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        鋁材粉末噴涂用固化劑HAA能否替代TGIC

           日期:2022-01-25     來源:江蘇睿浦樹脂科技有限公司    作者:齊華東 宋繼瑞    瀏覽:492    評論:0    
         鋁材粉末噴涂用固化劑HAA能否替代常用TGIC固化劑?HAA固化劑優勢在哪里?對鋁材表面的質量及經濟效益有沒影響?

        介紹鋁材粉末噴涂用固化劑HAA與TGIC的分子化學結構中的區別、替換過程中因固化比例不同帶來的使用混亂,簡述了HAA替代TGIC中遇到的實際問題及應對措施,針對HAA體系涂膜的黃變、厚涂針孔等提出了改善方案及注意事項。

        前言

        隨著近些年中國市場的鋁型材粉末涂料高速發展,粉末涂料的產量已超越北美、歐洲等其他地區,并且每年都有接近10%的增長。目前,戶外鋁型材純聚酯粉末涂料使用的固化劑主要有異氰脲酸三縮水甘油酯(通常英文縮寫為TGIC)和β-羥烷基酰胺(通常英文縮寫為HAA),其他類型的固化劑類型極少。其中TGIC導致工人皮膚過敏的健康問題越來越受到關注,又因有基因誘變的毒性在許多國家和地區已被限制使用或禁止使用,同時隨著近期TGIC生產廠家檢修、停車,市場供應緊張,原材料價格整體上漲明顯,漲幅接近七成,價格已從每公斤三十多元一路飛漲到五十多元,很多粉末廠面臨TGIC短缺、成本持續升高的壓力,甚至出現個別客戶因TGIC短缺,無法正常生產而停止接單,市場一片恐慌。因此,大多數人都把目光轉移到了HAA固化劑上面。HAA固化劑今后將得到更快發展,并將成為戶外純聚酯粉末的主要固化劑。今天和大家探討固化劑HAA在使用過程中的幾個問題,希望能幫助正確使用HAA固化劑,推動行業的健康穩定發展。    

        1 樹脂的選擇

        經常用習慣了TGIC型聚酯樹脂,會把TGIC型聚酯樹脂直接拿來用固化劑HAA固化,其實這是個誤區。HAA固化體系要選擇HAA專用聚酯樹脂(也有叫Primid聚酯樹脂),這種聚酯樹脂酸值較TGIC型略低,約20-25 mgKOH/g,與HAA固化速度慢,流平會好一些。但由于其分子中處于β位的羥基,受N原子影響,其活性很高,若直接選用TGIC型聚酯樹脂,這樣做出的粉末涂層流平大多不會太好。

        2黃變/針孔問題

        首先了解一下HAA,其化學結構如(1)所示:

        鋁型材固化劑HAA的化學結構  (1)

         

        其和聚酯樹脂的反應是通過其四個羥基與羧基聚酯樹脂的羧基反應而實現固化的,即:

        R’-OH+HOOC-R”→R’OOC-R”+H?O         (2)

        式(1)中,HAA固化劑分子結構中有2個裸露的氮原子,使得它較易被氧化而失去穩定性,這是導致高溫黃變的基因。在制備白色或其它淺色粉末涂料時建議添加0.5%~1%的抗氧劑以便改善其黃變;TGIC聚酯樹脂固化溫度一般是200℃,而HAA因本身反應活性高,在130℃開始固化反應,實驗室測試同種聚酯樹脂,在180℃的固化溫度使用HAA就可以達到TGIC在200℃時同樣的固化性能,所以適當的降低固化溫度也能改善其黃變性。

        式(2)中,HAA固化劑與羧基聚酯樹脂固化反應是一種縮合反應,其產物中有H?O 產生,反應副產物的釋放易使涂膜產生針孔,不宜厚涂。在聚酯樹脂測試時,通過在配方中適當添加脫氣劑,噴涂厚度在120μm以下,一般不會有針孔、“鏡框”“肥邊”情況。 

        3固化比例不同

        在粉末涂料固化中,如果固化劑用量不足,涂膜固化不完全,涂膜就達不到最好的理化性能;若固化劑加量過多時,游離的固化劑量過多,不參與反應的固化劑耐化學品性和耐溶劑性不好,從而也影響涂膜性能。聚酯樹脂與固化劑之間一般是等物質的量(等當量)進行化學反應的,但考慮到聚酯樹脂的酸值和固化劑純度等問題,一般在一定的范圍內是變化的。

        在配制粉末涂料時,每100g聚酯樹脂固化時所需的固化劑的用量可按式(3)計算。

           

        聚酯樹脂固化時所需的固化劑     (3)

        式中:

        W——表示固化劑的用量,g

        E——表示固化劑的環氧值,eq/100g

        Ape——表示聚酯樹脂的酸值,mgKOH/g

        100——表示聚酯樹脂的質量,g

        56100——表示(當量)換算mgKOH的系數

        計算固化比例時,固化劑HAA一般按照分子量320,當量~82g/eq,TGIC按照分子量297,當量~110g/mol來計算。那么,也就是說使用同樣的聚酯樹脂時,兩個固化劑的使用比例是不一樣的,固化劑的用量對涂膜的沖擊強度影響比較明顯,固化劑用量低時,沖擊強度不好。為了方便大家,通過計算,給出一個大概比例供參考(特殊情況除外):

        固化劑HAA比例

        4催化劑問題 

        由于HAA分子結構中有4個官能團,相比TGIC分子結構中的3個官能團,具有更強的反應活性或者通俗點叫反應參與機會,在沒有催化的情況下,HAA的固化速度要比TGIC快很多。

        另外HAA的官能團與聚酯樹脂的羧基反應目前還沒有較合適的催化劑可供選擇,所以一般的HAA專用聚酯無法引入催化劑來控制反應速度。而用TGIC固化的聚酯樹脂則可以在粉末涂料配方設計中加入季銨鹽、季磷鹽等催化劑來獲得需要的反應速度。所以在選用HAA聚酯樹脂混用HAA和TGIC固化劑測試時,需要適當添加催化劑來滿足TGIC的固化要求,以達到更好的涂膜性能。

        因TGIC活性低、反應慢,HAA活性高、反應快,所以在選用兩種不同固化劑反應的粉末涂料干混,消光效果較好,光澤更低。 

        5擠出問題

        HAA固化劑熔點較高,高于120℃,與聚酯樹脂的相容性極差,所以一般擠出溫度較TGIC略高,推薦擠出溫度110~120℃(反應活性高,擠出溫度不能長時間高于130℃,否則有膠化現象);但擠出溫度的提高,導致體系的粘度降低,熔融混煉效果就變差,所以HAA固化聚酯樹脂做高光產品表面容易發霧,光澤做不高,一般的經驗是增加喂料速度,提高螺膛內的物料充斥來增加螺桿剪切,提高熔融混煉效果,實在不行的話也可以進行二次擠出解決。

        6粉末吸潮上粉/掉粉問題

        由于HAA是一種親水性化合物,水溶性較好,原材料貯存和做成的成品粉貯存時應注意防水、防潮,粉末吸潮后上粉不佳,吸附力就差;所以粉末配方設計時內加氧化鋁是不需要的,但可以外加疏水型白炭黑。

        同時HAA固化劑結構中的叔胺結構讓其具有更大的極性,易摩擦而帶電,與粉末涂裝時用的靜電噴涂帶電性相反,導致噴涂好的工件在存放一段時間后移動中會有掉粉現象,可通過摻用一點TGIC來改善掉粉現象,但不能完全解決。

        7其它問題

        TGIC固化聚酯樹脂轉印粉中加少量HAA固化劑是可以提高交聯密度,改善轉印粉撕紙的。

        HAA固化聚酯樹脂粉末涂料玻璃化溫度Tg較TGIC高,貯存穩定性較好。

        同樣HAA固化劑具有摩擦帶電性,在砂紋或紋理粉中用少量HAA替代TGIC,不僅可以提高上粉性能,還可以節約成本。 

        8結論

        本文通過分析HAA替換TGIC過程中的幾個問題,可知:

        1)固化劑HAA可以直接替換TGIC使用,但需注意調整固化比例,反之不然;

        2)固化劑HAA自身反應速率較快,目前無有效催化劑調整HAA固化體系的反應速率,擠出時更需注意擠出溫度,防止膠化;

        3)固化劑HAA極性強,該體系的粉末易摩擦帶電且易吸潮,非流水線噴涂后因立刻烘烤,否則易掉粉。

        4)盡管固化劑HAA在替換TGIC過程中還存在以上的問題,但其綜合性能不亞于TGIC體系,因用量少,價格相對較低,同時又是環保型產品,其在戶外的粉末涂料中的應用越來越多。

        5)最后推薦一個白色HAA固化配方供大家參考:

        白色HAA固化配方

         
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