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粉末涂料助剂——Ⅱ 抗氧化剂、颜料分散剂等

     1抗氧化剂(或热稳定剂)

 
    抗氧化剂(或热稳定剂)被用来防止在过烘烤中涂层的黄变。一般情况下,它们是空间位阻抑制型抗氧化剂和耐水解的有机磷酸盐的混合物。粉末涂料在受到高温烘烤或日光照射后会发生老化、黄变等现象严重地影响了产品的外观及性能,为了防止或降低这种趋势的发生,通常采用添加抗氧化剂或热稳定剂的方式来实现。虽然影响涂膜老化的因素很多,如树脂、颜料、添加剂的质量和类型、涂料的配方设计、生产工艺、温度、大气、湿度等自然因素,但适宜的添加剂的应用确实降低了这种趋势的发生。抗氧化剂就是一种抑制或延缓聚合物氧化降解的物质。抗氧化剂的品种很多,功效也不尽相同,按
 
    其机理可分为两大类:一类叫链终止型抗氧化剂(chain-breakingantioxidant),此类抗氧化剂与高分子中产生的自由基反应中断链的增长,也称为主抗氧化剂;另一类叫预防型抗氧化剂(preventiveantioxidant),该类抗氧化剂能抑制或减缓引发过程中自由基的生成,又称辅助型抗氧化剂。主抗氧化剂有受阻酚类,仲芳胺类,辅助型抗氧化剂有亚磷酸酯类、二硫代氨基甲酸金属盐类等。
 
    应用抗氧化剂应该考虑如下的因素:(1)变色性。(2)挥发性。(3)溶解性。(4)聚合物的结构。(5)热的影响。(6)金属离子的影响。(7)协同效应。(8)抗氧化剂使用量。
 
    2颜料分散剂
 
    在高颜料的粉末涂料中,分散剂的加入通常会降低熔融黏度,提高光泽,显影度DOI和流平性。推荐使用改性聚乙烯蜡和酰胺蜡。但是吸附在沉淀二氧化硅上的疏水性的磺酸锌是一种更有效的分散剂。推荐用量为1%-7%(按供应品计)。添加量取决于颜料的类型和可分散性。而后者可以通过对颜料的表面处理来改善。
 
    一个更新的进展是使用预分散(有机)颜料(也叫颜料预制品),它其实就是将高浓度的颜料预分散到低分子量的聚酯树脂中的颜料母料。
 
    3紫外线吸收剂和光稳定剂
 
    紫外线吸收剂(UVabsorber)是一种预防型的稳定助剂,在紫外光危及聚合物结构之前选择性地、强烈地吸收紫外光,并将其转换成无害的低能辐射,防止紫外光对聚合物的降解作用。典型的紫外线吸收剂的光物理过程是分子内所形成的氢键螯合环吸收光量子,吸入的能量切断氢键螯合环,这一进程中把光能转化为热能释放。紫外线吸收剂分子内形成的氢键越强,键的裂解能越高,可以吸收紫外线的能量也越多,对聚合物的降解保护也越彻底。紫外线吸收剂的防护效果取决于被保护涂膜的厚度。根据朗伯·比尔定律:
 
    E(λ)=ε(λ)·c·d
 
    式中:ε-波长的摩尔吸光系数;
 
    c-紫外线吸收剂的浓度;
 
    d-涂膜厚;
 
    E-在λ波长下的吸光度。
 
    同一种紫外线吸收剂在不同浓度、膜厚时其吸收紫外线的能力也是不同的,涂膜越厚紫外线吸收剂的防护效果越好。常用的UV吸收剂有二苯甲酮类化合物,苯并三唑类化合物(如Tinuvin900)。紫外线吸收剂可以防止涂料在太阳光的直接照
 
    射下光降解。他们将日光中的紫外线吸收或者转化成无害的热,从而消除太阳光对涂层的损害。
 
    光稳定剂能够通过封闭活性中心来阻止聚合物分子的光化学降解。光稳定剂受阻胺是一种自由基捕获剂,主要包括呱啶类、咪唑烷酮类、氮杂环烷酮类衍生物,在高分子材料的光氧化中这类化合物通过捕获自由基、分解氢过氧化物、猝灭激发状态能量
 
    来达到防老化目的,一般用于有色系统。
 
    通常情况下,紫外线吸收剂和受阻胺是一同使用的,两者并用可获得非常好的光稳定效果。同时受阻胺光稳定剂(HALS)和亚磷酸酯抗氧化剂混合使用也具有协同作用。二者的协同作用可以为涂层提供诸如防光泽降低,防分解,防剥落,防变色等更好的保护。推荐的使用浓度为:1%-1.5%的UVA,0.5-2.0%的HALS(按基料计)。羟苯基苯并三唑的衍生物是一种非常常见的紫外线吸收剂,而受阻胺(HALS)则几乎都是2,2,6,6-四甲基哌啶的衍生物。他们可以提高粉末涂料的室外耐久性,包括用于透明粉的紫外光吸收剂和用于色漆的受阻胺类光稳定剂(HALS)。
 
    4抗静电剂和电荷控制剂
 
    通过加入抗静电剂和电荷控制剂可以降低粉末涂料和涂层的表面电阻率。尽管得到的结果类似,但是这两种助剂的用途是不同的。抗静电剂是提高涂层向地面传送静电的能力,而电荷控制剂则是提高粉末上粉率和粉末向法拉第笼穿透的能力。采用电晕放电装置通过放电吸附便可以使颗粒带电。但是这种充电效率是非常低的,因为电晕产生的空气离子中只有0.5%吸附到粉末颗粒上。而剩余的空气离子则被迁移到工件上并在粉末层上聚集沉淀。粉末颗粒的电阻率越低,其带电效率越高,因此抗静电剂可以提高粉末颗粒的带电效率。这样就可以减少喷涂时间并可以降低工作电压。高分子表面的高表面电阻致使产生的静电荷很难排泄出去,一般可以通过以下方式获得:
 
    (1)提高加工环境的湿度有利于抑制静电荷的产生和促使电荷的泄漏;
 
    (2)改善聚合物的结构,如引入极性化或离子化
 
    基团以提高导电性;
 
    (3)加入导电性材料,如金属粉、炭黑等;
 
    (4)添加抗静电剂提高材料的极性或吸湿性。
 
    以上几种方法各具特点,其中湿气对材料的表面电阻或体积电阻影响很大,而添加金属粉末或改善高分子材料等不是在任何应用场合下都可以轻松获得的,有局限性,而添加抗静电剂的方法最简单易行。
 
    抗静电剂按亲水基能否被电离可分为离子型和非离子型。如果亲水基电离后带负电则为阴离子型,带正电则为阳离子型,主要利用表面活性特征吸附空气中的水分,表面活性剂产生极化形成极薄的导电层,构成电荷泄漏通道。绝大多数抗静电效果取决于化合物结构和环境的相对湿度。与吸湿机理相比,添加抗静电剂所产生的润滑作用而由此降低的摩擦系数也抑制了静电荷的产生。抗静电剂的添加量和高分子结构及使用环境相关,过多的加入会导致喷涂效率的降低甚至产生不吸附现象。阴离子型抗静电剂,一般有硫酸衍生物、磷酸衍生物和高分子量的阴离子型聚丙烯酸盐等。阳离子型有季铵盐类、烷基咪唑啉类等。非离子型则有脂肪酸、醇、烷基酚的环氧加合物,胺类衍生物等。绝大部分抗静电剂都属于阳离子型季铵盐类和阴离子磺酸衍生物,尤其是胺类的品会对环氧体系产生催化作用或导致过烘烤黄变。同时过多的导入也会导致带电性降低从而影响吸附率。一般情况下是把它们加到预混合料中(挤出前),也可以采用后混合工艺将他们涂在粉末粒子上。典型的加入量是1%-2%,在这个加量下他们可以将表面电阻率从(1013-1014)Ψm降到(109-1012)Ψm.
 
    当用电晕枪时,粉末的电阻率在1012Ψm左右。如果粉末的导电性太强,他们就会很快地失去电荷从而不能够吸附到基材上。有一些抗静电剂是含环氧类粉末的催化剂或者在固化时会产生黄变,因此需慎重选择。
 
    由于粉末粒子的带电效率大约0.5%,其它大部分为自由离子,它们会随着喷涂过程吸附在被涂表面并产生累积直至排斥或放电为止,严重地影响了粉末的进一步沉积和凹槽面上粉率。而表面电荷调节剂可以平衡或改善被涂工件表面的自由离子的累积,从而改善喷涂效果,使厚膜涂装也成为可能。Cognis,Ciba精化和Lubrizol供应这种产品。
 
    5摩擦增电剂
 
    摩擦静电喷涂通过选用恰当的材料作为喷枪枪体,在涂装时粉末涂料颗粒在压缩空气的推动下与枪体内表面以及输粉管内壁发生摩擦而带电,带电的粉末涂料颗粒离开枪体飞向工件并吸附于工件表面,从而达到涂装的目的。因此,制作喷枪枪体的材料首先应能使绝大多数粉末涂料粒子通过与之摩擦而带电,且枪体材料及粉末涂料的电负性相差越大越好;其次,枪体材料要有良好的耐磨性能。静电涂装很难对拐角或凹槽处产生非常好的涂装效果,而摩擦带电喷涂可以较好地解决这类问题,因为摩擦枪不产生很强的电压,不会在工件表面附近产生很强的电场以阻止带电粒子的飞入,因此可以较好地克服法拉第屏蔽效应。一些形状复杂、有很多边角沟槽的工件使用摩擦静电喷涂方法进行施工是一个明智的选择。
 
    6防结块(自由流动)剂
 
    二氧化硅,尤其是气相二氧化硅可采用后混合法与粉末涂料混合,是一种非常高效的防结块剂。这些添加剂的颗粒是非常细的,一般在10nm-40nm之间,可以和挤出的片料一起粉碎,也可以直接加入到粉碎好的粉末中。当选择共粉碎时,一些特别细的颗粒会进入到收集袋中,但是人们还是希望使用这种方法,否则又要多一道工序。
 
    7抗表面划伤剂和增滑剂
 
    它们的作用是提高光滑度,增强抗划伤、抗磨损性和防粘连性能,从而降低在加工和使用涂料制品时的机械损伤。滑爽是指低的表面摩擦阻力;抗表面划伤或损伤是指能够抵抗锋利或者坚硬物体的损害;抗磨损是指能够抵抗粗糙的或坚硬的物体的损害;抗粘连是指防止表面粘着的能力。可以用下面的解释来完善上述定义:抗划伤能力依赖于硬度,如同一些弹性体都具有较好的抗划伤能力;抗擦伤能力隐含着抗划伤能力,但是它同时意味着防污能力;防粘连能力是指防止两个表面即使在压力下也不相互粘结。
 
    8催化型固化剂(促进剂)
 
    所谓催化型固化剂是以阳离子方式或阴离子方式使环氧基开环加成聚合,最终固化剂不参加到网状结构中去,催化型固化剂分为阴离子聚合型和阳离子聚合型,例如咪唑类就是常用的阴离子聚合型固化剂。催化剂的目的是加速烘烤时的反应、降低烘烤时间,还要降低固化温度。因为只需要加入很少的量。一般树脂生产商都将它们制成母料来出售。