摘要:介紹了環氧聚酯粉末塗料結團的危害,分析了幾個影響粉末塗料儲存穩定性的因素。試圖從原理角度分析粉末結塊現象的成因並結合生產經驗,給出幾點提高粉末儲存穩定性的建議措施。

引言

粉末塗料儲存穩定性是指粉末在一定條件下,保持粉末顆粒的大小、形狀和硬度等能力。進入高溫季節,粉末塗料的儲存穩定性又開始倍受生產商和使用商的關注。

粉末塗料生產出來合格幷包裝後,有時因爲各方面原因未能立即進入塗裝環節,故而需要放置、儲存。若配方設計不合理、原材料選擇不合適或者在儲存過程中不能妥善處置,就容易造成粉末聚結成團,儲存穩定性下降。這就是通常所謂的“結塊兒”現象。

這種現象由兩種變化造成。一部分是由於粉末處於高溫、潮溼空間,導致粉末發生物理變化而軟化發黏,形成聚結狀態,故而難以流化,影響噴塗作業;另一種是由於粉末塗料中的環氧樹脂、聚酯樹脂、助劑等成分導致粉末反應活性變大,在一定壓力、溫度條件下,粉末發生部分反應,產生聚集,從而引起光澤、流平或者物理性能下降。

粉末結團不僅影響生產廠家品質形象;在噴塗前又增加過篩工序,降低施工效率;噴塗時,還會有上粉率差、塗膜光澤和性能下降等風險。

因此,分析探討粉末塗料結團現象和解決方案有實際意義。

1、玻璃化轉變溫度

玻璃化轉變溫度(Tg)是高分子聚合物由玻璃態開始轉變爲橡膠軟粘態的溫度。粉末塗料實際上是高分子聚合物的混合物,在溫度低於玻璃化轉變溫度時,呈現玻璃態的粉末塗料分子僅限於單個分子的短距振動和旋轉運動。

隨着溫度升高,外部能量使得分子鏈開始有短程擴散運動,繼續輸入能量,就讓不同分子鏈的相互滲透移動得以持續進行,達到Tg點時,就會開始粘彈變軟,直觀表現出結團。

環氧聚酯粉末塗料的Tg是由各組分共同決定的。大量數據表明,增加顏填料量能夠適當的提高粉末塗料的Tg,但是顏填料的增減對粉末塗料的Tg影響不是十分明顯。

體系中助劑添加與否對粉末塗料Tg的影響實驗數據如下:

由此可見,助劑對粉末塗料Tg影響還是比較大的,通常助劑越多越是降低粉末塗料的Tg,越不利於抗結塊性能。

對環氧聚酯粉末塗料玻璃化轉變溫度起決定性影響的是兩大成膜物質―環氧樹脂和聚酯樹脂。

聚合物的Tg可以用下式表示:

聚合物的軟化點(sp)由熔融黏度(η)表徵,而η與其結構和分子量有關:

由上面兩個公式看出,環氧樹脂和聚酯樹脂的玻璃化溫度與軟化點都隨着分子量的增加而增加。

實驗3-3是在同一配方下,選用不同的聚酯樹脂製成的粉末得到的結果:

實驗條件:每個樣品都取100g,密封在密封袋中,置於40℃恆溫烤箱中,24小時。

這四種聚酯製得的粉末Tg曲線見圖3-1。

結果可以看出在同一配方下環氧樹脂不動,變換聚酯樹脂的Tg,粉末塗料的Tg隨之變化,同樣在聚酯樹脂不動,變換環氧樹脂的Tg,得到一樣的變化。粉末塗料的Tg值對抗結塊性起決定性的作用,根據實驗數據及實際儲存經驗在粉末塗料Tg值大於52℃時,儲存性良好,不容易出現結塊現象。當然需要優良性能的聚酯樹脂及環氧樹脂的良好搭配,使得粉末塗料的高Tg值與流平性能達到最佳的結合點。

2、粒徑分佈

粉末塗料存在一個臨界粒徑。大於這個粒徑,粉末不易結塊,反之則很容易結團。這是由於如果環氧聚酯粉末粒徑過小,粉末顆粒之間的接觸面積就增大。當粉末分子接受能量時,分子鏈做擴散移動就更容易接觸而發生黏連作用,形成聚結塊。

另外,當粉末經過篩選封箱後,因爲自身重量會向下提供壓力而產生內應力,這種能量在粉體粒徑很細時更易於積累,表現出結塊現象。

在實際生產過程中可以通過調節主副磨轉速,喂料速度,風量大小等控制粉末的粒度分佈和粒徑大小。調節粒徑分佈情況如以下實驗數據:

實驗條件:每個樣品都取100g,密封在密封袋中,置於40℃恆溫烤箱中,24小時。

1號粉末粒徑分佈情況見圖1-1。

2號粉末粒徑分佈見圖1-2。

可以看出,1號粉末的粒徑分佈比2號粉末集中、均勻,更有利於粉末的儲存穩定,集中均勻的粉末粒徑減少了小顆粒填充大顆粒間縫隙的機會,減少了接觸面積,更加蓬鬆,因此有助於儲存穩定。

針對這種結果,在設計粉末粒徑時,綜合考慮粉末的生產成本、儲存穩定性、塗膜流平性以及噴塗上粉率等因素,普通平面粉末塗料粒徑在以下範圍爲最佳:即10μm以內粒徑佔總體積10%以內,40μm以內佔45%-50%,80μm以內佔90%以上。特殊效果粉末可作適當的調整控制。

3、料片和篩選後粉末溫度

原材料經混合攪拌、熔融擠出、破碎後,仍會有一定的溫度。根據實際生產經驗,如果料片在經過擠出機傳送帶後溫度在三十七八攝氏度甚至以上,料片就易粘在破碎輥,降低生產效率。

而且在料片盒中料片因爲餘熱和疊壓形成黏連的大片料塊兒,如此一來,料片很難進入ACM磨中,或者因爲料片過大造成粉碎困難,又增加了冷卻負荷。經過篩選機後,粉末溫度如果在35℃以上時,多餘熱量隨粉末帶入到包裝中,就造成能量積聚,產生結團現象。

若儲存環境潮溼或者打氣泵帶水,水汽進入粉末中,包附在粉末粒子周圍,由於水分子的極性作用,也會增加粉末粒子的粘合集聚造成結團。

對於這種現象造成的結團,首先爲達到更好的降溫冷卻效果,要將擠出機擠出的片料厚度控制在1-2mm左右,破碎後的料片大小在l.5mm×10mm×10mm爲宜,最好使破碎後的片料溫度在30℃以下;如果溫度不好控制,可以將片料裝入袋中,攤開輔助降溫之後再進行篩選。

控制噴塗中所用的壓縮空氣的質量,使其含水量應小於15ppm。儘量降低儲存環境的溫度和溼度,最好是常溫或者略低於常溫。在生產、噴塗現場空氣的相對溼度要求不高於80%。篩選後的成品粉末可以置於空調庫房。堆碼高度最好不要超過3層(每箱淨重以20kg計)。

4、流動助劑

在成品粉末塗料中混合一定量的流動助劑會對粉末塗料的抗結塊性有一定的改善。

5、儲存溫度

成品粉末塗料應儲存在乾燥、溫度儘可能低、通風的環境中,當長期高溫(大於35℃)環境儲存時,積聚熱容易造成結團現象。

結論

通過以上分析和實驗數據可以得知,Tg值是粉末塗料是否容易結團的決定性因素,當粉末塗料的Tg值大於52℃時,不容易產生結團現象。另外粒徑分佈集中均勻性、生產過程中料片和篩選後的溫度,流動助劑,儲存環境溫溼度等都對粉末塗料的抗結塊性產生影響。

來源:勝利油田方圓防腐材料有限公司

相關文章