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鈦白粉對涂膜光澤的影響因素分析

發布者:廣東省涂料行業協會   發布時間:2020-4-9 14:43:57

引言

涂料,我國傳統稱為“油漆”,是一種材料。這種材料可以采用不同的施工工藝涂覆在物件表面上,形成粘附牢固、具有一定強度、連續的固態薄膜。這樣形成的膜通稱涂膜,又稱漆膜或涂層。


光線投射到物體的表面發生光線的反射,物體表面對光線的反射能力稱為光澤,不同物體表面的光澤是不一樣的,衡量物體表面對光線反射能力的大小,稱之為光澤度。物體表面的光澤越高,說明其反射光線的能力越強。


影響涂料涂膜光澤的因素有很多,如樹脂、顏填料、分散劑、顏基比、底材、涂膜顏色、表面的平整度等。顏料只是涂料組分的一種,顏料本身無光澤,涂膜才有光澤,但在實際生產中顏料特征的影響決定了涂膜的光澤。鈦白粉作為涂料中一種重要的顏料,其粒徑、表面處理、分散性、吸油量以及在涂料中的添加量(顏料體積濃度,PVC)等參數對涂膜的光澤都有一定的影響。



1  實驗部分

1.1 主要原材料

醇酸清漆(C01-1):工業級,常州光輝。丙烯酸樹脂(LP64/12N):工業級,贏創化學。鈦白粉、涂料通用助劑(稀釋劑)均為市售工業品。


1.2 實驗儀器

全自動混勻機(RH-1):鄭州三華;自動涂膜機(PTA-2101):畢克化學;光澤度計(BYK4446):畢克化學;高速分散機(SFJ-400):上?,F代;激光粒度儀(Bettersize3000):丹東百特;刮板細度計:上?,F代;漆膜涂布器:槽深為(150 ) ,上?,F代。



1.3 試驗方法

稱取相同質量的玻璃珠、丙烯酸樹脂溶液(固含量26%)和鈦白粉樣品(顏料體積濃度PVC:16%),放入全自動混勻機中分散,將分散好的漆料放置在自動涂膜機上,用漆膜涂布器以固定的壓力,約100 mm/s的速度在鏡面玻璃板上進行刮涂,形成平整的漆膜。在溫度為(23±2)℃和相對濕度(50±5)%的條件下干燥16 h后,進行光澤度的測定。測定依據為《GB/T 9754-2007色漆和清漆不含金屬顏料的色漆漆膜的20°、60°和85°鏡面光澤的測定》。



2 結果和討論


2.1鈦白粉粒度對涂膜光澤的影響

通過激光粒度儀測試不同粒度的鈦白粉后,根據實驗方法1.3測試其對應的漆膜光澤。涂膜光澤和顏料粒度分布測定結果見表1。


 表1 涂料中鈦白粉粒度和涂膜光澤


從表1測定結果表明,0.5 μm以上的粒子含量多,對涂膜光澤影響很大,同時也要關注0.2 μm以下粒子(小粒子)在成膜過程中可能產生的聚集,都會使涂膜產生微觀的凹凸,使光澤度降低。見圖1。


圖1:鈦白粉粒徑分布與涂膜的關系 


2.2 表面處理對涂膜光澤的影響

表面處理屬于鈦白粉后處理工序的核心部分,又稱為鈦白粉的包膜。其目的就是提高鈦白粉的應用性能,使其在不同的應用場合都具有優異的使用效果。包膜根據其在二氧化鈦表面包覆所需物質的性質可以分為無機包膜和有機包膜,不同的包膜物對光澤的影響也會不同。選取了不同表面處理的鈦白粉按照1.3實驗方法進行涂膜光澤的測試,測試結果見表2。


表2 不同表面處理和涂膜光澤

 


從表2可以看出,不同包膜的鈦白粉,漆膜的光澤會存在差異。目前國內的致密硅包膜工藝欠成熟,因此硅鋁包膜產品相對于鋯鋁產品光澤度是偏低的。由于粒子表面不夠致密均勻或疏松多孔、導致涂膜不夠平滑,產生消光作用降低了涂料的光澤。同時采用TME為有機處理劑處理的產品相對于TMP、硅烷類處理的產品光澤略好。對于鈦白粉生產企業來說還要關注表面處理后可溶性的雜質離子如:Na+、Cl-、SO42-等,這些會影響分散和分散穩定性。


2.3 吸油量對涂膜光澤的影響

顏料的吸油量指的是將100 g鈦白粉完全潤濕需要油的最低克數,即把顏料與油剛好黏合成團的用油量。一般顏料粒子細,比表面積大,凝聚和絮凝的顆粒多,粒子間間隙大,吸油量就會高,接近球狀粒子則吸油量低。


對于溶劑型涂料,高吸油量的鈦白粉在溶劑型涂料中,按照原有的配方進行配比、 研磨分散,一部分溶劑油被鈦白粉吸收,使溶解樹脂的油不足,樹脂的溶化程度降低,影響鈦白粉對樹脂的吸附,導致分散性和分散穩定性降低。


同時,體系黏度增高,涂膜的流平性能差,影響了涂膜表面的平整度,從而降低了涂膜的光澤。以下為采用類似的表面處理工藝但吸油量不同的產品按1.3中的方法制成漆膜后的實驗結果,見圖2。

 

圖2  吸油量和光澤度的關系


從圖2來看,鈦白粉吸油量高,在溶劑型涂料中漆膜光澤相對要低,吸油量影響了涂膜表面的平整度,導致光澤的下降。


2.4 顏料的分散性對涂膜光澤的影響

涂膜的光澤與涂膜表面的粗糙度有緊密的關系,光線射到涂膜表面時,一部分被涂膜吸收,一部分會發生反射和散射。還有部分發生折射。涂膜表面越是平滑,則反射的光線越多,光澤就越高,反之,光澤就越低。粒子分布較集中,沒有多的粗顆粒的鈦白粉能夠更好地、更加均勻地分散于體系中,易形成較平滑完整的涂膜,這樣的涂膜光澤較高。見圖3 。

 

圖3 鈦白粉分散程度和顏料特性


分散性的測定依照《GB/T 21868.3-2008顏料和體質顏料 評定分散性用的分散方法 第3部分:用高速攪拌機分散》進行,分散過程采用醇酸清漆(固含量:40%),在高速分散機的剪切線速度10.5 m/s,高速分散時間10 min,在高速分散之前要調整漆漿的黏度相同或相近,確保相同的剪切力進行高速分散,其測試結果如圖4。


圖4 分散細度和光澤度的關系


從圖4測試結果來看,分散細度低的顏料,其漆膜的光澤相對比較高。未分散的顆粒越多,越易形成粗糙的涂膜層,從而降低了漆膜的光澤度。


2.5 顏料體積濃度對光澤的影響

一般鈦白粉涂膜伴隨顏料體積濃度(PVC)的增加,鏡面光澤有下降的傾向。如圖5所示的丙烯酸涂膜。PVC在10%時,涂膜存在1~ 2 μm的缺陷,但其密度低,光澤高;隨著PVC上升,如圖6模型所示,缺陷尺寸變小,密度增加,光澤急劇下降。


 

    圖5  丙烯酸漆的PVC和光澤的關系

 

圖6 表面微觀缺陷生成模型


由以上結果可以看出,隨著PVC的不斷提高,漆膜的表面粗糙度也會有所提高。同時在成膜過程中溶劑揮發形成的下層和上層的對流使得顏料在漆膜中運動,使顏料在漆膜中分布不均,造成漆膜光澤的大幅下降。



3 結語


? 鈦白粉的粒徑超過0.5μm的粗粒子含量及低于0.2μm粒子(小粒子)含量要少且粒徑分布較集中,有利于提高涂膜的光澤;


? 粒子表面包覆物致密會提高涂膜光澤,因國內致密硅包覆工藝欠缺,目前國內的鋯鋁包膜產品的光澤度好于硅鋁產品,TME處理的產品光澤度略好于TMP、硅烷類。同時鈦白粉生產企業要控制表面處理后可溶性的雜質離子如:Na+、Cl-、SO42-含量;


? 鈦白粉吸油量高會導致分散性和分散穩定性降低,體系的黏度增高,會使涂膜的流平性能差,影響了涂膜表面的平整度從而降低了涂膜的光澤;


? 鈦白粉的粒子分布比較集中且沒有多的粗顆粒,能夠更好的、更加均勻的分散于體系中,形成比較平滑完整的涂膜,涂膜光澤度高;


? 在能夠滿足涂膜性能(遮蓋、白度以及其他涂膜的機械性能)的前提條件下,可以通過適當減低PVC的方式提高涂膜的光澤。


綜上所述,要想獲得高光澤的涂膜,不論是鈦白粉生產工廠還是涂料的配方設計,須要考慮鈦白粉的影響因素。鈦白粉只是涂料組分的一種,在涂料配方設計中還要考慮到樹脂、分散劑、顏基比、底材等影響因素,在配方設計過程中找到最佳的平衡點以獲得好的涂膜光澤。






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