卷材涂料产生粗粒的原因及预防措施

 刘 毅 李凤芹 陈宝莲( 山东威海市油漆厂, 264200)
孙兆祥( 威海市通顺监理公司, 264205)

1 引言
预涂卷材是指在成卷的金属板上, 采用连续化生产方式, 涂装上涂料形成的复合金属板材。涂膜的质量直接关系到预涂卷材的使用寿命, 同时也能展现美丽的色彩、光泽及平滑装饰性[ 1] ; 因而对卷材涂料的涂装和涂膜表面状态有较高的要求。如果涂装工艺不过关, 或操作不当, 就会出现质量问题。所以从事卷材涂料工作的技术人员应该重视涂装工艺, 并去认真实施。在卷材涂料生产中会出现: 同一批漆生产出来在短时间内, 涂装过程中不会出现涂膜表面粗糙的情况, 但是放置1~ 2 个月或更长时间, 即会出现漆膜表面粗糙的问题。但不是所有的漆都如此, 而是一桶好, 一桶坏, 没有规律性。尤其是银色漆, 因为粗粒的存在, 涂装时则会出现拉丝、表面有气泡、不平整等弊病, 使涂膜表面粗糙。

2 实验部分
2.1 容易产生粗粒的银色漆配方及原料分析
根据配方构成, 分析各种原材料的特点。用排除法进行比较, 可能使涂膜表面粗糙的材料分别是: 铝粉、蜡粉及消光粉, 这三种原材料均为固体料。生产过程中如果出现疏忽或不严格按工艺操作, 就会分散不良。尽管当时生产出来的产品都是合格品, 而产品在贮存过程中却会出现"返粗"现象, 下面从试验和理论上阐述。


生产釜中的粗糙颗粒可能由铝粉、蜡粉及消光粉等产生, 在生产时, 生产釜中的搅拌做离心运动( 如图1 所示) , 根据离心原理, 釜内任何一点的线速度公式如下: VL = KR/ G, 线速度VL 恒定, K为常数, 那么距离R 与颗粒质量G 成正比, 即颗粒越大越靠向釜壁, 颗粒越小越靠向搅拌轴, 颗粒也因自身质量沉向釜底, 这样粗颗粒主要分布在釜底和靠近釜壁的四周部分, 而釜的中间部分很少,过滤包装后, 桶内一部分粗颗粒较多, 一部分粗颗粒则较少[ 2] 。
2.2 试样的对比实验
通过在涂装现场和实验室对不同批号的银色漆和其他供应商提供的银色漆进行涂装对比实验, 结果表明, 银色漆在涂装过程中涂膜表面粗糙的原因是涂料本身存在粗粒, 与涂装条件、涂装工艺及溶剂的使用无关, 银色漆本身出现的问题可从两方面来分析:
1) 银色漆原材料本身问题
2) 银色漆生产工艺问题
2.2.1 微粉化蜡分散对比实验
按现有生产工艺对微粉化蜡作了分散实验。先在0.37L 的罐内加200g 溶剂, 在搅拌状态下加20g 微粉化蜡, 高速搅拌( 2000r/ min) 10min, 用50Lm 滤袋过滤, 将滤过的蜡浆刮涂于5cm* 15cm的铝板上。在70ºc , 50min 的条件下烘干; 未见板面粗糙。当改用150Lm 滤袋过滤后, 可发现涂出的板面全是颗粒。50Lm 滤袋过滤很慢, 而用150Lm 滤袋过滤速度就快了; 生产中为了省时间,不排除有这一违章操作。对于用150Lm 滤袋过滤的蜡液配成漆样并刮涂制板, 在220 ºc 、1min 的条件下烘干; 未发现板面粗糙。虽然如此, 只是暂时表现不出来; 也许是因为铝粉是鳞片状的定向排列具有遮盖作用。
2.2.2 铝粉分散对比实验
对氧化并存放时间较长的铝粉和存放半年的新铝粉分别制漆涂板。结果表明: 氧化的铝粉板面较暗, 并且有不容易分散的颗粒附在表面上。而新铝粉涂的板面较亮、金属感较强, 并且很容易分散;板面平整无颗粒存在。如果对铝粉的应用缺乏了解, 也将会使涂料产生粗粒。
2.2.3 油漆体系与温度的关系
取出部分有问题的油漆通过水浴加热至50 ºc ,然后用稀释剂兑稀涂板, 板面效果较好。放置让其自然冷却回复至室温, 再用稀释剂兑稀涂板, 即表面粗糙, 很显然该漆产生了凝聚。通过加热, 油漆体系内分子总在不停地做布朗运动, 增加热能使分子聚集体解散; 所以板面效果较好, 而一旦冷却又凝聚如初。
2.2.4 存贮实验
涂料贮存时其颜料粒子间存在相互作用力, 主要为: 色散力( 范德华引力) 、静电力( 斥力) 和空间位阻( 斥力) 。防止颜料絮凝主要是克服色散力, 两粒子之间的色散力随粒子直径的增加而增大, 也随粒子距离的减小而增大[ 2] 。刚生产的银色漆, 颗粒分布较多, 即使漆中加入过期的铝粉, 也表现不出表面粗糙的情况, 因为这种颗粒的大小还不足以达到这一程度。而银色漆在贮存过程中, 铝粉不可避免的要沉降下来, 贮存时间较长, 铝粉、色浆、固体料处于漆桶的下部,树脂、助剂、溶剂相对处于漆桶上部。由于铝粉粗颗粒可能产生自聚团, 加之蜡粉的黏附性较强, 有可能与铝粉团聚, 也可能自身团聚; 而铝粉中的粗颗粒和蜡颗粒会产生这种团聚和自团聚的倾向。团聚的颗粒较大, 涂装后, 漆膜表面粗糙, 并且可明显的看到满板的颗粒。所以在生产中, 由于工艺的原因或操作因素, 造成颗粒分布不均匀和粗粒的产生, 同时也影响到产品质量的稳定。
2.2.5 实验结论
通过实验证实: 要使银色漆体系稳定, 只要选用优质的铝粉, 严格按照生产工艺将微粉化蜡分散细、消光粉分散均匀, 这样运动中的颜料粒子就不能相互靠近, 整个粒子体系处于稳定状态, 不足以达到凝聚而产生粗粒。

3 对策及措施
3.1 铝粉的分散
选用铝粉应避免使用过期的铝粉, 如果使用过期的铝粉一定要确认其分散性, 没用完的铝粉应密封保存。
( 1) 取配方量溶剂的1/ 3~ 1/ 2 浸泡铝粉, 以浸没铝粉为宜, 浸泡( 1 ~ 8) h ( 根据铝粉量而定) 。
( 2) 在铝粉分散时加入适量的润湿分散剂, 用量为铝粉量的2%左右, 会达到更好的分散效果。
( 3) 确认铝粉分散质量的方法: 取1 份铝粉浆用3~ 5 倍稀释剂稀释, 用钢勺搅匀, 如果钢勺上的铝粉均匀无团聚颗粒, 说明已分散好。
( 4) 铝粉加入漆后, 搅拌速度应为( 700 ~1000) r/ min 为宜。
3.2 微粉化蜡的分散
先取干净合适的容器, 加入配方量的微粉化蜡和溶剂, 盖上盖子开动搅拌, 在( 1500~ 2000) r/ min转速下搅拌15min, 高速分散时, 分散温度不能超过50 ºc , 以防止蜡粉融化, 搅拌完毕, 目视无颗粒或细的浆状即可。加入配方中树脂( 树脂与蜡的比例为7: 3 或8: 2 为宜) 与之混合, 高速搅拌15 min 左右, 细度不大于10Lm 并适当补加溶剂,采用50Lm 滤袋过滤, 备用。
3.3 消光粉的分散
消光粉的加入一定要在搅拌下缓慢加入, 切忌急切倾倒, 以防止成团和不均匀。消光粉分散时也应加入部分树脂( 树脂与消光粉的比例为7: 3 或8: 2) 与之混合, 以防止与空气接触的部分结皮。如果选用的是国产消光粉( 或表面未经处理的消光粉) 好加入一部分树脂, 用砂磨进行快速研磨分散, 待细度小于25Lm 时备用, 但这样可能会损失部分消光效果。

4 总结
卷材涂料在施工过程中漆膜表面产生粗粒的原因可汇总如下:
( 1) 生产工具、容器和包装时的不洁净带来的机械杂质;
( 2) 施工环境带来的粉尘;
( 3) 四季变化未能及时调整相应的配套溶剂;
( 4) 施工环境与生产环境温差变化对油漆贮存的影响;
( 5) 主体树脂与交联固化树脂的混溶性;
( 6) 涂装前的过滤;
( 7) 原材料前处理工艺不当;
( 8) 生产过程中的操作不当;
( 9) 油漆贮存过程中体系内所发生的物理和化学反应。
通过分析和实验确认, 由于对生产工艺的不严格控制和执行, 使卷材涂料在贮存过程中发生了物理和化学变化, 打破了油漆体系在贮存过程中的相对稳定, 从而造成颗粒团聚, 使产品质量不稳定,造成损失和浪费。