粉體材料在涂料中的應(yīng)用技術(shù)

文章來源：http://m.dyqzzz.cn 發(fā)布時(shí)間：2019-12-04 瀏覽次數(shù)：175

涂料用顏填料、粉體助劑和納米材料統(tǒng)稱粉體材料。本文重點(diǎn)介紹不同結(jié)構(gòu)及性能的顏填料組合后的復(fù)配改性技術(shù)和協(xié)同增效技術(shù),有效地提升涂料配方設(shè)計(jì)水平和涂料產(chǎn)品應(yīng)用效能,為科學(xué)合理地選擇顏填料提出了指導(dǎo)性的可操作方法。

01、引言

       顏填料作為涂料中使用量最大的粉體材料,對(duì)改進(jìn)、提升、創(chuàng)新涂料(涂膜)性能扮演著重要角色,顏填料在涂料中的應(yīng)用技術(shù)引起廣大關(guān)注。

       近年來,我們從實(shí)例考量了顏填料的應(yīng)用技術(shù),已在涂料配方設(shè)計(jì)與涂料產(chǎn)品創(chuàng)新中起到積極推動(dòng)作用。在掌握顏填料結(jié)構(gòu)及基本性能基礎(chǔ)上,合理運(yùn)用顏填料的復(fù)配改性規(guī)則及協(xié)同效應(yīng),可提高研發(fā)效率,增加涂料產(chǎn)品技術(shù)含量及競(jìng)爭力,拓展應(yīng)用市場(chǎng)。

02、顏填料的基本性能

       1、用于涂料的粉體材料

       粉體材料包括有機(jī)粉體材料和無機(jī)粉體材料,廣泛用于涂料、塑料、醫(yī)藥、日用品、化妝品和其他新材料等領(lǐng)域。用于涂料的粉體材料有顏填料(如著色顏料、效應(yīng)顏料、防銹顏料、通用填料和功能填料等)、粉體助劑和納米材料。

       2、顏填料的基本性能

       涂料配方設(shè)計(jì)中選用粉體材料是一種具有創(chuàng)新性和挑戰(zhàn)性的研發(fā)工作,任何一類涂料產(chǎn)品都必須滿足特定的服役環(huán)境和使用壽命要求。顏填料是涂料領(lǐng)域使用量最大的粉體材料,它可使涂料具有著色、遮蓋、保護(hù)、裝飾、防腐、耐溫、增強(qiáng)、耐候、美化及改善生活環(huán)境等功能。

03、顏填料的復(fù)配改性技術(shù)

       1、復(fù)配改性的特征

       復(fù)配改性也稱復(fù)合改性(或復(fù)合效應(yīng))。復(fù)配改性的主要特征是參與復(fù)配改性的基元組分間交叉滲透、正效應(yīng)加和、改善性能、創(chuàng)新產(chǎn)品。實(shí)踐表明,復(fù)配改性技術(shù)更新了材料應(yīng)用理念,增加了產(chǎn)品技術(shù)含量,拓展了應(yīng)用市場(chǎng)空間。顏填料的復(fù)配改性技術(shù)為選擇確定涂料用顏填料體系提供了技術(shù)基礎(chǔ)。

       2、顏填料復(fù)配的規(guī)則

       涂料服役環(huán)境及使用壽命是決定顏填料品種與復(fù)配體系的切入點(diǎn)。在掌握顏填料結(jié)構(gòu)與使用性能基礎(chǔ)上,恰當(dāng)?shù)厝∮闷贩N與配比,注意調(diào)整顏填料的形態(tài)與粒度分布;考量顏填料體系與涂料其他組分的相容性、匹配性和穩(wěn)定性,發(fā)揮不同顏填料間的正效應(yīng)加和;合理掌控涂料中的顏填料體積分?jǐn)?shù)(φP或PVC),關(guān)注φP與涂料應(yīng)用性能的關(guān)聯(lián)度,采取防止顏填料粒子產(chǎn)生絮凝的有效措施;設(shè)定的復(fù)配顏填料體系應(yīng)有利于涂料的制造、貯運(yùn)、涂裝及提升涂膜的應(yīng)用效能等。

       3、復(fù)配改性示例

       近年來,在涂料配方設(shè)計(jì)時(shí),對(duì)復(fù)配顏料體系進(jìn)行優(yōu)化整合,達(dá)到預(yù)想效果的示例如下。復(fù)配顏填料體系中各組分間配比為質(zhì)量比。

      (1)耐酸耐蝕性復(fù)配顏填料

       在設(shè)計(jì)高固體分油管內(nèi)壁用耐蝕涂料配方時(shí),采用耐酸耐蝕性復(fù)配顏填料組成是鈦白粉∶滑石粉∶活性防銹顏料∶助防銹顏料∶重晶石粉∶石墨粉為1.0∶1.0∶0.6∶0.2∶2.1∶0.02。形成的涂膜具有優(yōu)異的耐混酸(12%鹽酸+3%氫氟酸)、耐硫酸、耐堿、耐鹽水、耐污水、耐油、耐鹽霧和耐高壓堿水等特性,用于輸油管和石油鉆桿內(nèi)壁防護(hù)、含酸堿鹽等強(qiáng)腐蝕介質(zhì)防護(hù)場(chǎng)所。

       (2)復(fù)配顏填料041

       在輸氣管道內(nèi)壁用減阻耐磨涂料中,采用復(fù)配顏填料041的組成是氧化鐵紅∶沉淀硫酸鋇∶滑石粉∶鈦白粉為13.5∶12.6∶8.3∶15.0。形成涂膜的鉛筆硬度不低于4H,耐鹽霧500h、耐沸水煮7d、耐3.5%鹽水(60℃)30d,耐磨性不大于3.5mg,呈現(xiàn)優(yōu)良的使用效果。

      (3)復(fù)配顏填料A(或D)

       在設(shè)計(jì)單包裝無溶劑環(huán)氧防腐涂料配方時(shí),選擇復(fù)配顏填料A的組成是重晶石粉∶鈦白粉∶滑石粉∶復(fù)合防銹顏料∶粉體助劑FE為39∶19∶13∶16∶2。制造的涂料具有優(yōu)良的貯存穩(wěn)定性、施工性和固化性,涂膜成功通過耐硫酸、耐環(huán)己酮和耐高壓堿水(試棒浸泡在pH為12.5的堿水中,在150℃,70MPa壓力下蒸煮16h,涂膜表面無龜裂、無起泡、無脫落、防著性良好、底材無銹蝕)試驗(yàn)考核,達(dá)到配方設(shè)計(jì)要求。試驗(yàn)證明,重晶石粉∶鈦白粉∶滑石粉∶復(fù)合防銹顏料∶粉體助劑CR為

39∶19∶13∶16∶6-8組配成復(fù)合顏填料D,用復(fù)配顏填料D代替復(fù)配顏填料A,形成的涂膜的服役環(huán)境溫度可達(dá)到140℃以上。

      (4)水性涂料用復(fù)配顏填料

       以苯丙乳液為基料的水性防腐蝕涂料中,復(fù)配顏填料體系組成是氧化鐵紅∶滑石粉∶陶土∶鋅黃∶磷酸鋅為2.5∶1.3∶0.2∶1.0∶0.4。以純丙與苯丙復(fù)合乳液為基料制造底面合一的水性帶銹防銹漆時(shí),采用復(fù)配顏填料體系組成是K-白∶磷酸鋅∶氧化鋅∶滑石粉∶沉淀硫酸鋇∶著色顏料為10∶5∶1∶2∶2∶適量。兩種水性涂料都具有優(yōu)良的性能。

      (5)復(fù)配顏填料性能比較

       在設(shè)計(jì)多用型防垢耐磨涂料配方時(shí),考證4種復(fù)配顏填料體系對(duì)涂料施工時(shí)的流平性、固化性、涂膜防垢率及耐酸性的影響,確定滿意的復(fù)配顏填料體系。4種復(fù)配顏填料體系組成見表2。

       用硅改性樹脂,4種復(fù)配顏填料,匹配助劑F、908固化劑配制城的多用型防垢耐磨涂料的配方及性能見表3-4。

       由表4可知,用含重晶石粉的復(fù)配顏填料制造的涂料02和涂料03比用含云鐵灰的復(fù)配顏填料制造的涂料01和涂料04有更好的流平性、防垢效果和耐混酸性;在重晶石粉用量基本相等的復(fù)配顏填料體系中,增加鈦白粉和石墨粉用量(減少滑石粉用量)的復(fù)配顏填料02制造的涂料02比減少鈦白粉和石墨粉用量(增加滑石粉用量)的復(fù)配顏填料03制造的涂料03有更優(yōu)良的流平性及防垢效果。在選擇復(fù)配顏填料體系時(shí),除掌握參與復(fù)配的顏填料品種、結(jié)構(gòu),性能及用量外,還應(yīng)認(rèn)真考察復(fù)配顏填料對(duì)涂料性能的影響,只有優(yōu)化復(fù)配才能確定滿意的復(fù)配顏填料體系。

04、顏填料的協(xié)同增效技術(shù)

       協(xié)同增效技術(shù)也稱協(xié)同效應(yīng)或增效作用。協(xié)同效應(yīng)的特征是采用兩種或兩種以上原料配合時(shí)會(huì)呈現(xiàn)出比單獨(dú)用一種原料更優(yōu)異的某種性質(zhì),即1+1>2的效果。下面介紹顏填料的協(xié)同效應(yīng)示例。

       1、顏填料的配合與處理

       選擇涂料的顏填料時(shí),應(yīng)注意不同品種顏填料間的協(xié)同效應(yīng)。如惰性防銹顏料與活性防銹顏料匹配后會(huì)產(chǎn)生優(yōu)異的協(xié)同效應(yīng);K-白∶氧化鋅∶絹云母為1.0∶0.25∶0.5(質(zhì)量)時(shí),比單獨(dú)用K-白有更優(yōu)異的防銹耐蝕性;采用鋁、硅、鋯、鈦聯(lián)合包膜處理TiO2比單獨(dú)用一種元素處理TiO2具有更好的耐久性和保光性。

       2、復(fù)合磷酸鹽與鐵紅等的協(xié)同效應(yīng)

       在設(shè)計(jì)氣干型水性醇酸防護(hù)涂料配方時(shí),采用復(fù)合磷酸鹽∶氧化鐵紅∶重晶石粉為7∶3∶1(質(zhì)量)配合。無毒害的復(fù)合磷酸鹽具有離子交換能力和催化功效,復(fù)合磷酸鹽產(chǎn)生的離子與金屬底材的Fe2+和Fe3+生成螯合物鈍化金屬表面,活潑的正磷酸根離子與涂膜內(nèi)極性基團(tuán)形成堅(jiān)硬的絡(luò)合物保護(hù)膜;氧化鐵紅對(duì)日光、大氣、堿和稀酸相當(dāng)穩(wěn)定;重晶石粉耐酸堿等介質(zhì)侵蝕、耐光、耐候、耐水,抗腐蝕介質(zhì)破壞能力強(qiáng)。利用三種顏填料本質(zhì)特性的交互作用,產(chǎn)生相當(dāng)優(yōu)異的協(xié)同效應(yīng),明顯提升涂膜的耐蝕防銹性和抗腐蝕介質(zhì)滲透能力,應(yīng)用效果滿意。

       3、氧化鋅與防霉劑的協(xié)同效應(yīng)

       氧化鋅可增加乳膠漆對(duì)UV輻射的抵擋力,提升涂膜的抗老化性;對(duì)霉菌也起到有效的防護(hù)作用。在外墻乳膠涂料中,加入5%的氧化鋅和0.2%的異噻唑啉酮防霉劑,形成涂膜的防霉效果比它們分別單獨(dú)使用時(shí)更有效,證明氧化劑與防霉劑配合后產(chǎn)生協(xié)同效應(yīng)。

       4、其他協(xié)同效應(yīng)

       采用氧化鐵黃與三氧化二鉻配合產(chǎn)生促進(jìn)固化的協(xié)同效應(yīng),可有效地提高加成固化成膜涂料的固化反應(yīng)速度,取得實(shí)用效果;取熔點(diǎn)450℃、700℃的玻璃粉及偏硼酸鋇配合發(fā)揮良好的協(xié)同效應(yīng),得到像陶瓷一樣的涂層,呈現(xiàn)好的耐熱性。專用阻燃涂料配方設(shè)計(jì)中,考測(cè)了幾種顏填料的阻燃效果,其阻燃性數(shù)值比較見表5。

       阻燃涂料的配制組成是基料清漆∶顏填料為1.0∶0.8(質(zhì)量),固化條件為180℃,3min;單獨(dú)基料清漆為環(huán)氧樹脂E-44∶專用酚醛樹脂為2∶1(質(zhì)量),基料清漆膜的阻燃性數(shù)值是0.65。將被測(cè)涂膜置于酒精燈氧化焰上燃燒時(shí),涂膜阻燃性可按下式計(jì)算:阻燃性=t2/t1

       式中:t1被測(cè)試涂膜在火焰中燃燒時(shí)間(每種被測(cè)品在火焰上燃燒時(shí)間相同,樣品質(zhì)量相等),s;t2被測(cè)試涂膜離開火焰后,涂膜上的火焰自熄時(shí)間s。

      上式計(jì)算的阻燃性數(shù)值越小,涂膜的阻燃效果越好。由表5知,含滑石粉∶氧化鋅∶鈦白粉為1∶1∶1的混合顏填料涂膜中,由于三種顏填料交互作用產(chǎn)生協(xié)同效應(yīng),則阻燃效果比它們分別單獨(dú)使用時(shí)更好。在專用阻燃涂料中加入具有良好阻燃性的混配顏填料,不僅提升涂膜的阻燃效果,而且降低阻燃涂膜的吸水率及阻燃涂膜的制造成本。

05、結(jié)語

       運(yùn)用顏填料的性能及復(fù)配規(guī)則,展示復(fù)配顏填料體系的正效應(yīng)加和,取得優(yōu)良功效。復(fù)配改性技術(shù)設(shè)計(jì)內(nèi)容豐富,滲透領(lǐng)域廣泛,應(yīng)用效果突出,為涂料配方設(shè)計(jì)及涂料產(chǎn)品創(chuàng)新起到推動(dòng)作用。兩種或兩種以上的顏填料組配后,對(duì)涂料的某種性能起1+1>2的改善效果。將顏填料有針對(duì)性選配,就可能產(chǎn)生協(xié)同效應(yīng)。涂料配方設(shè)計(jì)者應(yīng)著力探尋、發(fā)掘,利用協(xié)同效應(yīng)示例,為增加涂料產(chǎn)品技術(shù)含量與涂料品種更新提供新思路與新方法。