第35卷第4期当 代 化 工Vol.35,No.4 2006年8月Contemporary Chemical Industry August,2006高附着力环氧粉末涂料的研究Ξ颜 杰1,夏秀茂2,唐 楷1,曾晓丽2(1.四川理工学院材料与化学工程系,四川自贡643000;2.四川美丰化工股份有限公司绵阳分公司,四川绵阳621000)摘 要: 采用磷酸双氰胺盐作环氧粉末涂料的固化剂、氟化钠作添加剂。
氟化钠破坏金属晶格形成微小的蜂窝状结构,从而便于涂膜嵌入其中,达到增强涂膜附着力的目的。
实验提出了一些适当的氟化钠比例的涂料配方,能够显著的提高环氧粉末涂料的附着力。
关 键 词: 环氧粉末涂料;氟化钠;双氰胺;附着力中图分类号: TQ630.7 文献标识码: A 文章编号: 16710460(2006)04022703 环氧粉末涂料是一种新型的热固性功能涂料[1],由于其在受热后会形成不能融化的,质地坚硬的涂层,且涂层的流动性好,所以具有较好的装饰性。
同时,环氧粉末涂料具有极好的防腐蚀性和机械性能和极好的粘接性能,经过试验测试,它的粘结剪切强度为400kg/cm2,比石油沥青和焦油类的涂膜的剪切强度要高40倍以上。
环氧粉末涂料具有低公害,涂装工艺简单,原材料利用率高,涂层坚固等特点,发达国家以10%～13%的速度发展环氧粉末涂料,我国也获得了一定的发展,但仍处于开发阶段[2-5]。
本研究通过在环氧树脂中引入氟化钠,改变分子间力和金属晶格,形成的微小蜂窝状结构便于涂膜嵌入其中,增强涂膜附着力,取得了较好的实验效果。
1 实验部分1.1 实验原理通常涂料加热固化是将较低分子量的成膜物质,通过加热,给予足够的能量进行化学反应,胶联成为三维结构的不溶不熔的漆膜[6]。
本研究独特之处在于利用磷酸根与金属表面发生反应,分别形成负离子和正离子,使漆膜和金属表面之间形成牢固的化学键,同时创造性地加入了氟化钠,以破坏金属晶格形成微小的蜂窝状结构,从而便于涂膜嵌入其中,从而获得较高的附着力。
1.2 主要试剂和仪器1.2.1 主要试剂0194型环氧树脂(湖南岳阳化工有限公司,工业级),硅微粉(连云港东海硅微粉有限责任公司,工业级),颜料A,颜料B(湖南三环颜料有限公司),双氰胺(山西玉新双氰胺有限公司,工业级),2—甲基咪唑(成都科龙化工试剂厂,化学纯),氟化钠(浙江东阳利得医药化学有限公司,工业级),磷酸(重庆川东化工集团公司,工业级)。
1.2.2 主要仪器电热鼓风干燥箱,万能粉碎机,显微熔点仪, R42型冲击仪器,可控温加热套,油浴锅,筛分筛,划圈仪,秒表,常规化学实验用玻璃仪器等。
1.3 实验方法1.3.1 磷酸双氰胺盐的制备称取一定量的双氰胺转入试管中,加入定量磷酸和蒸馏水,油浴加热试管,维持反应温度在Ξ收稿日期:2006203211 修订日期:2006203217作者简介:颜 杰(1964-),男,重庆人,工学硕士,副教授,主要从事应用化学及其新材料方面教学及其科研工作。
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100℃左右,直到双氰胺完全溶解,冷却结晶,过滤,干燥得到磷酸双氰胺盐。
使用显微熔点仪测定盐的熔点,选取熔点在150～200℃之间的盐作优化实验,制取符合熔点要求的盐10g左右。
将制得的磷酸双氰胺盐粉碎过筛至要求等级(粒径≤80目)备用。
1.3.2 涂料的配制本研究采用表1配方的涂料作为基础,通过加入不同量的氟化钠来改善涂料的附着力,从而寻找最佳的工艺配方。
表1 环氧粉末涂料的配方Table1The proportion of epoxy powder coating原 料用量/g0194型环氧树脂23硅微粉22颜料A0.2颜料B0.2双氰胺0.222甲基咪唑0.08表2 C2H4N4作固化剂、NaF作添加剂的涂料配方Table2The coating proportion of C2H4N4as firming agent, NaF as additive原涂料/g 磷酸双氰胺/g氟化钠/g第1组1020.1第2组1020.3第3组1020.5第4组1020.7第5组1020.9第6组1020.1第7组1020.121.3.3 涂料的测试方法(1)涂料的流动性能实验称量1g配好的涂料压制成直径为15mm的圆形药片,将药片放到马口加热板的中心,将温度计插入马口加热板的测温孔中,将马口铁板放到可控温加热器上加热。
控制温度在180℃附近并维持30min左右。
观察药片是否鼓泡,并作记录。
取下药片冷却后测量药片直径的变化并作记录。
分析实验结果归纳总结找寻最佳配方。
(2)采用R42型冲击仪器测定漆膜的耐冲击性。
2 实验结果与讨论2.1 氟化钠用量对涂层流动性能的影响采用自定的测试方法,在涂料中加入一定量的氟化钠,其与涂层性能关系如表3所示。
表3 氟化钠用量对涂层流动性能的影响Table3The relation between sodium fluoride’s dosage and the flow capability of coatingw(氟化钠)/%片径变化/mm初末有无鼓泡11515.50很少31515.50无51515.55无71515.50很少91515.25无101515.25无121515.00无由表3可知,加入氟化钠作为添加剂的涂料,涂膜的流动性几乎没有受到影响,同时涂料鼓泡现象很少发生,这说明氟化钠不会引起原涂料发生鼓泡反应。
这也从一个侧面说明了鼓泡现象的发生可能与磷酸双氰胺有着直接的关系。
2.2 氟化钠用量对涂层性能的影响在以往的实验中发现,单纯使用双氰胺作为固化剂的固化效果并不是十分理想,本实验采用加入少量氟化钠作为添加剂,其加入量和涂层性能关系如表3所示。
表4 氟化钠用量对涂层性能的影响Table4The relation between sodium fluoride’s dosage and the capability of coatingw(氟化钠)/%附着力(级)耐冲击性/(kg・cm-1) 111031105120712591501014812245由表4可知,随着氟化钠的加入,涂料的附着力有了一定程度的提高,特别是氟化钠用量小于7%时,耐冲击性能改变迅速;而用量大于10%时,影响趋缓。
因此,氟化钠用量可选择在9%左右。
氟化钠作为原涂料的添加剂,在一定程度上822 当 代 化 工 第35卷第4期提高了原涂料涂膜的附着力。
这与氟化钠的强腐蚀性有关,在涂料涂装到金属板上以后进行的烘烤过程中,氟化钠在高温下破坏了金属板的表面结构,使得金属板表面的晶格被破坏,从而出现了蜂窝状结构,这种结构有利于流动态的涂膜牢牢地嵌入其中。
因此提高了涂料的附着力。
2.3 氟化钠用量对抗弯性能的影响表5 氟化钠用量对涂膜抗弯性能的影响Table 5The relation between sodium fluoride ’s dosage andbending strength of coatingw (氟化钠)%抗弯性能1C 3C 5B 7B 9B 10B 12C其中:C轴棒(截面5mm ×10mm ,曲率半径为2.5mm )[7];B 轴棒(截面4mm ×10mm ,曲率半径为2mm );A轴棒(截面1mm ×10mm ,曲率半径为0.5mm )。
由表5数据可知,氟化钠可以增强涂膜的抗弯性能,但与氟化钠的加入量的关系不明显。
推测其作用机理可能是氟化钠破坏了金属晶格,所形成了微小的蜂窝状结构,从而便于涂膜嵌入其中,这样就增强了涂层的韧性。
但是由于随着氟化钠加入量增多,金属不断被腐蚀,晶格也就发生了变化,当晶格破坏到一定程度时,反而降低了涂层韧性。
3 结 论(1)环氧粉末涂料在经济性,实用性以及其他各方面的性能指标,都有许多优于传统涂料的特点,提高其附着力,将大大拓展粉末涂料的应用领域。
(2)氟化钠添加到环氧粉末涂料中,可以有效增强涂膜的附着力。
(3)虽然初步实验取得了一些效果,但还有很多问题需要今后进一步探索。
比如对氟化钠作用机理的深层次研究,磷酸双氰胺的最佳加入量,氟化钠与磷酸双氰胺的最佳配比等。
因此,发展环氧粉末涂料有着广阔的研究价值和应用前景。
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