亚纳米级硫酸钡AY-103W在粉末涂料中的应用

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  【摘要】文章详细讨论了亚纳米级硫酸钡填料的性能，以及在粉末涂料中的应用，指出AY-103W亚纳米硫酸钡特别适用于薄涂粉末涂料。

    1、前言

    粉末涂料作为新兴行业，在中国市场取得了较快发展和令人瞩目的技术进步。填料(Filler)在热固性粉末涂料配方设计和生产工艺中是不可或缺的。虽然填料成本相对较低，但在调节粉末涂料光泽、表面硬度、耐热性、生产成本方面作用较大，对粉末涂料静电喷涂的电性能也有较大影响。

    我国粉末涂料生产企业普遍使用硫酸钡作为填料，用量很大，碳酸钙填料次之。根据非金属材料的物性，还采用少量的高岭土、滑石粉、硅灰石、膨润土等作为功能填充。应用于粉末涂料的硫酸钡按生产工艺不同分为3大类：沉淀法、研磨法、复合法。

    沉淀硫酸钡：由粗重晶石经转化炉化学合成制得，具有纯度高、粒径分布窄等特点，不足之处是吸油量偏高、含有一定量机械杂质和粗粒子。

    研磨法硫酸钡：利用球磨机或雷蒙磨、气流磨等研磨设备，经超细研磨和表面改性的物理加工方法制得，具有能耗低、制造成本低、产量大、吸油量低等特点，不足之处是纯度不高、含有机械杂质、粒径分布较宽、平均粒径D50最低只能达到0.8?m左右。

    复合法硫酸钡：是上述两种工艺的深加工产品，比如在沉淀硫酸钡合成过程中用氯化钡替代部分硫化钡，得到纯度更高的产品；采用湿法研磨＋表面处理工艺生产的产品粒径可通过工艺控制加以调节，吸油量相对较低、机械杂质较少、钡含量更高。

    2、亚纳米硫酸钡

    安亿集团纳米材料有限公司生产的亚纳米硫酸钡AY-103W是联合国内多家研究机构和大学共同开发的亚纳米系列产品，综合了沉淀法、研磨法工艺的优点，先进的纳米技术赋予硫酸钡产品高性能和高功能性，大大提高了产品档次。亚纳米硫酸钡AY-103W的技术指标见表1，粒径分布见图1。

    3、试验部分

    3.1试验1

    3.1.1试验方法及试验结果

    为了更好地了解AY-103W在粉末涂料中的应用特性，我们将其与市场上常用的沉淀硫酸钡和超细硫酸钡进行对比试验，显微镜下AY-103W、沉淀硫酸钡、超细硫酸钡的聚集形态见图2。我们采用对比配方、平行试验的方法进行试验研究，环氧/聚酯型白高光粉末涂料试验配方见表2，性能测试包括光泽度、耐溶剂擦拭、流平性(鲜映度)、白度、水煮试验、盐雾试验、挤出速度等，试验结果如表3所示。聚酯/TGIC型高光白色粉末涂料试验配方见表4，试验结果见表5。

    3.1.2分析与讨论

    根据试验结果我们可以得出以下结论：

    ·采用AY-103W的涂料配方无论在环氧/聚酯体系还是聚酯/TGIC体系中都能取得较常用沉淀硫酸钡或超细钡更高的涂膜光泽，涂层表面更丰满，具有琉璃质感。

    ·采用AY-103W和沉淀钡配制的两种粉末涂料涂膜白度相当，比超细钡涂层白度高很多。

    ·抗冲击试验结果表明，三种填料对涂层的影响一致，区别不明显。

    ·100次丙酮擦拭试验结果表明，采用AY103W的涂层光泽恢复速度更快。

    ·2h常压水煮试验结果表明，配方A和配方D的涂膜附着力和抗冲击性能优于其它配方，同等条件下配方A和配方D的涂膜失光率更低，指甲划痕将导致涂层轻微破坏。

    从表2可以看出，AY-103W填料95%的粒子粒径小于1?m，比表面积大(5570m2/kg)，因此与树脂、助剂结合性好，易被树脂充分润湿，形成的涂膜具有更好的耐化学品性。SEM电镜观察(图略)发现，配方D和配方F的涂层结果差异较大，配方D涂层的SEM照片中几乎观察不到明显的界面存在，而配方F涂层可发现许多海岛结构。配方E涂层结构则介于配方D和配方F之间。

    AY-103W填料的表面形状与聚集形态密切相关。在较高倍显微镜下AY-103W颗粒呈近似球形状，颗粒间不粘连，亚麻仁油吸油值比常规沉淀钡低，较超细钡更低，与有机相(树脂﹑固化剂和助剂等)相容性好，颗粒极其细小(D50约0.5?m)，固化形成的涂膜钟AY-103W颗粒与其它组分充分融合，涂层均匀，没有明显的界面痕迹。相反，在含超细钡的配方F中，超细钡颗粒表面不规则，吸油值偏大，含有杂质(如碳酸钙等)，与有机相相容性差，固化涂膜中的界面痕迹明显，在外力破坏作用下容易表现为涂膜耐溶剂性差，光泽恢复慢，有时不能完全恢复，水煮后失光严重，易出现气泡，容易划伤，抗冲击性能明显降低。

    AY-103W虽具有更大的比表面积，为克服吸油值偏高问题，可在生产过程中加入特殊分散剂和表面处理剂，从而减小亚纳米填料的吸油值。

    3.2试验

    根据AY-103W填料颗粒不粘连，较滑爽，吸油值低，与树脂相容性好等特点，若在配方中大量使用AY-103W填料得到的涂料应具有下料速度快，挤出速度快和挤出量大，且混炼效果更好等优势，为此我们进行了另一组砂纹粉末配方试验。

    3.2.1试验方法及试验结果

    采用聚酯/TGIC体系的灰绿色砂纹粉末配方以上述单螺杆挤出机进行试验，试验配方见表6。每个配方各喷涂制板5块，除涂膜光泽和抗冲击性测试外，着重进行了常压2h水煮试验和耐中性盐雾试验。水煮试验后观察样板表面的光泽﹑颜色和状态变化；盐雾试验时将受试样板四周用石蜡密封，在标准盐雾试验箱中进行试验，然后观察涂膜样板表面出现暗红锈点的时间，试验结果见表7。

    3.2.2分析与讨论

    在配方G﹑H和I的挤出过程中，实验用单螺杆D30挤出机未能显示出明显的电流变化(可能与制粉量少有关)。当挤出熔体从挤出机头向外流出时，我们采用进口MT4型红外线感应测温仪测定熔体温度，结果表明配方G熔体温度为137℃~142℃，配方H和配方I熔体温度分别是147℃~152℃和145℃~156℃，说明含AY-103W填料可改善粉末涂料的混炼效果，降低了熔体黏度和对螺杆螺套的摩擦，增加熔体流动性。水煮试验和盐雾试验的初步结果也表明，AY103W填料比超细硫酸钡﹑常用沉淀钡更能提高粉末涂料性能。

    4、结论

    AY-103W系列亚纳米级硫酸钡作为全新的填料产品，其粒径和粒度分布比常规沉淀钡和超细钡更好。AY-103W填料系列产品经特殊的表面改性处理，吸油量明显降低，与树脂相容性明显提高，涂膜的水煮和耐溶剂试验结果表明，AY-103W与聚酯树脂和环氧树脂之间产生化学吸附，具有偶联剂作用，挤出的熔体温度较低，AY-103W明显改善了加工流动性，提高挤出生产率，这与AY-103W显微镜观察的颗粒不粘连，无团聚结果是一致的。

    AY-103W填料粒径分布窄，粗粒子(大颗粒)控制精确，吸油量低，表面改性使之部分有机化，很适合在薄涂粉末中使用，赋予涂膜更好的流平性和饱满度。

    AY-103W亚纳米硫酸钡具有多方面特性，适用于各类粉末涂料尤其是薄涂粉末，粉末涂料生产或研究单位可根据下游用户的需要，结合工艺及设备条件，开发出更好的粉末涂料产品，进一步提升产品档次和竞争能力。（来源：全球涂料网）（更多资讯请登录：全球涂料网 http://www.soutuliao.com/）