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    硅灰石在粉末涂料油漆中的应用测试

    硅灰石,涂料

    硅灰石为链状的偏硅酸盐矿物,属三斜晶系,其集合体呈纤维状和针状硅灰石。具有良好的绝缘性、介电性能和较高的耐热、耐候性能以及低的吸湿性,较高的白度等优良特性,广泛应用于陶瓷、化工、造纸、塑料、橡胶、涂料等领域。全国的硅灰石资源约 2亿t,分布比较集中,主要分布在吉林、江西、云南、青海和湖北等地。其中江西省硅灰石资源保 有储量1400.3万t,新探明储量3 500 多万t,资源十分丰富,蕴藏的矿物中硅灰石含量高、晶体纤维长、铁质含量低、白度高。

    目前硅灰石在涂料领域中主要是应用于建筑涂料中,因此对于在建筑涂料领域的研究也比较多。胡中源、王德华等在内墙乳胶漆中添加5%~8%左右的硅灰石,可提高耐洗刷100次左右;庄勤川、霍颖仪等通过研究发现,硅灰石在乳胶漆中可替代20%~30%的钛白粉,且不影响漆膜的干膜和湿膜遮盖力,同时硅灰石能在不改变PVC的情况下,替代部分PH调节剂而完全不影响乳胶漆的PH值。但是,对于硅灰石在粉末涂料中的研究则少有文献报告。本文主要探讨了在环氧/聚酯粉末涂料中硅灰石对于漆膜的光泽度、硬度、附着力及耐热温度的影响。

     

    实验工艺

     

    高混机5min——挤出机温度110℃挤出——中药粉碎机粉碎——过筛(100目)——成品——静电喷涂——170℃烘烤20min。

     

    结果与分析

    GY-1250硅灰石与粉末涂料常用的沉淀硫酸钡相比,粒径相差比较大,但是吸油量却明显高于沉淀硫酸钡,主要原因可能是因为两者密度相差较大,沉淀硫酸钡的密度在4.3左右,而硅灰石密度为2.7;且硅灰石的白度相对偏低,若添加量过高,可能会影响最终漆膜的白度。

     

    填料对漆膜性能的影响

     

    从生产过程来看,由于硅灰石的密度为2.7,硫酸钡的密度一般在4.3左右,所以硫酸钡的下料速度会优于硅灰石,且从加工性能上来看,硫酸钡的流动性会更好一些。按表1所示配方,硅灰石的替代梯度为10%,分别从0%到100%对配方中的沉淀硫酸钡进行替代,进行实验,最终制得的聚酯粉末涂料的漆膜各项性能指标见表3。

    由表3所示实验数据可以看出,随着硅灰石替代硫酸钡比例的增加,漆膜的光泽呈现明显的下降趋势,当填料为100%沉淀硫酸钡时,漆膜的光泽为79.2°,当填料为100%硅灰石时,漆膜的光泽仅为56.5°,说明硅灰石与硫酸钡相比属于一种消光的填料,这可能是硅灰石与硫酸钡相比,吸油量较高的原因造成的。因此,在一些光泽度要求较高的粉末涂料中,硅灰石的添加量不宜过高。

     

    从硬度指标上来看,随着硅灰石的添加量的增加,硅灰石对于粉末涂料的硬度提升比较明显。当硅灰石替代20%沉淀硫酸钡时(添加量8%),漆膜的硬度由最初的H提高到2H,当替代量达到90%(添加量为18%)时,漆膜的硬度达到3H。

     

    就附着力而言,硅灰石与沉淀硫酸钡相比,两者对于附着力的贡献基本一致。20%的沉淀硫酸钡和20%的硅灰石相比,附着力都为0级。

     

    冲击性能上看,随着硅灰石添加的增加,在1:1之前,抗冲击性能反冲50cm都能通过,超过这一比例后,随着硅灰石替代量的增加,冲击性能逐渐下降,说明硅灰石较硫酸钡而言是一种偏刚性的材料。


    图1 不同硅灰石添加量粉末涂料的热失重曲线

     

     

    注:T5为失重5%的温度,Tm为最大失重温度。

    图2 不同硅灰石添加量粉末涂料T5和Tm对比

     

    由上图可以看出,在环氧粉末涂料中添加一定比例的硅灰石可有效提高粉末涂料的T5和Tm,纯硫酸钡时,环氧粉末涂料的T5为380℃,Tm为418.6℃,随着硅灰石添加量的提高,T5和Tm基本呈现上升的趋势,当硅灰石和沉淀硫酸钡比例为5:5时,T5达到峰值,为393℃,与纯硫酸钡相比提升了13℃,此时Tm为424.6℃,较纯硫酸钡相比提升了6℃;再往后随着硅灰石比例的提升,T5呈现下降的趋势,而Tm则呈现小幅度上升。硅灰石的分解温度1540℃,硫酸钡的分解温度为1580℃,两者相差不大,造成上述实验现象可能是由于硅灰石是典型的针状结构,硫酸钡是颗粒状结构,在填料的堆积过程中针状结构更容易形成相互交叉的立体结构,正好和环氧树脂在交联固化过程中形成的三位立体结构网状结构相呼应,同时硫酸钡的颗粒填充在网状结构的空隙之间,形成更加致密的涂层。因此,当硅灰石部分替代硫酸钡后,随着替代量的增加,漆膜的致密性逐渐提升,当硅灰石和硫酸钡的比例为1:1时,漆膜的致密性最好,因此耐热性能最好,随着硅灰石替代量的进一步增大,没有足够的颗粒状硫酸钡填充在硅灰石的三维网状结构中,因此漆膜的孔隙率变大,致密性变差,热稳定性出现西江的趋势。所以,从热稳定性上来看,硅灰石的添加量在10%(即硅灰石:沉淀硫酸钡=1:1)时,综合性能最好。

     

    结语

     

    综合以上实验结果可以得出,硅灰石作为一种功能性的填料,应用于环氧聚酯粉末涂料中时,可以明显提高粉末涂料的漆膜硬度和耐热温度。当硅灰石的添加量在8%左右时,漆膜的硬度在2H,当添加量达到18%时,漆膜硬度达到3H;

     

    失重5%的温度最高可以提升13℃,最大失重温度提高9.1℃。但是,由于硅灰石吸油量较高,密度较小,因此加工性能略差于沉淀硫酸钡,对漆膜的光泽影响也比较大,不适宜应用于高光粉末产品中。

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