卡博特CAB-O-SIL 氣相二氧化硅和 SpectrAl 100 氣相三氧化二鋁牌號(hào)在粉末涂料行業(yè)選擇指南

氣相金屬氧化物在粉末涂料 中的作用機(jī)理

無(wú)論是摩擦靜電涂裝還是電暈起電涂裝，粉末涂料都需要添加流動(dòng)添 加劑以提高其在噴涂或處理時(shí)的流動(dòng)性能和在存儲(chǔ)時(shí)的穩(wěn)定性。

粉末聚集是材料內(nèi)部結(jié)構(gòu)作用力通過(guò)多種方式與顆粒所受重力相互競(jìng) 爭(zhēng)的結(jié)果，取決于顆粒尺寸、濕度和顆粒構(gòu)成(見圖8)。當(dāng)干燥顆粒尺 寸大于75微米，重力大于結(jié)構(gòu)或顆粒間作用力，顆粒-顆粒引力可以忽 略不計(jì)。由此，粉末可以流化，且只需要很少能量就可以流動(dòng)，因?yàn)轭w 粒能夠彼此獨(dú)立的運(yùn)動(dòng)。 

      圖8:結(jié)構(gòu)力和重力自由流動(dòng)

 總體目標(biāo): 通過(guò)減小基質(zhì)顆粒尺寸來(lái)得到更薄涂層

方法: 加入流化劑/流動(dòng)調(diào)節(jié)劑

與隨機(jī)混合相對(duì)應(yīng)的是，添加劑分均勻分布在基質(zhì)顆粒表面形成有序 混合，添加劑和基質(zhì)顆粒可以作為一個(gè)整體運(yùn)動(dòng)(見圖10)。添加劑“涂 層”保護(hù)基質(zhì)顆粒不發(fā)生附聚，減輕由于范德華力、吸潮、靜電或顆粒 磨擦等原因而產(chǎn)生的粉末粘接

總體目標(biāo): 通過(guò)減小基質(zhì)顆粒尺寸來(lái)得到更薄涂層

方法: 加入流化劑/流動(dòng)調(diào)節(jié)劑

與隨機(jī)混合相對(duì)應(yīng)的是，添加劑分均勻分布在基質(zhì)顆粒表面形成有序 混合，添加劑和基質(zhì)顆粒可以作為一個(gè)整體運(yùn)動(dòng)(見圖10)。添加劑“涂 層”保護(hù)基質(zhì)顆粒不發(fā)生附聚，減輕由于范德華力、吸潮、靜電或顆粒 磨擦等原因而產(chǎn)生的粉末粘接

圖9:隨機(jī)混合

 各組分的解合作用/混合物分層

 基質(zhì)顆粒傾向于附聚

 流化需要更多能量

 運(yùn)輸時(shí)會(huì)發(fā)生沉降

 粉末流動(dòng)性差

圖10:有序混合

各組分均勻分布

基質(zhì)顆粒彼此獨(dú)立運(yùn)動(dòng)

 流化需要較少能量

 運(yùn)輸時(shí)較少發(fā)生沉降

 粉末流動(dòng)性更好

 粉體蓬松密度增加

流動(dòng)添加劑使范德華引力隨顆粒間隔增加而減弱。這些力在涉及更小 的顆粒時(shí)尤其重要，如在超細(xì)粉末涂料中。

在潮濕度較低時(shí)，添加劑能作為阻隔劑以防止吸潮部分接觸;在吸潮程 度較高、出現(xiàn)液橋并導(dǎo)致粉末結(jié)塊時(shí)，添加劑(尤其是疏水性添加劑)能 夠降低油漆粉末的吸潮度。

加入適合的添加劑能夠改變粉末電荷性質(zhì)，從而降低靜電結(jié)合，同時(shí)也 能作為固體潤(rùn)滑劑或助流劑，減少顆粒間集結(jié)。

添加流動(dòng)添加劑的基本目的是，通過(guò)提高基質(zhì)顆粒與添加劑的粒徑 比、和/或添加劑對(duì)基質(zhì)顆粒表面的親和力，從而獲得高度有序的混合 物。通常，基質(zhì)顆粒粒徑應(yīng)至少比添加劑粒徑大6 倍，最好能夠更多。 由于油漆粉末大多在35 微米左右，因而添加劑的最大粒徑應(yīng)在5~6 微 米。近年來(lái)卡博特公司在研發(fā)符合這一要求的材料上不惜投資，最終成 功開發(fā)出CAB-O-SIL氣相二氧化硅和SpectrAl 氣相三氧化二鋁各牌號(hào) 產(chǎn)品，其平均聚集體尺寸比前面所要求的要小幾個(gè)數(shù)量級(jí)。這些材料能 夠很好的應(yīng)用在超細(xì)涂料中，其中最小尺寸的產(chǎn)品只有0.1~0.2微米。

為提高與基質(zhì)顆粒表面的結(jié)合力，需要用到經(jīng)過(guò)特殊處理的二氧化 硅。但所使用的處理方法不能影響二氧化硅的聚集體尺寸，否則進(jìn)行處 理的效果就被削減了。

粉末涂料中的流化作用

CAB-O-SIL 氣相二氧化硅和SpectrAl 氣相三氧化二鋁能夠?yàn)榉勰┩?料提供自由流動(dòng)和防結(jié)塊性能，這些性能將促進(jìn)順暢的靜電噴涂和流 化床涂裝。此外在粉末涂料熔融時(shí)，氣相二氧化硅還能提供流變控制 性能，控制邊緣覆蓋、流掛及滴落。

氣相二氧化硅可以在粉末研磨之前或之后加入。多種粉末混合機(jī)都可 以用于氣相二氧化硅在粉末中的后加入，例如雙殼摻混器、靜態(tài)混合機(jī) 及Sigma型葉片混合機(jī)。通過(guò)螺桿加料漏斗，氣相二氧化硅很容易與粉 末進(jìn)行計(jì)量摻混。

添加量:在聚酯/TGIC 粉末涂料中分別加入配方質(zhì)量0.1~0.6%的卡博 特五種氣相金屬氧化物，測(cè)試在不同添加量下所取得的流化性能，結(jié)果 如圖12所示。 

圖12:聚酯/TGIC 粉末涂料在0.1~0.6%內(nèi)于 不同氣相金屬氧化物添加量下的流動(dòng)性能

CT-1221 在很低的添加量時(shí)就能取得很好流化效果，一般在0.1%或更少。 其他牌號(hào)的氣相二氧化硅和氣相三氧化二鋁則需要更多的添加量。

牌號(hào)選擇:氣相三氧化二鋁一般用于摩擦起電噴涂，并提高的粉體帶 電性及流動(dòng)性。這些性能隨氣相三氧化二鋁粒徑減小(例如SpectrAl 100)、或添加量增加而得到提高。盡管在相對(duì)較低的添加量(約0.2%) 時(shí)，所有牌號(hào)的三氧化二鋁都能有效的提高流動(dòng)性能。

對(duì)電暈放電涂裝，CAB-O-SIL CT-1221 氣相二氧化硅在極低的添加 量(0.1%或更少)時(shí)就顯示出良好的流化性能。 CAB-O-SIL CT-1221 和氣相三氧化二鋁都能提供防結(jié)塊功能。親水 性氣相二氧化硅在較高的添加量時(shí)其所提供的助流功能會(huì)有所減弱。

卡博特曾測(cè)試過(guò)這些添加劑對(duì)粉末涂料的流化壓力、粉體蓬松密度及 壓實(shí)密度的影響。與理論相符，能夠提高粉體蓬松密度的添加劑在流 化粉末涂料時(shí)只需要較少的流化壓力。在多種粉末涂料中都發(fā)現(xiàn)了以 上這種比較典型的現(xiàn)象，如環(huán)氧粉末涂料、聚酯/環(huán)氧混合粉末涂料、 丙烯酸粉末涂料及聚氨酯粉末涂料。

在流化作用和Hausner 比率方面，CAB-O-SIL CT-1221 處理型氣相 二氧化硅遠(yuǎn)比其他氣相二氧化硅或高表面的SpectrAl 氣相三氧化二鋁 表現(xiàn)良好。而且，CAB-O-SIL CT-1221 氣相二氧化硅經(jīng)過(guò)特殊處 理，能夠附著在許多基質(zhì)顆粒表面，以降低顆粒間作用，從而提高流化 作用和自由流動(dòng)。

如下星型圖所示，SpectrAl 氣相三氧化二鋁和CAB-O-SIL CT-1221 的表面性能非常良好。因而，氣相三氧化二鋁可以應(yīng)用在面漆上，可用 于減少橘皮現(xiàn)象的發(fā)生。

卡博特CT-1221 氣相二氧化硅和SpectrAl 氣相三氧化二鋁系列產(chǎn)品 能產(chǎn)生有序混合物，有助于提高粉末的流動(dòng)性、流化、運(yùn)輸及回收穩(wěn)定 性，而不對(duì)其產(chǎn)生任何不良影響。此外，它們適用于各種由不同化學(xué)物 質(zhì)混合組成的熱塑性和熱固性粉末涂料。