亞納米級硫酸鋇AY-103W在粉末涂料中的應用

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  【摘要】文章詳細討論了亞納米級硫酸鋇填料的性能，以及在粉末涂料中的應用，指出AY-103W亞納米硫酸鋇特別適用于薄涂粉末涂料。

    1、前言

    粉末涂料作為新興行業，在中國市場取得了較快發展和令人矚目的技術進步。填料(Filler)在熱固性粉末涂料配方設計和生產工藝中是不可或缺的。雖然填料成本相對較低，但在調節粉末涂料光澤、表面硬度、耐熱性、生產成本方面作用較大，對粉末涂料靜電噴涂的電性能也有較大影響。

    我國粉末涂料生產企業普遍使用硫酸鋇作為填料，用量很大，碳酸鈣填料次之。根據非金屬材料的物性，還采用少量的高嶺土、滑石粉、硅灰石、膨潤土等作為功能填充。應用于粉末涂料的硫酸鋇按生產工藝不同分為3大類：沉淀法、研磨法、復合法。

    沉淀硫酸鋇：由粗重晶石經轉化爐化學合成制得，具有純度高、粒徑分布窄等特點，不足之處是吸油量偏高、含有一定量機械雜質和粗粒子。

    研磨法硫酸鋇：利用球磨機或雷蒙磨、氣流磨等研磨設備，經超細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、產量大、吸油量低等特點，不足之處是純度不高、含有機械雜質、粒徑分布較寬、平均粒徑D50最低只能達到0.8?m左右。

    復合法硫酸鋇：是上述兩種工藝的深加工產品，比如在沉淀硫酸鋇合成過程中用氯化鋇替代部分硫化鋇，得到純度更高的產品；采用濕法研磨＋表面處理工藝生產的產品粒徑可通過工藝控制加以調節，吸油量相對較低、機械雜質較少、鋇含量更高。

    2、亞納米硫酸鋇

    安億集團納米材料有限公司生產的亞納米硫酸鋇AY-103W是聯合國內多家研究機構和大學共同開發的亞納米系列產品，綜合了沉淀法、研磨法工藝的優點，先進的納米技術賦予硫酸鋇產品高性能和高功能性，大大提高了產品檔次。亞納米硫酸鋇AY-103W的技術指標見表1，粒徑分布見圖1。

    3、試驗部分

    3.1試驗1

    3.1.1試驗方法及試驗結果

    為了更好地了解AY-103W在粉末涂料中的應用特性，我們將其與市場上常用的沉淀硫酸鋇和超細硫酸鋇進行對比試驗，顯微鏡下AY-103W、沉淀硫酸鋇、超細硫酸鋇的聚集形態見圖2。我們采用對比配方、平行試驗的方法進行試驗研究，環氧/聚酯型白高光粉末涂料試驗配方見表2，性能測試包括光澤度、耐溶劑擦拭、流平性(鮮映度)、白度、水煮試驗、鹽霧試驗、擠出速度等，試驗結果如表3所示。聚酯/TGIC型高光白色粉末涂料試驗配方見表4，試驗結果見表5。

    3.1.2分析與討論

    根據試驗結果我們可以得出以下結論：

    ·采用AY-103W的涂料配方無論在環氧/聚酯體系還是聚酯/TGIC體系中都能取得較常用沉淀硫酸鋇或超細鋇更高的涂膜光澤，涂層表面更豐滿，具有琉璃質感。

    ·采用AY-103W和沉淀鋇配制的兩種粉末涂料涂膜白度相當，比超細鋇涂層白度高很多。

    ·抗沖擊試驗結果表明，三種填料對涂層的影響一致，區別不明顯。

    ·100次丙酮擦拭試驗結果表明，采用AY103W的涂層光澤恢復速度更快。

    ·2h常壓水煮試驗結果表明，配方A和配方D的涂膜附著力和抗沖擊性能優于其它配方，同等條件下配方A和配方D的涂膜失光率更低，指甲劃痕將導致涂層輕微破壞。

    從表2可以看出，AY-103W填料95%的粒子粒徑小于1?m，比表面積大(5570m2/kg)，因此與樹脂、助劑結合性好，易被樹脂充分潤濕，形成的涂膜具有更好的耐化學品性。SEM電鏡觀察(圖略)發現，配方D和配方F的涂層結果差異較大，配方D涂層的SEM照片中幾乎觀察不到明顯的界面存在，而配方F涂層可發現許多海島結構。配方E涂層結構則介于配方D和配方F之間。

    AY-103W填料的表面形狀與聚集形態密切相關。在較高倍顯微鏡下AY-103W顆粒呈近似球形狀，顆粒間不粘連，亞麻仁油吸油值比常規沉淀鋇低，較超細鋇更低，與有機相(樹脂﹑固化劑和助劑等)相容性好，顆粒極其細小(D50約0.5?m)，固化形成的涂膜鐘AY-103W顆粒與其它組分充分融合，涂層均勻，沒有明顯的界面痕跡。相反，在含超細鋇的配方F中，超細鋇顆粒表面不規則，吸油值偏大，含有雜質(如碳酸鈣等)，與有機相相容性差，固化涂膜中的界面痕跡明顯，在外力破壞作用下容易表現為涂膜耐溶劑性差，光澤恢復慢，有時不能完全恢復，水煮后失光嚴重，易出現氣泡，容易劃傷，抗沖擊性能明顯降低。

    AY-103W雖具有更大的比表面積，為克服吸油值偏高問題，可在生產過程中加入特殊分散劑和表面處理劑，從而減小亞納米填料的吸油值。

    3.2試驗

    根據AY-103W填料顆粒不粘連，較滑爽，吸油值低，與樹脂相容性好等特點，若在配方中大量使用AY-103W填料得到的涂料應具有下料速度快，擠出速度快和擠出量大，且混煉效果更好等優勢，為此我們進行了另一組砂紋粉末配方試驗。

    3.2.1試驗方法及試驗結果

    采用聚酯/TGIC體系的灰綠色砂紋粉末配方以上述單螺桿擠出機進行試驗，試驗配方見表6。每個配方各噴涂制板5塊，除涂膜光澤和抗沖擊性測試外，著重進行了常壓2h水煮試驗和耐中性鹽霧試驗。水煮試驗后觀察樣板表面的光澤﹑顏色和狀態變化；鹽霧試驗時將受試樣板四周用石蠟密封，在標準鹽霧試驗箱中進行試驗，然后觀察涂膜樣板表面出現暗紅銹點的時間，試驗結果見表7。

    3.2.2分析與討論

    在配方G﹑H和I的擠出過程中，實驗用單螺桿D30擠出機未能顯示出明顯的電流變化(可能與制粉量少有關)。當擠出熔體從擠出機頭向外流出時，我們采用進口MT4型紅外線感應測溫儀測定熔體溫度，結果表明配方G熔體溫度為137℃~142℃，配方H和配方I熔體溫度分別是147℃~152℃和145℃~156℃，說明含AY-103W填料可改善粉末涂料的混煉效果，降低了熔體黏度和對螺桿螺套的摩擦，增加熔體流動性。水煮試驗和鹽霧試驗的初步結果也表明，AY103W填料比超細硫酸鋇﹑常用沉淀鋇更能提高粉末涂料性能。

    4、結論

    AY-103W系列亞納米級硫酸鋇作為全新的填料產品，其粒徑和粒度分布比常規沉淀鋇和超細鋇更好。AY-103W填料系列產品經特殊的表面改性處理，吸油量明顯降低，與樹脂相容性明顯提高，涂膜的水煮和耐溶劑試驗結果表明，AY-103W與聚酯樹脂和環氧樹脂之間產生化學吸附，具有偶聯劑作用，擠出的熔體溫度較低，AY-103W明顯改善了加工流動性，提高擠出生產率，這與AY-103W顯微鏡觀察的顆粒不粘連，無團聚結果是一致的。

    AY-103W填料粒徑分布窄，粗粒子(大顆粒)控制精確，吸油量低，表面改性使之部分有機化，很適合在薄涂粉末中使用，賦予涂膜更好的流平性和飽滿度。

    AY-103W亞納米硫酸鋇具有多方面特性，適用于各類粉末涂料尤其是薄涂粉末，粉末涂料生產或研究單位可根據下游用戶的需要，結合工藝及設備條件，開發出更好的粉末涂料產品，進一步提升產品檔次和競爭能力。（來源：全球涂料網）（更多資訊請登錄：全球涂料網 http://www.soutuliao.com/）