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粒度與粒度分布如何影響粉末涂料的生產和應用

丹東百特儀器有限公司  2022-02-21  點擊463次

近年來,粉末涂料以其固含量高、無揮發性有機物、生產過程能耗低、涂飾質量好等優點深受市場青睞。本文聚焦粉末涂料的生產和應用過程,探究粒度及粒度分布對產品性能的影響。

粉末涂料生產過程的第一步是填料和樹脂的熔融與混合,要求填料和樹脂混和均勻又不發生局部固化反應。要實現這個要求,填料的粒徑和粒度分布很重要。圖1是兩種不同粒度的二氧化鈦填料。

圖1 二氧化鈦A(x 50K)

圖1 二氧化鈦B(x 200K)

從圖1看,填料A 的粒徑明顯大于B的粒徑。理論上粒徑小的填料B更容易混合均勻。然而,事實恰恰相反,是粒徑大的填料A更容易混合均勻。為了探究出現這種反?,F象的原因,本文利用丹東百特儀器公司的Bettersize2600 激光粒度分析儀來測試填料A和B的粒度分布。

圖2 Bettersize2600激光粒度分析儀

圖3 二氧化鈦A和二氧化鈦B的粒度分布

如圖3所示,填料B 的粒度分布很寬,既有少量微米甚至10微米級顆粒,又有大量亞微米甚至納米級顆粒。這些亞微米和納米顆粒導致填料B的比表面積很大,顆粒間相互作用力很強,導致內部團聚現象加劇。從圖4的SEM圖像可以看出,填料B的這些大顆粒是由小顆粒團聚而形成,樹脂很難進到團聚的大顆粒中,這就是填料B反而更難混合均勻的原因。而填料A的粒徑大部分在0.4-1微米之間,分布很窄且不團聚,樹脂很容易分散在顆粒之間,所以更容易混合均勻。

圖4 二氧化鈦A(x 5K)、二氧化鈦B(x 50K)的SEM圖像

填料和樹脂熔融混合之后,下一道工序是粉碎和分級。粉末涂料的粒徑受到磨機、進料速度、氣流條件和分級等影響。圖5顯示了不同的粉碎分級工藝(A和B)對產品粒度分布的影響。

圖5 工藝A(上)和工藝B(下)制得的樣品的質量分數

在圖5中,工藝A為一次分級效果,粉末涂料主要由0 - 20 μm和20 - 80 μm的顆粒組成;工藝B為二次分級效果,粉末涂料幾乎全部由20 – 80 μm的顆粒組成。說明二次分級能夠有效降低粗端顆粒(> 80 μm)和細端顆粒(< 20 μm)的占比,得到粒度分布更窄的粉末涂料產品。為什么粉末涂料要求窄的粒度分布?因為在噴涂過程中,較大的顆粒速度快,率先落到工件表面,較小的顆粒運動速度慢,后落在涂層縫隙,兩者恰到好處會形成優勢互補,兩者差距太大將影響噴涂質量,并且,粒徑過細還容易吸濕成團,堵住噴槍,也容易漂浮在涂膜上產生氣泡和針孔,影響成膜效果。

結論

高質量的粉末涂料與填料粒度分布密切相關,通過激光粒度分析儀能有效監測和控制填料的粒度分布,從而保證粉末涂料的性能和質量。


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