粉末塗料固化度與玻璃化溫度的關係的探討

2021-01-17 hc360慧聰網

    慧聰塗裝網訊：

    摘要：很多情況下，我們在測塗層固化度的時候，在DSC圖譜中都能看到玻璃化溫度的身影，但是這兩個常用指標之間有沒有必然聯繫？在現有的文章中很難查到。本文針對這方面的關聯進行了探討。

    0前言

    隨著環保的壓力越來越大，汕漆塗料因為VOC的問題，再次被推在了塗料行業的風口浪尖。粉末塗料應當藉助這樣的機會爭取在市場重新洗牌的過程中佔領越來越多的份額。需要市場人員的大力推廣。當然也需要技術人員在這樣的形勢下，提高配方水平和研發實驗的支持力度。需要技術人員引入更多的評價標準來對塗料進行綜合的衡量。

    1粉末塗料固化度

    1.1粉末塗料固化度的應用

    粉末塗料固化度是指粉末塗料中樹脂發生固化交聯反應的程度，即樹脂基體中已發生交聯反應的官能團數目佔可固化的官能團總數的百分比。涉及到塗層性能問題的時候，我們有很多時候想要知道塗層的固化度。通過查看塗層的固化度是否充分，排除固化度這一因素，逐一查找原因所在。例如：

    一、在做耐候測試的過程中，發現耐候數據與預想的不一致，我們會分析是樹脂耐候不好還是塗層固化不充分？這時需要分析塗層固化度。

    二、在做鹽霧測試的過程中，發現鹽霧性能與預想的不一致，我們會分析是樹脂耐鹽霧性能不好還是塗層固化不充分？這時需要分析塗層固化度。

    三、客戶現場塗層附著力不良，我們會分析是基材有油汙或前處理不良或者還是塗層固化不充分？這時需要分析塗層固化度。

    四、客戶現場塗層彎曲性能不良，我們會分析是樹脂柔韌性不好還是塗層固化不充分？這時需要分析塗層固化度。

    五、客戶現場衝擊不良，我們會分析是樹脂柔韌性不好還是塗層固化不充分？這時需要分析塗層固化度。

    1.2固化度表示方法現狀

    固化度是熱固性聚合物構料一個很重要的參數，用DSC可以很方便地進行測定，因為固化反應一般都是放熱反應。放熱的多少與樹脂官能度、參加反應的官能團的數量、固化劑的種類及其用量等有關.但是對於一個配方確定的樹脂體系，固化反應熱是一定的。固化度儀公式如下圖：

粉末塗料固化度與玻璃化溫度的關係的探討

    式中H0是，自全全固化的樹脂體系進行完全固化時所放出的總熱量(J/g)，HR是固化後剩餘反應熱(J/g)式的計算方法在研究樹脂體系貯存期方面比較方便。

    2固化度現行表示方法的缺點

    從上面的定義中，我們可以看出，要測固化度需要有兩個數值，一個是粉的放熱量，另一個是塗層的放熱量。那麼樣粉沒有了，怎麼辦？或者是即便樣粉和塗層都有，實際情況卻是即使塗層固化很不充分，但大部分塗層通過DSC測試，也是沒有放熱量的。那麼按照定義是不是塗層沒有放熱顯示就意味著塗層100％固化了呢？

    如下測試結果，聚酯A標準固化條件為200℃/1Omin，我們分別對其進行200℃/2min和200℃/5min烘烤，之後刮下塗層對塗層進行放熱量測試。很顯然塗層並不能100％固化，但是200℃/2min烘烤的塗層卻並沒有預想中的放熱峰，只有200℃/2min才表現出了未充分固化的信號。所以通過測量塗層放熱量來判定塗層有沒有完全固化時，大部分都會都我們的評估產生誤導。如下圖（2）：

粉末塗料固化度與玻璃化溫度的關係的探討

    3粉末塗料玻璃化溫度

    3.1玻璃化溫度的定義

    粉末塗料另外一個常用指標是玻璃化溫度。玻璃化溫度是指無定型聚合物從玻璃態轉變為高彈態的轉變溫度。是無定型聚合物大分子鏈段自由運動的最低溫度，在玻璃化轉變溫度以下，高聚物處於玻璃態，分子鏈和鏈段都不能運動。簡單通俗的來說，超過玻璃化溫度，粉末塗料就會從不會粘連的狀態轉化為粘連的狀態。

    4固化度與玻璃化溫度

    4.1固化度與玻璃化溫度的關係

    從本質上，塗層有沒有充分固化，那麼兩者的玻璃化溫度肯定是不同的。塗層固化度越高，那麼交聯密度越高，則玻璃化溫度越高，直到完成100％固化時玻璃化溫度達到最高。塗層固化度越低，則交聯密度越低，那麼玻璃化溫度越低。0％的固化度則表示的是未發生任何交聯反應的粉末的玻璃化溫度。從0％-100％固化過程中，粉末固化越來越充分，塗層的玻璃化溫度也越來越接近100％固化的玻璃化溫度。如下表（2）和圖（3）：

粉末塗料固化度與玻璃化溫度的關係的探討

    4.2固化度與玻璃化溫度的關係公式

    樣粉（即0％固化的塗層）的玻璃化溫度為Tg2，一定固化條件下塗層的玻璃化溫度為Tg3，塗層100％固化的玻璃化溫度為Tg4，那麼理論上塗層的固化度α是否可以表示為圖（4）：

粉末塗料固化度與玻璃化溫度的關係的探討

    例如：以本文中A聚酯體系在不同固化條件下玻璃化溫度的數值（圖5），根據計算公式，可以計算出聚酯A在200℃/2min，200℃/5min，200℃/1Omin的固化度α。如下表（4）：

粉末塗料固化度與玻璃化溫度的關係的探討

    一般我們認為固化度α≥90％的塗層是固化充分的，否則認為塗層沒有充分固化。所以200℃/1Omin時塗層固化是充分的，而200℃/2min，200℃/5min條件下則塗層固化不充分。

粉末塗料固化度與玻璃化溫度的關係的探討

    5固化度與玻璃化溫度關係的進一步探討

    按照這種方式，如果能測出樣粉（即0％固化的塗層）的玻璃化溫度Tg2，一定固化條件下塗層的玻璃化溫度Tg3，100％固化的塗層玻璃化溫度Tg4，那麼我們就可以通過計算得到塗層的固化度α。不過這一方法是否完全正確，我們查閱很多資料，並沒有找到相關解釋和說明，這一點需要進一步查找理論上的支撐。

責任編輯：蘭芳

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