提高户外灰色TGIC固化粉末涂层耐候性能研究
陈闯1,2,李勇1,2,刘亮1,2,王伟跃1,2,程润1,2
(1.中国电器科学研究院广州)
(2.广州擎天材料科技有限公司广州)
摘要:研究了IPA含量、复配抗氧剂、紫外线吸收剂对灰色板涂层耐候性能的影响。结果表明:树脂基体中IPA含量的提高有利于提高灰色板涂层的耐老化性能。添加辅抗的复配抗氧剂的抗氧效能好于添加辅抗的复配抗氧剂;紫外线吸收剂UV、UV相对于UV12能进一步提高灰色板涂层的耐老化性能;
关键词:粉末涂料,抗氧剂,聚酯树脂,耐候性
0引言
目前,世界工业涂料逐渐向环保型涂料方向发展,传统溶剂型涂料由于较高的VOC排放,发展越来越受到限制,符合国际上流行的“四E”(经济、环保、高效、性能卓越)原则的粉末涂料发展迅速,前景广阔。
随着人们节约资源、生态环保意识的提高,对于粉末涂料的耐候性也提出了越来越高的要求。而深色粉末涂料涂层耐候性不好一直是困扰粉末涂料行业的一个问题。相对于浅色或白色涂料,深色粉末涂料由于吸收更多的红外辐射,除了紫外引起的光氧老化外,还包含了热氧老化过程。但浅色或白色涂料涂层存在耐沾污性差、色彩单调等缺点,因而研究提高深色耐候性粉末涂料耐候性能具有十分重大的意义,同时符合目前提倡的节能、环保的要求。
对于普通型粉末涂料用聚酯树脂,其分子主链上一般包含C-C,C-O,C-H等键,其中C-O键强度~kJ/mol,C-H键强度~kJ/mol。太阳光紫外部分(~nm)的辐射能量为~kJ/mol,虽然比例不高,但足以使大部分高分子链的单键发生断裂。对于由紫外光引起的老化,目前普遍的方法是调整树脂结构,使用耐候性单体,添加紫外线吸收剂。
除了光氧老化外,高聚物分子在受热激发并存在氧的环境中,会形成氢过氧化物(ROOH)和羰基(C=O)从而引起聚合物分解,也称热氧老化。对于由热氧引起的老化,目前普遍的解决方法是添加抗氧剂,捕获所产生的大分子自由基,分解氢过氧化物等,使其稳定化。
本文以灰色板作为研究对象,研究了树脂基体中IPA的含量、复配抗氧剂、紫外线吸收剂等因素对其耐候性能的影响,以解决深色板粉末涂料耐候性较差的行业难题。
1试验部分
1.1原材料
抗氧剂Irganox(工业级,Basf),抗氧剂Irganox(工业级,Basf),抗氧剂DoverphosS-(工业级,Dover),HALS光稳定剂Chimassorb(工业级,Basf),紫外线吸收剂Uv-(工业级,Basf),紫外线吸收剂Uv-(工业级,Basf),紫外线吸收剂Uv-12(工业级,台湾永光),异氰尿酸三缩水甘油酯(TGIC),钛白粉,硫酸钡,流平剂,安息香,均为工业级。
1.2含有不同复配抗氧剂的聚酯树脂样品制备
首先按表1将配方量多元醇和多元酸、催化剂加入到15L反应釜中,搅拌均匀。在氮气保护下,逐渐升温至℃反应,达到目标酸值、粘度后添加酸解剂进行酸解,时间3~5h,待达到目标酸值、粘度后进行抽真空缩聚,2~3h后达到目标酸值、黏度后按表2配方添加不同的复配抗氧剂,搅拌均匀后出料获得含有不同复配抗氧剂的聚酯树脂样品。
表1聚酯树脂基本配方
原材料名称
用量/kg
新戊二醇
12-18
对苯二甲酸
20-25
酸解剂(间苯二甲酸)
2-5
催化剂
0.03-0.05
抗氧剂
——
表2复配抗氧
抗氧剂
a0
a1
a2
b1
b2
主抗/%
—
0.25
0.25
0.25
0.25
辅抗/%
—
0.25
0.25
—
—
辅抗/%
—
—
—
0.25
0.25
光稳定剂/%
—
—
0.15
—
0.15
1.3粉末涂料及涂层的制备工艺
按表3的基本配方制备粉末涂料,工艺流程为:配料→预混→挤出→压片→粉碎→过筛→产品。将制备得到的粉末涂料进行静电喷涂,并按一定的固化条件固化得到涂层,进行涂料及涂层性能检测。
表3粉末涂料基本配方
原料名称
聚酯树脂
TGIC
钛白粉
硫酸钡
流平剂
*
铁红
炭黑
用量/g
15
69
38
2.8
0.82
0.03
0.06
1.4样品的检测与表征
耐候性能测试:采用美国Q-LabCorporation公司QUV/Spray型号人工老化箱进行耐候性能测试。试验条件:循环条件UVB:60℃×4h光照,50℃×4h冷凝,辐照度0.71W/m2/nm。
耐热性能测试:采用上海ESPEC的SEG-H高温试验烘箱进行耐热性能测试,试验条件:℃恒温。
氧化诱导期(O.I.T)测试:采用瑞士梅特勒-托利多公司的DSC1型示差扫描量热仪进行氧化诱导期的测试,试验标准按GB/T的第6部分所描述进行。
2结果与讨论
2.1树脂基体中IPA含量对粉末涂层耐候性能的影响
随着IPA含量的提高,灰板的耐候性能提高。这是因为PTA吸收nm短波的紫外线,树脂中的羰基和酮基在紫外光的作用下生成自由基,进而引起聚合物分子链的断裂。而IPA的最大吸收波长不在此范围内,因此避免了分子链的断裂。不过IPA价格高于PTA,因此,从成本上考虑,选择IPA10%的树脂配方进行抗氧剂复配试验。
2.2复配抗氧剂对灰色板粉末涂层耐候性能的影响
添加了复配抗氧剂后,涂层的耐候性能有了明显提升。这是由于灰色板除了吸收紫外线引起光氧降解外,还吸收红外辐射,引起热氧降解。复配抗氧剂的加入,能捕获引起氧化降解的大分子自由基,提高稳定性能。对比a1与b1可知,添加辅抗的复配抗氧剂b1比添加辅抗的复配抗氧剂a1耐候性提升,这主要是由于有效磷含量高,相对于抗氧效率高,而且分子量大,热稳定和耐水解性能好,与受阻酚抗氧剂复配,有利于提高灰板的耐热氧和光氧老化性能。对比a2与a1,b2与b1可知,添加光稳定剂能适当提高聚酯灰色板的耐候性能,这说明光稳定剂与抗氧剂复配能起到协同作用,从而提高灰色板的耐老化性能。
添加复配抗氧剂b1的聚酯树脂的O.I.T最长,添加了a1其次,未添加抗氧剂的a0的O.I.T最短,这也说明复配抗氧剂b1的抗氧化效果是最好的。
2.3复配抗氧剂对深色板粉末涂层耐热性能的影响
添加辅抗的复配抗氧剂耐热性能好于添加辅抗的复配抗氧剂。光稳定剂的添加并未显著提高灰色板的耐热性能,这是由于受阻胺光稳定剂需要在短波紫外线的照射下才能生成有效成分氮氧自由基,而在耐热实验过程中,并未有提供短波紫外线的条件,因此也不能导致受阻胺光稳定剂有效成分的生成。
2.4紫外线吸收剂对灰色板耐候性能的影响
为了考察紫外线吸收剂对灰色板耐老化性能的影响,在b2的基础上,添加不同紫外线吸收剂进行了试验。其中UV、同为苯并三唑类紫外线吸收剂,UV12为二苯甲酮类紫外线吸收剂。从结果中可以看出,添加UV能提高5%~10%的耐候性能,UV与UV效能相当,而UV12则效能一般,并未能显著提高灰色板的耐候性能。
3结语
本文研究了聚酯树脂IPA含量、复配抗氧剂组合、紫外线吸收剂种类三个因素对灰色板耐候性能的影响。结果表明:随着IPA含量的提高,灰色涂层的耐候性能提高,添加辅抗的复配抗氧剂的抗氧效能好于添加辅抗的复配抗氧剂;紫外线吸收剂UV、UV能进一步提高灰色板涂层的耐老化性能。
(详情请见《现代涂料与涂装》-10期)
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