度一般在玻璃化温度左右,不同型号的邦定机邦定温度存在差异,如果粉末颗粒表面的温度是邦定显示温度的话,粉末颗粒不会产生包裹金属效果颜料颗粒的现象。而实际现象的粉末颗粒已经与金属效果颜料发生粘结,甚至是包裹,所以邦定粘结的温度远高于设定的邦定温度,粉末颗粒表面由于与搅拌桨的高速摩擦已经达到软化点。所以实际设定的邦定温度是一个经验值,在实际生产中作为参考值。

在实际生产中,关键是使邦定机中上下的温度均匀,才能是粉末与金属效果颜料颗粒结合的均匀,防止一部分金属效果颜料没有与粉末颗粒粘结在一起,而粉末颗粒之间已经大量吸附粘结在一起,发生结块现象,导致邦定不稳定。

2.3.4 放料温度对产品质量的影响

在实际生产过程中,邦定是有升温-保温-降温三个阶段组成的,放料温度也是产品质量的重要参数,一般在40℃以下从热缸放到冷缸中,停机时温度过高,由于静止时间过高而且物料较多可能会造成物料结块,甚至会损伤电机;放到冷缸时温度过高,由于冷缸搅拌速度较慢,粉末颗粒也会有轻微的团聚,发涩,影响流动助剂的效果,导致放料过筛的时候效率降低;放料温度温度过高,也会严重影响产品的储存稳定性。

2.4 金属效果颜料的种类和用量对邦定效果的影响

2.4.1 金属效果颜料粒径对邦定效果的影响

a 是粒径较粗的金属效果颜料,b 是中等粒径的金属效果颜料,c 是粒径较细的金属效果颜料,每次加入珠光的含量为3%,这三个粉末均是同一个底粉,每次邦定2kg。邦定工艺与邦定产品的粒度分布如表2-4-1所示:

铝型材用邦定金属粉稳定性的研究   中网信息,ChinaNews360.com

把邦定好的产品分别在电压为60kv 时喷板,对比不通气压下的板面效果,稳定性由好到差为a>c>b。由表2-4-1 可知D10 的变化均不明显,说明不同粒径的金属效果颜料导热性均较差,不易邦定粘结。

金属效果颜料的用量对邦定金属粉施工时表面流平的影响,珠光颜料的能不分析结果如表2-4-2所示:

铝型材用邦定金属粉稳定性的研究   中网信息,ChinaNews360.com

在粉末涂料中用的珠光颜料主要是用天然云母矿制作而成的,内含有复杂的金属元素成分,添加过多,吸油量增加,流平自然会变差,改善方法增加配方的树脂量;在邦定的过程中,粉末涂料颗粒表面温度升高,可能会含有部分的催化作用,特别是返邦3 次以上的产品更为明显。

2.4.2 铝粉粉粒径对邦定效果的影响

选取三种铝银粉A、B、C,中位径D50 大小分别是52μm、31μm、10μm。用同一种底粉,添加量均是3%,分别取2Kg,进行邦定。邦定过后的产品,用干法粒径仪,分别测粒度分布,数据如表2-4-3:

铝型材用邦定金属粉稳定性的研究   中网信息,ChinaNews360.com

把邦定过后的产品进行喷板对比,得出粒径越小的金属效果颜料,遮盖力越好。耐酸碱性15min内无明显变化,30min-60min 会明显变差。从表2-4-2中可知,银粉C 在邦定过后,P10 明显减小,说明细粉、细银粉更容易与粗颗粒粘结在一起。在实际生产中,由于细银遮盖力较大,影响色相明显,配方设计时,往往选取铝银粉的粒径一般在10μm-50 微米,太粗的银粉容易在邦定过程中被搅拌桨打碎,影响实际效果,太细了,银粉上的多少对颜色影响比较大,易产生批次色差。

2.4.3 金属效果颜料用量对邦定效果的影响

不同品牌的金属效果颜料表面处理的方式与效果均不同,做出相同金属闪烁度导致金属效果颜料的使用量也会存在较大的差异。在铝粉的邦定使用更是如此。在一个配方中铝粉含量达到7%的产品中,通过检测,X 光结果如下图所示:

铝型材用邦定金属粉稳定性的研究   中网信息,ChinaNews360.com

配方中的TiO2 质量分数为25%,占无机物总量的50.99%,由此推算出金属效果颜料中铝粉粘配方含量的3.8%左右,由于实际添加了7%的量,说明用45.7%的有机物处理铝粉得到的金属效果颜料,换另外的一个品牌金属效果颜料,达到类似的涂层效果,实际上只用了2%,但是耐碱性明显的降低。所以在配方设计的时候不能盲目追求金属量的多少,应该是在保证各项性能(耐酸碱性、耐候性)达标的情况下,选择适当的金属粉就行,添加的金属粉量太大也是引起施工方面的稳定因素。

国产的金属效果的铝粉在最近几年进步较大,但是与国外的品牌的铝粉度迪比,在邦定后往往存在耐碱性变差的现象。所以做高金属含量的产品时,要注意绑定过后的耐碱性变化是否合格。

2.5 底粉的树脂量对邦定效果的影响

有A,B,C 三个粉,树脂量分别为50%,70%,85%,各取2Kg 进行邦定实验,所用的金属粉相同,邦定过后分别测干法粒径,结果如下表:

铝型材用邦定金属粉稳定性的研究   中网信息,ChinaNews360.com

铝型材用邦定金属粉稳定性的研究   中网信息,ChinaNews360.com

把邦定好的产品分别在电压为60kv 时喷板,对比不通气压下的板面效果,上银的多少跟树脂量呈现正相关关系。由表2-5-1、表2-5-2、表2-5-3 对比可知在相同的邦定工艺下,树脂量越高,粒度分布变得越窄,说明粉末涂料中树脂量越大,黏性越大,金属效果颜料与粉末涂料科技粘结的越牢固,邦定效果相对就越好。

3 结论

(1)本文通过分析不同条件邦定后邦定产品的粒度分布发现,邦定过后细粉一般明显减少,粒度分布变得更窄。

(2)邦定工艺的主要影响因素是邦定时间、邦定温度、搅拌桨的运转频率,其中邦定温度决定能否和金属效果颜料颗粒邦定粘合在一起,时间决定粉末颗粒是否有足够的时间与金属效果颜料颗粒粘合,搅拌桨的运转频率决定着与粉末颗粒与金属效果颜料之间的碰撞程度和粉末颗粒表面的温度,决定着整体的升温速度、混合均匀程度。三个工艺参数相辅相成,要综合考虑。

(3)邦定金属效果产品的配方设计应该综合考虑金属效果颜料的种类、含量和粉末颗粒的树脂含量。

(4)金属效果颜料的使用,邦定后耐酸碱性、耐候性的变差,对于耐酸碱要求较高的产品,要把邦定对耐酸碱的影响考虑进去。


标签:工业涂料涂装应用技术中心粉末涂料
免责声明: 本文仅代表作者本人观点,与中国建材网无关。本网对文中陈述、观点判断保持中立,不对所包含内容的准确性、可靠性或完整性提供任何明示或暗示的保证。请读者仅作参考,并请自行承担全部责任。本网转载自其它媒体的信息,转载目的在于传递更多信息,并不代表本网赞同其观点和对其真实性负责。如因作品内容、版权和其它问题需要同本网联系的,请在一周内进行,以便我们及时处理。客服邮箱:service@cnso360.com | 客服QQ:23341571
相关文章HOT
今日头条Show更多
    热点排行Hot
      微信关注WeChat
      扫描二维码,获取手机版最新资讯 中国牛涂网 您还可以直接微信扫描打开
      全站地图

      深圳网络警察报警平台 深圳网络警
      察报警平台

      公共信息安全网络监察 公共信息安
      全网络监察

      经营性网站备案信息 经营性网站
      备案信息

      中国互联网举报中心 中国互联网
      举报中心

      中国文明网传播文明 中国文明网
      传播文明

      深圳市市场监督管理局企业主体身份公示 工商网监
      电子标识