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Enhanced Technology for Electrostatic Spray on Wood-Plastic Composites and MDF

Atman Fozdar1, 罗纳德·勒沃奇, Raviteja Kommineni1, Vijay Mannari2 ; 澳门买球排行App1, 密歇根, 美国; Eastern 密歇根 University2, 密歇根, 美国

摘要

With the recent advances in the formulation of 粉末涂料s, 配制粉末是很有可能的 适用于温度敏感表面并在低温下使用IR或UV固化的涂料. 然而, 挑战仍然存在于粉末和液体涂料的静电应用 enable acceptable adhesion to non-traditional 底物s (porous 底物s like MDF, 刨花板, 修剪 board and non-porous 底物s like 木塑复合材料, 塑料复合材料, glass, 陶瓷等.) 并取得良好的转移效率. Insufficient and/or non-uniform surface 治疗 of these 底物s 在应用前会导致表面不均匀, 薄膜缺陷多,转印效率差.

澳门买球的研究导致了快速干燥导电粘附促进剂(CAP’s)的发展 improved adhesion of powder and liquid 涂料 to nonconductive 底物s such as MDF, 刨花板, 调整董事会, 木塑复合材料, 纤维增强复合材料, 腹肌, 聚碳酸酯, 改性聚苯醚GTXTM, SMC 以及聚烯烃等.; while at the same time improving transfer efficiency by dissipating static charge. 的 澳门买球的CAP技术快速干燥的能力允许应用于连续/输送带生产 line followed by the application and curing of powder and liquid 涂料. 在这个过程中CAP的使用 无需预热, plasma 治疗 and chemical etching of plastic 底物s while 改善薄膜外观和使用效率. UV固化以及LTC(低温 固化)粉末和液体涂层现在可以均匀地应用于隐窝区域/法拉第笼区域. 这项正在申请专利的技术利用了新型导电材料和聚合附着力 促进剂,同时提高柔韧性和界面附着力以及抗静电性能.

提高表面导电性的常规处理方法是利用季铵盐分散体(QAS)使涂层基材具有导电性, but moisture sensitive as the QAS conductive 治疗 are water sensitive and migratory. Lastly, QAS technology does not enhance adhesion and flexibility.

简介

最近聚合物成分的变化, 木塑材料不仅用于建筑行业 户外甲板,还包括汽车,家具,围栏,景观木材,游乐场设备等. 在那里 使用wpc有几个优点,例如:

  • 回收物料的使用
  • 维护成本比木材低
  • 热稳定性高于塑料复合材料
  • 尺寸稳定性比木材高
  • 吸湿性较低
  • 更好的可加工性等.
Figure 1: Overview of global WPC market and year on year (YOY) growth.7

其中一个问题是, 是大多数木塑板生产商和消费者所面临的问题, WPC涂层的“可涂性”. Due to lower surface energy of polypropylene and/or PVC or most plastics used, 大多数传统涂料对木塑材料附着力不佳, and can result in delamination after a short period when subjected to extreme heat/cold cycles.

在此工作范围内, 由于以下几个原因,粉末涂料被认为是最适合和最环保的木塑材料涂料:

  • 不挥发性有机化合物的仪器
  • 更高的传输效率(可达90-95%);
  • 过量喷涂可重复使用
  • Superior film properties (Tough, durable, hard, 刮伤 resistant)
  • 减少处理时间和能源需求
  • 一步整理工艺.

然而, there are certain challenges to powder coat plastics and composites. 例如,

  • Application of 粉末涂料 using electrostatic spray on non-conductive WPC, MDF, 刨花板和塑料复合材料
  • 低表面能粉末涂料在木塑材料上的附着力
  • 由于粉末涂料的热变形温度低,选择合适的低温固化粉末的化学成分.

Application of 粉末涂料s on MDF is also covered within this scope of research, 因为在使用传统方法(如预热MDF)对MDF进行粉末涂层时,存在与外观和薄膜形成相关的多个问题,

  • 脂肪边缘,
  • 边缘开裂,
  • 销孔,
  • 外观和膜厚不均匀,
  • Ability to coat recess areas/areas not in direct line of sight

下面介绍了克服上述挑战的方法.

表面电阻率

Figure 2 enlists classification of conductive materials by surface resistivity.

Quantification of the classification of surface resistivity:

防静电

  • Decay rate (seconds to decay), 5000 to 50 V at 12% Relative humidity
  • 标准:MIL PRF 8705 D, NFPA 56A 静电损耗(ESD)

静电损耗(ESD)

  • 表面电阻率(欧姆/平方)
  • 表面电阻(欧姆)
  • 标准:ASTM D257, ESD STM11.11、IEC 60079-0导电

导电

  • 体积电阻率(欧姆-cm)
  • 表面电阻率(欧姆/平方)
  • 标准:ASTM D257 EMI/RFI屏蔽

EMI / RFI屏蔽

  • 屏蔽效果(衰减分贝)
  • 标准:ASTM D4935
  1. For a successful application of 粉末涂料s (uniform appearance, 薄膜的形成和沉积 粉末颗粒在基材上以及在凹坑区域,没有直接的视线时 应用于WPC和塑料基板, surface resistivity of 底物 is required to be less than 108

Ohm/Square (from our previous work published in European Coatings Journal, 20171). 因此,把它 在导电,静电耗散范围内,如图2所示.

澳门买球的研究范围内, we evaluated different types of conductivity agents such as quaternary ammonium 化合物(QAS), 炭黑, graphene as well as conductive nano particles (functionalized and/or non- 功能化).

确定最合适的导电剂, 澳门买球配制了一种DOE,并在不同的负载下用不同的导电剂涂覆不同的多孔和非多孔非导电基材. 其表面电阻率见表1.

表1:在不同负载下,使用不同类型导电剂的涂层基材的表面电阻率.

Additional comments: * indicates proprietary material; Surface resistivity (Ohm/Sq) was measured using 门罗电子产品型号272A以及EDTM RC2175用于导电系统 ASTM D257.

上表1所列地表电阻率结果与各结果差异很小或无差异 variation on all of the 底物s are very close to each other.

除了传导能力, 使用质量保证体系有几个缺点, 因为它们是湿度, 工艺和温度. 的ir migratory nature doesn’t ensure sufficient adhesion of top coat 基材或柔韧性.

导电炭黑, significantly high loading is required to get low enough surface resistivity so that uniform film formation of 粉末涂料 can be achieved. 高负荷导电炭黑 pigment can also lead to “crayoning” effect and adversely affect mechanical properties.

表1中列出的结果也证实,如果澳门买球增加导电剂负载超过某一点,那么表面电阻率的下降不一定是大幅度的或线性的. Hence, there is a need to find the optimum amount for each type of 底物 i.e. 多孔(如MDF)和无孔(聚碳酸酯), PC / 腹肌, glass and wood plastic composite which is less porous comparatively).

粉末涂料对塑料的附着力:

涂料和油墨行业面临的一个主要问题是液体和粉末涂料的粘附性 木塑和塑料复合材料. 在那里 are several conventional approaches such as flame 治疗, corona 放电, 气体等离子体, UV exposure or chemical oxidation which may be used to oxidize the surface of the 基材促进附着力. Oxidizing the surface would increase polar contribution to surface energy 并在不显著改变色散贡献的情况下产生更多的极性键. 的 涂层最好在处理后立即应用,因为氧化会产生短寿命的自由基和 是否部分可逆. A major difficulty with ‘radiative’ techniques is achieving uniform surface 覆盖范围而不过度治疗, which introduces chain-scission and can lead to cohesive failure within 基材表面.

交联机理包括酸官能团形成n -酰基脲的几种不同反应, aminoester and reaction with epoxide functionality as well as hydrolysis of alkoxysilane.

根据基材类型选择粉末涂料

并不是所有的wpc和塑料基板都能承受160-200℃的高温固化 粉末涂料. Most plastics tend to soften, degrade or even melt at such high temperature. 这样就安全了 to apply and cure 粉末涂料 below 底物’s heat deflection temperature.

热变形温度是衡量聚合物在高温下承受给定载荷能力的指标.

表2:不同塑料及可使用的粉末涂料类型的热变形温度

CAP和粉末涂料的应用

将cap应用于木塑复合材料, PC / 腹肌和MDF在10-14微米干膜厚度使用 高压低压喷枪在20 psi气压喷嘴. 在室温下干燥/固化8-10年 分钟.

紫外光固化光面, 白色环氧粉末涂料和低温固化黑色, 采用静电喷枪对涂有CAP的基材进行纹理环氧粉末涂层.

UV可固化粉末涂料熔融固化时间表:

UV固化粉末先在120℃下熔化3-4分钟,然后用带中压h灯泡的输送带UV烘箱固化. Low temperature black, texture epoxy 粉末涂料 was cured at 130o C for 8 分钟

图3:未涂层和涂层PC / 腹肌
图4:未涂层和涂层木塑复合材料
图5:未涂层和涂层弯曲瓷砖

此外,还进行了Positest拉脱粘合试验,以测定界面粘合性能. 多个 用20mm的托辊进行了粘接试验,以确定涂层失效的界面和性能 发生失效的力/面积.

Dry film thickness of CAP and cured 粉末涂料 was measured using Positector B100/B200, 超声波薄膜测厚仪.

表3:ASTM D4541阳性AT-A拉脱附着力试验
图6:木塑复合材料粉末涂层在最大拉脱粘接试验后的粘接失效情况
图7:涂层中密度纤维板 (左) 木塑复合材料 (右) 经过交叉撕裂和最大拉脱附着力试验. Figure 7 shows cohesive failure within 底物 on MDF and WPC. 未观察到粘连失效.

结论

  • CAPs确保静电施加的带负电荷的粉末颗粒充分耗散 喷涂设备以及促进界面附着力.
  • CAPs work more efficiently at lower film thickness on non-porous 底物s. 在多孔 底物s higher film thickness is required since some of the material is absorbed by porous 底物.
  • CAPs form chemical and mechanical bonds with porous 底物s which result in high pull-off bond strength compared to non-porous 底物s like PC / 腹肌 composite.
  • CAPs enable successful application of 粉末涂料 on various WPCs, plastic composites, 中密度纤维板,装饰板,混凝土和瓷砖,瓷器(均匀性,成膜性,涂层能力 凹陷区域等),没有膜缺陷,如脂肪边缘,销孔,水泡,边缘裂缝等.
  • CAPs可以显著提高液体或粉末涂层在塑料上的转移效率 具有复杂几何形状的复合材料.

未来的发展方向

  • Reduce dry film thickness (DFT) for thinner film applications (3-6 microns).
  • Increase crosslink density by changing composition of reactive species.
  • 将干燥到触摸的时间从8分钟缩短到3-4分钟.
  • Accelerated weathering of coated WPC and MDF materials along with thermocycle resistance (周期性暴露于极热和极冷).

参考文献

  1. Fozdar一.,曼纳里V. “用于粉末涂料非传统基材的低VOC静态耗散涂料的开发.《澳门买球》,2017年4月.
  2. 卡洛斯·L.,阿尔梅达P. 导电聚合物:合成、性能和应用(聚合物科学与技术).
  3. 库达佐M/, R. Knofe. 低导电性基材的粉末涂层:非金属工件和部件的一种新的粉末涂层工艺,1998年1月.
  4. 高年代.,朱X.P和Jesse (Jingxu) Zhu. “塑料部件粉末涂层”,2016年9月.
  5. Schwarb R.knobluch M. 用于热敏基板的紫外光固化粉末涂料.CoatingsTech, 2010年7月.
  6. Zeren S, Huguenard S. “UV Curable Powder Coatings: Formulation of Thick White Finish for MDF.” Surface Coatings International Part B: Coatings Transactions 87, no. 2(2004年6月).
  7. “Global Wood Plastic Composite Market” Zion market research, 2017.
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