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提高靜電噴涂粉末涂料的摩擦帶電性能
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http://m.t3home.cn 發(fā)表日期：2010-1-13 9:00:46
蘭格鋼鐵 |
摘要：比較了粉末涂裝中摩擦和電暈兩種方法的優(yōu)勢(shì)，簡(jiǎn)要介紹了摩擦帶電的機(jī)理，并從摩擦帶電劑、粉末表面改性和粉末粒徑控制等方面探討了提高粉末涂料摩擦帶電性的方法。
關(guān)鍵詞：粉末涂料；摩擦帶電性；電暈；摩擦帶電劑；表面改性；粒徑控制
0引言
粉末靜電涂裝基本可分為兩種，一種是電暈槍(CORONA)，另一種為摩擦槍(TRIBO)。但在國(guó)內(nèi)常用電暈粉末涂裝，由于對(duì)摩擦槍接觸較少，對(duì)其的報(bào)道也很少。
由表1可知，摩擦槍與電暈槍相比，優(yōu)勢(shì)在于能夠得到比較均一的涂層，無(wú)法拉第效應(yīng)，也沒(méi)有大量的負(fù)離子產(chǎn)生。但其缺點(diǎn)也比較明顯，即一次上粉率涂裝質(zhì)量要求、工廠的實(shí)際條件等因素。
1摩擦槍原理
與電暈槍不同，摩擦噴涂時(shí)粉末涂料在摩擦噴槍管內(nèi)帶電，其電荷不是來(lái)自于電極尖端高壓電暈放電，而是由于粉末與槍壁內(nèi)的特殊高分子材料[通常是聚四氟乙烯(PTFE)和尼龍]碰撞、摩擦、接觸、離合所產(chǎn)生的，也就是利用摩擦起電原理使粉末帶電的。
對(duì)粉末與PTFE材料的摩擦的機(jī)理，人們還不能認(rèn)識(shí)得十分清楚，但可以假設(shè)其中存在材料的轉(zhuǎn)移。如圖1，當(dāng)二種材料A和B相互摩擦，小塊的材料碎落，若其中一種材料比另一種電勢(shì)更低且堅(jiān)硬，就像粉末帶電摩擦系統(tǒng)材料的轉(zhuǎn)移產(chǎn)生電荷的轉(zhuǎn)移。由于材料B的電勢(shì)比A低，導(dǎo)致負(fù)電荷向離B最近的A遷移。若摩擦中產(chǎn)生負(fù)電荷的碎塊破落，則材料A帶正電荷而材料B包括粘附著粉末涂料碎片的材料B帶負(fù)電荷[1]。
在粉末離開(kāi)摩擦槍后，無(wú)外加電場(chǎng)的作用，其驅(qū)動(dòng)力只是氣流動(dòng)力，同時(shí)產(chǎn)生了微弱的法拉第效應(yīng)，使得粉末更易進(jìn)入幾何形狀復(fù)雜的區(qū)域，與電暈槍相比，沒(méi)有大量的自由離子產(chǎn)生。所以無(wú)論是薄涂還是差。所以在選擇涂裝方式時(shí)，需綜合考慮工件形狀、摩擦槍帶電性取決于負(fù)電荷的及時(shí)移走和正電荷的穩(wěn)定化。負(fù)電荷的及時(shí)移走與噴槍的接地效果有直接關(guān)系，而正電荷的穩(wěn)定化就需要選取適當(dāng)?shù)臉尡谀Σ敛牧弦约皩?duì)粉末粒子進(jìn)行改性。
2影響摩擦槍上粉率的因素
人們對(duì)摩擦槍本身曾作了大量的研究，其基本思路在于改良槍壁材料和改變摩擦管內(nèi)部的幾何構(gòu)造[2]。但從粉末涂料的配方和制作工藝來(lái)研究，更具有現(xiàn)實(shí)意義。
2.1摩擦帶電助劑
PTFE的介電常數(shù)為2.1，也就是說(shuō)，任何比其介電常數(shù)高的物質(zhì)，與其摩擦后均可得到正電荷，但在粉末涂料中的聚酯樹(shù)脂的介電常數(shù)僅為3.0，兩者的介電常數(shù)相差太小，所以沒(méi)有明顯的摩擦帶電性。如圖2，一些含氮的化合物能增加粉末粒子正電荷的帶電性和轉(zhuǎn)移效率[1]。
在涂料中添加季胺鹽、磷酸鹽和三乙胺[3]能增加粉末的帶電性，但它們能與環(huán)氧基團(tuán)反應(yīng)，而且反應(yīng)比較劇烈，從而降低了涂膜的穩(wěn)定性。改性雙氰胺、封閉異氰酸鹽類(如Hüls公司的B1530、B1400等)、三聚氰二胺樹(shù)脂、草酸苯胺類[4]和羥烷基酰胺類等不但是成膜物質(zhì)，而且對(duì)提高正電荷的穩(wěn)定化也有不同尋常的作用。
使用位阻胺類化合物作為摩擦帶電劑，對(duì)粉末涂層無(wú)副作用。Zbigniew等[5]研制的以IPDI(異佛爾酮二異氰酸酯)改性的低聚位阻胺(Eltribo)的添加量為1%～3%(質(zhì)量分?jǐn)?shù))。CibA公司的TINUVIN900、TIN-UVIN110FD和TINUVIN144用途更為廣泛。以TINU-VIN110FD為例，表2顯示[6]摩擦帶電劑添加到約1.5%后，粉末荷質(zhì)比基本穩(wěn)定，也就是說(shuō)再增加摩擦帶電劑對(duì)提高摩擦帶電性無(wú)明顯效果。位阻胺類化合物如TINUVIN144等，在與TINUVIN405配合使用時(shí)，能極大提高涂膜吸收紫外光、抗黃變的能力[7]。
市售的CC-150(UCB公司)和TB-1(南海藥化公司)是將摩擦帶電劑負(fù)載在低酸值的聚酯以及與惰性填料的混合物上。而樹(shù)脂制造商在合成樹(shù)脂時(shí)就已經(jīng)添加了摩擦帶電劑，如用氨基聚酯改性的不飽聚酯[8]和以空間位阻胺改性的環(huán)氧樹(shù)脂[9]，不僅可以提高粉末的貯存穩(wěn)定性，而且粉末原料和摩擦帶電劑的混煉效果會(huì)更好。
2.2濕度
SteveTrigwell[10]和RichKmoch[11]等還認(rèn)為粉末涂料在使用時(shí)表面的物理和化學(xué)吸附物(如水分等)會(huì)對(duì)粉末的帶電性產(chǎn)生不良影響。因此保持粉末噴涂車間的濕度也是比較重要的。而且壓縮空氣的露點(diǎn)溫度不要超過(guò)1.67℃[12]。
與電暈槍一樣，適量的后混添加劑不僅可以吸收粉末本身的水分而且可以提高粉末的流動(dòng)性。ICI公司的研究也表明[13]在粉末涂料中添加0.1%～0.2%親水的Al2O3和SiO2的混合物能增加粉末的摩擦帶電性。
2.3粉末的粒徑分布
SteveTrigwell等人[10]研究表明，除了粉末本身的性質(zhì)以外，對(duì)摩擦帶電影響最大是粉末的粒徑。同時(shí)發(fā)現(xiàn)較細(xì)的粉末在摩擦帶電時(shí)極有可能帶負(fù)電荷，從而影響粉末整體帶電性能。粉末太細(xì)，還會(huì)影響其流動(dòng)性。由于粉末在離開(kāi)摩擦槍后，主要是靠氣流的推動(dòng)，所以與斯托克斯數(shù)有關(guān)，即在一定范圍內(nèi)，粉末的粒子越粗帶電性越好。MazumderM.K.等[14]也認(rèn)為隨著粒徑的增大，其所帶電荷的荷質(zhì)比也越大，如果粒徑分布比較窄，易得到均一分布的電荷。但粉末粒子表面太粗糙時(shí)，與槍壁只有簡(jiǎn)單的碰撞，所帶的電荷就會(huì)較少，同時(shí)表面會(huì)吸收大量的水汽和其他污染物，影響帶電性能。若再粗糙的話就會(huì)影響涂膜的平整度了。所以一般摩擦槍用粉末的平均粒徑控制在35～45μM為
當(dāng)然，粉末粒子的電阻性和流動(dòng)性等也是影響粉末的重要因素，但在電暈粉末涂裝中人們已經(jīng)研究得比較透徹，在此就不一一贅述。
3結(jié)語(yǔ)
摩擦槍涂裝已占據(jù)了粉末靜電涂裝領(lǐng)域內(nèi)一定的市場(chǎng)份額。國(guó)內(nèi)主要應(yīng)用在鋁型材和大型管道的表面涂裝。但摩擦粉末的上粉率低，直接影響了噴涂廠家的產(chǎn)量和經(jīng)濟(jì)效益。只有掌握適合摩擦涂裝的粉末涂料粒子的特性，如摩擦帶電劑對(duì)粉末粒子的改性，濕度以及粒徑分布等才能提高粉末涂料的摩擦帶電性能。 |
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