Добавка для порошковых покрытий

В настоящее время существует лишь несколько систематических исследований, сравнивающих характеристики покрытий TGIC и ГААВ данном исследовании были протестированы два типа отверждающих агентов для наружного применения. Покрытия, изготовленные с использованием различных отверждающих агентов, были испытаны с помощью таких методов, как кипячение в воде, высокотемпературная сушка, протирка растворителем и ускоренное атмосферное воздействие. Результаты показали, что при отверждении одной и той же полиэфирной смолы с помощью TGIC и HAA соответственно, полиэфирно-TGIC покрытие продемонстрировало лучшие показатели устойчивости к кипению воды и пожелтению при высокотемпературном отжиге. В свою очередь, полиэфирно-HAA покрытие показало лучшую устойчивость к протиранию растворителями и лучшие показатели атмосферостойкости. Поскольку термореактивные порошковые покрытия представляют собой полимерные материалы, их эксплуатационные характеристики в первую очередь зависят от структуры и агрегатного состояния используемой смолы. Отвердитель играет ключевую роль в определении агрегатного состояния смолы. Триглицидилизоцианурат (TGIC) и гидроксиалкиламид (HAA) являются двумя основными отверждающими агентами для термореактивных порошковых покрытий для наружного применения. Порошковые покрытия, отвержденные с помощью TGIC, обычно обладают превосходной свето- и термостойкостью, износостойкостью и выдающимися атмосферными свойствами. В результате TGIC остается очень популярным с момента своего появления. Однако по мере повышения уровня жизни населения и роста экологической осведомленности, TGIC подвергается все более пристальному вниманию из-за своей токсичности и вреда, причиняемого окружающей среде в процессе его производства. Еще в 1998 году Европа и Австралия запретили использование TGIC. Будучи наиболее идеальной альтернативой TGIC, HAA быстро развивалась в отрасли с момента своего успешного создания. В 2003 году она официально заменила TGIC, став крупнейшим в мире отвердителем для атмосферостойких порошковых покрытий. За исключением некоторых свойств, где она уступает порошковым покрытиям, отвержденным TGIC, общие характеристики порошковых покрытий, отвержденных HAA, сопоставимы с характеристиками систем, отвержденных TGIC. Данное исследование посвящено изучению характеристик старения порошковых покрытий для наружного применения. Порошковые покрытия Образцы были получены с использованием TGIC и HAA соответственно, и были сопоставлены и исследованы преимущества и недостатки каждого из них с точки зрения характеристик старения.  1. Экспериментальная часть1.1 Экспериментальное сырьеСверхстойкая к атмосферным воздействиям полиэфирная смола (далее — полиэфир); отвердитель TGIC; отвердитель HAA; диоксид титана; сульфат бария; выравнивающий агент; бензоин; усилитель блеска.  1.2 Подготовка к порошковой покраске Таблица 1. Состав порошковых покрытий.СырьеСостав покрытия типа TGIC /гСостав покрытия типа HAA /гПолиэфирная смола279285TGIC/HAA2115Диоксид титана (TiO₂)102102Сульфат бария (BaSO₄)9090Выравнивающий агент44Бензоин22Осветлитель—2.2 Порошковые покрытия были приготовлены в соответствии с базовой рецептурой, представленной в таблице 1. Технологический процесс включал следующие этапы: дозирование → предварительное смешивание → экструзия → таблетирование → измельчение → просеивание → получение готового продукта. Приготовленные порошковые покрытия наносились методом электростатического распыления, а затем отверждались при температуре 200°C в течение 10 минут для получения порошковых покрытий. 1.3 Экспериментальные испытания и условия1.3.1 Изотермический тест на отверждениеИзотермические испытания порошковых покрытий на отверждение проводились с использованием дифференциальной сканирующей калориметрии (ДСК). Условия испытаний были следующими: азот в качестве защитного газа со скоростью потока 50 мл/мин; скорость нагрева 300 К/мин, быстрый нагрев до 200°C и выдержка в течение 20 мин. 1.3.2. Испытание кипящей водойИспытания кипячением воды проводились в стерилизующей скороварке с использованием деионизированной воды при температуре 120 °C. После кипячения воды поверхность покрытия вытирали насухо, а затем измеряли разницу в цвете и блеск. 1.3.3 Тест на скорость водопоглощенияКоэффициент водопоглощения покрытия рассчитывался на основе разницы масс до и после водопоглощения. Масса покрытия после вакуумной сушки обозначалась как m₁, а масса после погружения в воду или кипячения, при условии вытирания поверхности насухо бумагой, обозначалась как m₂. Коэффициент водопоглощения ω = [(m₂ − m₁)/m₁] × 100%. 1.3.4 Тест на выпечкуИспытания на выпекание проводились в печи с принудительной циркуляцией воздуха, время выпекания составляло 2 часа. После выпекания измерялись разница в цвете и блеск покрытия. 1.3.5 Тест на протирание растворителемПорошковое покрытие наносилось распылением на алюминиевую подложку и отверждалось при 200°C в течение 10 минут. Проводился тест на протирку метилэтилкетоном (МЭК) с нагрузкой 1000 г на тестовую панель и частотой протирки 50 раз в минуту. Записывалось количество протирок, необходимых для обнажения подложки. Для каждой толщины покрытия проводилась трехкратная протирка, и вычислялось среднее значение трех результатов. 1.3.6 Ускоренное испытание на искусственное выветриваниеУскоренные испытания на искусственное атмосферное воздействие проводились с использованием тестера QUV-313. Условия испытаний были следующими: интенсивность излучения 0,71 Вт/м², 4 часа воздействия света при 60°C, затем 4 часа конденсации при 50°C. После испытаний измерялись разница в цвете и блеск поверхности покрытия. 1.3.7 Испытание толщины покрытияИспытание на толщину покрытия проводилось в соответствии со стандартом GB/T 4957. 1.3.8 Тест на блеск покрытияИспытание на блеск покрытия проводилось в соответствии со стандартом GB/T 9754 при угле падения 60°. 1.3.9 Тест на разницу в цвете покрытияИспытание на различие в цвете покрытия проводилось в соответствии со стандартами GB/T 11186.2 и GB/T 11186.3.  2. Результаты и обсуждение2.1 Изотермический тест на отверждениеНа рисунке 1 показаны кривые изотермического процесса отверждения полиэстера-TGIC и полиэстера-HAA при 200 °C. На рисунке 1 показаны кривые изотермического процесса отверждения полиэстера-TGIC и полиэстера-HAA при 200°C. Экспериментальные результаты показывают, что время достижения максимальной скорости реакции для полиэстера-TGIC в процессе изотермического отверждения составило 21 секунду, а для полиэстера-HAA — 15 секунд. Это указывает на более быстрое протекание реакции между полиэстером и TGIC. Между тем, как видно из кривой степени реакции отверждения (рисунок 2), через 600 секунд степень реакции полиэстера с TGIC достигла 98,82%, а полиэстера с HAA — 94,60%.При температуре 200 °C в течение того же периода времени реакция между полиэстером и TGIC протекала быстрее и достигала более высокой степени реакции по сравнению с реакцией между полиэстером и HAA. Это может быть связано с наличием в полиэстере ускорителя отверждения, который способствует реакции с TGIC, в то время как этот ускоритель не оказывает существенного ускоряющего эффекта на реакцию между полиэстером и HAA.В целом, при условиях отверждения при температуре 200 °C в течение 10 минут разница в степени реакции между полиэстером-TGIC и полиэстером-HAA относительно невелика, что мало влияет на общие различия в характеристиках покрытий. 2.2 Испытание на водостойкость На рисунке 3 показаны изменения разницы в цвете и сохранении блеска полиэфирного покрытия TGIC и полиэфирного покрытия HAA при различном времени кипячения воды. Как видно из рисунка 3, с увеличением времени кипячения воды разница в цвете покрытий возрастала, а сохранение блеска уменьшалось. Также можно заметить, что изменения разницы в цвете и сохранении блеска полиэфир-HAA покрытия были больше, чем у полиэфир-TGIC покрытия. В частности, сохранение блеска полиэфир-HAA покрытия резко снизилось. По мере увеличения времени кипячения воды поверхность полиэфир-HAA покрытия демонстрировала значительную потерю блеска и даже меление. Это явление может быть связано с большим свободным объемом полиэфир-HAA покрытия при 120 °C, что облегчает проникновение воды в покрытие и ее взаимодействие в процессе кипячения воды. Кроме того, для сравнения сродства покрытий к воде были исследованы показатели водопоглощения покрытий в различных условиях. В таблице 2 показаны показатели водопоглощения покрытий при комнатной температуре и после кипячения воды при 120°C в течение 2 часов. Видно, что при комнатной температуре показатель водопоглощения полиэфирного покрытия TGIC был немного выше, чем у полиэфирного покрытия HAA.Таблица 2. Водопоглощение покрытия в различных условиях.ПокрытиеПолиэстер-ТГИЦПолиэстер-HAAВодопоглощение (при комнатной температуре (~30)℃))1,53%0,86%Водопоглощение (120)℃/2 ч)9,54%31,2% После кипячения воды при 120 °C в течение 2 часов скорость водопоглощения обоих покрытий значительно изменилась по сравнению с показателями при комнатной температуре. После кипячения воды скорость водопоглощения полиэфирного покрытия с HAA резко возросла и была значительно выше, чем у полиэфирного покрытия с TGIC. Факторы, вызывающие изменения водопоглощения в различных условиях, могут быть связаны с тем, что при комнатной температуре структура покрытия остается плотной, что затрудняет адсорбцию воды и ее проникновение внутрь покрытия, в результате чего скорость водопоглощения для обоих покрытий оказывается относительно низкой. Однако в условиях кипения воды при 120 °C структура покрытия претерпевает значительные изменения, позволяя большому количеству воды проникать внутрь покрытия, что приводит к резкому увеличению водопоглощения. В случае полимеров ниже температуры стеклования внутренняя структура представляет собой жесткие «пустоты»; выше температуры стеклования внутренняя структура представляет собой гибкий «свободный объем». Разница в водопоглощении между полиэфирным покрытием TGIC и полиэфирным покрытием HAA при 120 °C может быть обусловлена ​​большей гибкостью полиэфирного покрытия HAA по сравнению с полиэфирным покрытием TGIC. Полиэфирное покрытие HAA имеет больший свободный объем при 120 °C, что позволяет ему вмещать больше воды.  2.3 Испытание на термостойкость  На рисунке 4 показаны изменения разницы в цвете и сохранении блеска полиэфирного покрытия TGIC и полиэфирного покрытия HAA после запекания при различных температурах. Можно заметить, что с повышением температуры запекания разница в цвете обоих покрытий увеличивалась, причем изменение разницы в цвете покрытия из полиэстера с HAA было значительно больше, чем у покрытия из полиэстера с TGIC. Это в основном связано с наличием азотистых элементов в самом ГАА и в процессе его производства, которые склонны к обесцвечиванию, а также с азотсодержащими примесями, остающимися после производства ГАА. В условиях высоких температур происходит ряд реакций, в результате которых образуются хромофорные группы, вызывающие пожелтение. В процессе запекания сохранение блеска полиэфирного покрытия TGIC первоначально оставалось неизменным, а затем резко снизилось при 250 °C. Это было в основном связано с вторичным плавлением покрытия при 250 °C, что привело к сильному эффекту «апельсиновой корки» на поверхности покрытия. В отличие от этого, сохранение блеска полиэфирного покрытия HAA оставалось неизменным или немного увеличилось при тех же условиях испытаний, главным образом за счет повторного выравнивания добавок на поверхности покрытия. Сравнивая результаты экспериментов с покрытиями из полиэстера-TGIC и полиэстера-HAA при различных температурах, можно заметить, что стойкость к пожелтению у полиэстера-TGIC значительно превосходит стойкость полиэстера-HAA. Однако при 250 °C покрытие из полиэстера-TGIC подвергается вторичному плавлению, что серьезно ухудшает его нормальное использование. Поэтому при использовании полиэстера-TGIC следует избегать чрезмерно высоких температур.  2.4 Тест на устойчивость к растворителям Таблица 3. Обработка растворителем покрытий различной толщины.ПокрытиеПолиэстер-ТГИЦПолиэстер-HAAТолщина (~45)μm)1728Толщина (~55)μm)3338Толщина (~65)μm)4041  2.5 Ускоренное испытание на искусственное выветривание