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                 2018/9/23  

粉末涂料固化度与玻璃化温度的关系的探讨

来源:  中国涂料在线www.coatingol.com   发布时间: 2018/9/5 13:58:15   

    摘要:很多情况下,我们在测涂层固化度的时候,在DSC图谱中都能看到玻璃化温度的身影,但是这两个常用指标之间有没有必然联系?在现有的文章中很难查到。本文针对这方面的关联进行了探讨。

    0前言

    随着环保的压力越来越大,汕漆涂料因为VOC的问题,再次被推在了涂料行业的风口浪尖。粉末涂料应当借助这样的机会争取在市场重新洗牌的过程中占领越来越多的份额。需要市场人员的大力推广。当然也需要技术人员在这样的形势下,提高配方水平和研发实验的支持力度。需要技术人员引入更多的评价标准来对涂料进行综合的衡量。

    1粉末涂料固化度

    1.1粉末涂料固化度的应用

    粉末涂料固化度是指粉末涂料中树脂发生固化交联反应的程度,即树脂基体中已发生交联反应的官能团数目占可固化的官能团总数的百分比。涉及到涂层性能问题的时候,我们有很多时候想要知道涂层的固化度。通过查看涂层的固化度是否充分,排除固化度这一因素,逐一查找原因所在。例如:

    一、在做耐候测试的过程中,发现耐候数据与预想的不一致,我们会分析是树脂耐候不好还是涂层固化不充分?这时需要分析涂层固化度。

    二、在做盐雾测试的过程中,发现盐雾性能与预想的不一致,我们会分析是树脂耐盐雾性能不好还是涂层固化不充分?这时需要分析涂层固化度。

    三、客户现场涂层附着力不良,我们会分析是基材有油污或前处理不良或者还是涂层固化不充分?这时需要分析涂层固化度。

    四、客户现场涂层弯曲性能不良,我们会分析是树脂柔韧性不好还是涂层固化不充分?这时需要分析涂层固化度。

    五、客户现场冲击不良,我们会分析是树脂柔韧性不好还是涂层固化不充分?这时需要分析涂层固化度。

    1.2固化度表示方法现状

    固化度是热固性聚合物构料一个很重要的参数,用DSC可以很方便地进行测定,因为固化反应一般都是放热反应。放热的多少与树脂官能度、参加反应的官能团的数量、固化剂的种类及其用量等有关.但是对于一个配方确定的树脂体系,固化反应热是一定的。固化度仪公式如下图:

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粉末涂料固化度与玻璃化温度的关系的探讨

    式中H0是,自全全固化的树脂体系进行完全固化时所放出的总热量(J/g),HR是固化后剩余反应热(J/g)式的计算方法在研究树脂体系贮存期方面比较方便。

    2固化度现行表示方法的缺点

    从上面的定义中,我们可以看出,要测固化度需要有两个数值,一个是粉的放热量,另一个是涂层的放热量。那么样粉没有了,怎么办?或者是即便样粉和涂层都有,实际情况却是即使涂层固化很不充分,但大部分涂层通过DSC测试,也是没有放热量的。那么按照定义是不是涂层没有放热显示就意味着涂层100%固化了呢?

    如下测试结果,聚酯A标准固化条件为200℃/1Omin,我们分别对其进行200℃/2min和200℃/5min烘烤,之后刮下涂层对涂层进行放热量测试。很显然涂层并不能100%固化,但是200℃/2min烘烤的涂层却并没有预想中的放热峰,只有200℃/2min才表现出了未充分固化的信号。所以通过测量涂层放热量来判定涂层有没有完全固化时,大部分都会都我们的评估产生误导。如下图(2):

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粉末涂料固化度与玻璃化温度的关系的探讨

    3粉末涂料玻璃化温度

    3.1玻璃化温度的定义

    粉末涂料另外一个常用指标是玻璃化温度。玻璃化温度是指无定型聚合物从玻璃态转变为高弹态的转变温度。是无定型聚合物大分子链段自由运动的最低温度,在玻璃化转变温度以下,高聚物处于玻璃态,分子链和链段都不能运动。简单通俗的来说,超过玻璃化温度,粉末涂料就会从不会粘连的状态转化为粘连的状态。

    4固化度与玻璃化温度

    4.1固化度与玻璃化温度的关系

    从本质上,涂层有没有充分固化,那么两者的玻璃化温度肯定是不同的。涂层固化度越高,那么交联密度越高,则玻璃化温度越高,直到完成100%固化时玻璃化温度达到最高。涂层固化度越低,则交联密度越低,那么玻璃化温度越低。0%的固化度则表示的是未发生任何交联反应的粉末的玻璃化温度。从0%-100%固化过程中,粉末固化越来越充分,涂层的玻璃化温度也越来越接近100%固化的玻璃化温度。如下表(2)和图(3):

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粉末涂料固化度与玻璃化温度的关系的探讨

    4.2固化度与玻璃化温度的关系公式

    样粉(即0%固化的涂层)的玻璃化温度为Tg2,一定固化条件下涂层的玻璃化温度为Tg3,涂层100%固化的玻璃化温度为Tg4,那么理论上涂层的固化度α是否可以表示为图(4):

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粉末涂料固化度与玻璃化温度的关系的探讨

    例如:以本文中A聚酯体系在不同固化条件下玻璃化温度的数值(图5),根据计算公式,可以计算出聚酯A在200℃/2min,200℃/5min,200℃/1Omin的固化度α。如下表(4):

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粉末涂料固化度与玻璃化温度的关系的探讨

    一般我们认为固化度α≥90%的涂层是固化充分的,否则认为涂层没有充分固化。所以200℃/1Omin时涂层固化是充分的,而200℃/2min,200℃/5min条件下则涂层固化不充分。

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粉末涂料固化度与玻璃化温度的关系的探讨

    5固化度与玻璃化温度关系的进一步探讨

    按照这种方式,如果能测出样粉(即0%固化的涂层)的玻璃化温度Tg2,一定固化条件下涂层的玻璃化温度Tg3,100%固化的涂层玻璃化温度Tg4,那么我们就可以通过计算得到涂层的固化度α。不过这一方法是否完全正确,我们查阅很多资料,并没有找到相关解释和说明,这一点需要进一步查找理论上的支撑。


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