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变压器涂装设备中用氨基烘漆的研制

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2021-06-17 19:40

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0 引言
 
氨基烘漆是变压器防护涂料的重要品种之一,目前该行业使用的氨基烘漆烘烤温度一般均在100 ℃以上,甚至高达180 ℃以上,固化时间一般为60~120 min,甲醛释放量较大,有明显的刺鼻味道。随着社会的发展,人的健康和能源的节约被更多的人所关注,本文针对传统氨基烘漆固化温度高、固化时间长以及甲醛释放量较大等几方面进行改进工作。
 
本文通过氨基树脂、催化剂、稳定剂以及溶剂的选择以及用量的优化,制备了各项性能良好的氨基烘漆,降低了氨基烘漆的固化温度,减少了固化时间,而且该氨基烘漆的甲醛释放量明显降低。固化温度的降低和固化时间的减少,降低了氨基烘漆对使用条件的要求,扩大了施工窗口,为氨基烘漆扩大市场应用奠定了基础;甲醛释放量明显降低使氨基烘漆向环保又迈进了一步。
 
1 试验部分
 
1.1 主要原材料
 
氨基树脂,羟基醇酸,催化剂,稳定剂,分散剂,流平剂,消泡剂,流变剂,均为工业品。
 
1.2 制备工艺
 
将羟基树脂、颜填料、分散剂、消泡剂、流平剂及适量稀料搅拌均匀,研磨至细度≤25μm,待漆料温度降至30 ℃以下后,依次加入稳定剂、氨基树脂及催化剂,搅拌均匀,最后于搅拌下加入流变助剂,并确保其分散均匀后包装。
 
1.3 性能检测标准
 
黏度:GB/T 1723,附着力:GB 1720,摆杆硬度:GB/T 1730,耐冲击性:GB/T 1723,柔韧性:GB/T 1731。
 
2 结果与讨论
 
氨基树脂对提升漆膜的光泽、硬度、耐化学品等性能有着非常重要的作用。虽然氨基树脂在氨基漆中所占比例较小,但氨基漆性能的改善是通过调节它的用量和品种来实现的。氨基树脂带来优异性能的同时,也带来危害人们健康的甲醛,氨基树脂带来甲醛的方式有2种,1)氨基树脂本身含有一定量的甲醛,2)氨基树脂固化过程产生甲醛。为了降低氨基漆生产和固化过程产生甲醛的量,需要做两项工作,首先选择甲醛含量低的氨基树脂,其次在固化过程中通过抑制相关反应的发生。
 
氨基烘漆的固化温度和时间对能源的需求和施工的便利性也带来了负面影响,在体系中加入催化剂可以降低固化温度和固化时间,但是催化剂的加入对氨基漆的贮存稳定性带来了不利影响,为了消除这种不利因素,在氨基漆中引入了稳定剂,使氨基漆具有良好贮存稳定性的同时还具有较低的固化温度和较短的固化时间。
 
溶剂体系作为贮存介质对氨基漆的稳定性也有一定的影响。
 
因此本文对氨基树脂、催化剂、稳定剂以及溶剂的种类和用量对氨基漆的影响进行了讨论,并且通过试验确定了它们的型号以及在氨基漆中的最佳用量。
 
2.1 氨基树脂的型号和用量对氨基烘漆甲醛释放量及性能的影响
 
大气环境中甲醛的含量对施工人员有较大影响,甲醛对施工人员的身体健康影响见表1。
 
 
氨基树脂中所含游离甲醛和氨基树脂固化过程产生的甲醛是氨基烘漆施工固化过程中释放甲醛的主要来源,因此,氨基树脂品种的选择是降低氨基烘漆甲醛释放量的主要手段。选择不同的氨基树脂对氨基烘漆的影响也不尽相同,为此就市售的几种产品比较甲醛的释放量以及对氨基烘漆性能的影响,分别见由表2可知,582及582-2氨基树脂中游离甲醛含量较高,不宜采用,其余3种氨基树脂游离甲醛含量较低,可考虑使用。
 
此外,氨基树脂中官能团的种类和含量是氨基烘漆施工过程中释放甲醛的重要来源之一,一般氨基树脂的活性官能团为烷氧基、亚氨基和羟甲基,其中,羟甲基在漆膜固化时易发生脱甲醛反应:~N(CH2OCH3) CH2OH→ ~NHCH2OCH3+HCHO。
 
目前市售氨基树脂中的917、717及525三种型号的主要官能团为烷氧基和亚氨基,使用这几种氨基树脂制备的氨基烘漆在固化时释放甲醛很少,因此使用这三种氨基树脂进行配漆试验,配制的氨基烘漆性能见表3。
 
 
 
 
由表3可以看出:使用917氨基树脂,漆膜硬度低,故不宜采用;使用525氨基树脂和717氨基树脂,漆膜综合性能较好,二者均可用于低温固化氨基漆中;氨基树脂用量以醇酸树脂量的30%左右为宜,用量过小,漆膜交联密度不够,造成硬度低;反之,则硬度过高,不耐冲击,且成本上升。
 
2.2 催化剂的选择
 
氨基烘漆固化时,氨基树脂与基体树脂主要发生下列2种交联反应:
 
~NCH2OR + NH~→ ~N CH2N~ + ROH(自交联)
 
~NCH2OR+HOR,→~NCH2OR,+ROH(与基体树脂交联)
 
为了降低氨基烘漆的固化温度,仅使用高活性氨基树脂不能满足要求,因此需要加入催化剂来降低涂层的固化温度,H+对氨基烘漆交联固化反应起催化作用,因此引入酸性催化剂来降低漆膜交联固化温度,将氨基烘漆的固化温度降低到(90±2) ℃,选择不同的H+催化剂,验证不同催化剂以及用量对涂层新能的影响,结果见表4。
 
 
注:KC颜色近水白,HAH、2403呈红棕色
 
由表4可以看出,催化剂的催化效果按KC、HAH、2403依次减弱;2403催化效果较差,且颜色深,放弃;KC用量较大,但色浅,宜用于浅色漆;相反,HAH用于深色漆。
 
2.3 稳定剂的选择
 
高活性氨基树脂和催化剂的引入,虽然对于降低氨基烘漆的固化温度带来非常好的效果,但是也带来了极大的负面影响,主要表现在贮存稳定性变差。对于这种情况,往往采用一种手段,就是采用稳定剂对酸催化剂进行封闭,封闭之后形成潜催化剂,在烘烤条件下,潜催化剂发成分解,酸催化剂产生功效,完成对漆膜固化过程中的催化作用,这类稳定剂在提高氨基烘漆的贮存稳定性的同时,对催化剂的催化固化效果没有造成明显影响,选择不同的稳定剂对氨基烘漆的性能带来不同的影响,具体结果见表5。
 
由表6可以看出,溶剂体系中当二甲苯比例较高时,漆在贮存时黏度上升速度较快,不利于贮存稳定性;丁醇比例升高时,漆在贮存时黏度上升速度较慢,贮存稳定性明显改善;经试验发现溶剂体系采用二甲苯∶丁醇=7∶3,在保证贮存稳定性的同时,使黏度也适当。
 
2.5 氨基烘漆固化温度、时间对涂层性能影响
 
氨基烘漆使用高活性氨基树脂和催化剂前后(简称使用前、后),在不同的烘烤固化条件下,漆膜的性能见表7。 
 
 
由表7可以看出,在相同的烘烤温度下(如1#与3#),高活性氨基树脂使用后要较使用前需要较短的烘烤时间,即只需消耗较少能量;烘烤时间相同时(如1#与4#),高活性氨基树脂使用后要较使用前需要明显较低的烘烤温度(如90 ℃),一般烘烤设备只需蒸气加热即可,不需电加热,减少了不安全因素。
 
3 结语
 
通过氨基树脂、催化剂、稳定剂以及溶剂的选择以及用量的优化,制备了各项性能良好的氨基烘漆,制备的氨基烘漆的固化温度降低到90 ℃,固化时间减少到30 min,而且该氨基烘漆的甲醛释放量明显降低。固化温度的降低和固化时间的减少扩大了施工窗口,为氨基烘漆扩大市场应用奠定了基础;该氨基烘漆的甲醛释放量明显降低,使氨基烘漆向环保又迈进了一步。