Pengenalan: Kimia unik formulasi cat serbuk “kering tanpa pelarut”
Perbezaan terbesar antara cat serbuk dengan cat cecair ialah semua komponen (resin/pemekat/pewarna/pengisi/bahan tambah) adalah serbuk pepejal
——selepas dicampur melalui penyemperitan skru berkembar pada suhu >110°C untuk peleburan dan pencampuran bersama
——penyejukan——pengisaran——pengelasan——pembungkusan——ini adalah proses pengeluaran tanpa sebarang pelarut
yang dipanggil ”kering”. Cabaran teras terbesar dalam reka bentuk formulasi ialah pada suhu penyemperitan (>110-130°C)——resin dan pemekat tidak boleh mengalami pra-tindak balas (Pre-reaction)
——jika tidak, masa pempelan (Gel Time) serbuk akan menjadi lebih pendek——masa pengaliran semasa pembakaran pelanggan tidak mencukupi——permukaan cat berombak (orange peel)——malah serbuk boleh ”berketul” (pra-tindak balas semasa penyimpanan) semasa disimpan. “Sifat pendam” (Latency) pemekat——tidak bertindak balas pada suhu penyemperitan/bertindak balas pada suhu pembakaran (>160°C)——adalah ”pertimbangan utama pertama” dalam reka bentuk formulasi cat serbuk
.
I. Kimia pemejalan dan parameter proses bagi empat sistem serbuk utama
| Sistem | AgEN Kekuatan | Suhu pengerasan × masa | Masa gelasi (s/180°C) | Aliran mendatar (mm) | Ketahanan cuaca luar (tahun) |
|---|---|---|---|---|---|
| Epoksi/Dicianodiamida | Dicianodiamida (DICY/mp 210°C/tidak melebur/serakan) | 180°C×15min | 120-300 | 25-45 | 0 (dalam rumah/pengelupasan) |
| Poliester/TGIC | TGIC (trisglisidil isocyanurate/kefungsian epoksi 3) | 180-200°C×12-15min | 90-200 | 20-40 | 5-10 |
| Poliester/HAA (Primid) | HAA (β-hidroksialkilamida/empat kumpulan OH) | 160-180°C×10-15min | 60-150 | 20-35 | 5-10 |
| PU (IPDI tertutup) | IPDI tertutup (ε-kaprolaktam tertutup/nyahtutup >160°C) | 180-200°C×15-20min | 150-300 | 25-40 | 5-10 |
Soalan Lazim
Q1: Mengapakah TGIC (isosianurat) mempunyai “kontroversi ketoksikan”? Bagaimanakah HAA/Primid menggantikannya?
TGIC——(1)kepekaan kulit (pendedahan berulang——alergi)——(2)kemutagenan (ujian AMES positif)——Kesatuan Eropah mengelaskan TGIC sebagai bahan mutagen Kategori 2 (H341) “disyaki menyebabkan kecacatan genetik”
——(3)penyah-TGICan dalam industri salutan serbuk global didorong oleh alam sekitar dan kesihatan——HAA (Primid)——β-hidroksialkilamida——(a)selamat——AMES negatif——tiada kemutagenan; (b)kumpulan OH keempat HAA bertindak balas dengan COOH poliester——pemekatan pengesteran——hasil sampingan pemejalan ialah air (bukan gas/tidak menghasilkan buih)——kilau salutan lebih baik daripada TGIC (>90GU berbanding >80GU). Tetapi suhu pemejalan HAA lebih rendah daripada TGIC (>160°C berbanding >180°C)——bererti sistem HAA sedikit kurang stabil dalam penyimpanan berbanding TGIC
(dalam penyimpanan HAA pada >30°C, pengesteran perlahan OH+COOH——masa penggelatan serbuk berkurangan——jangka hayat simpanan menurun daripada >12 bulan TGIC kepada >6-9 bulan HAA)
.
Q2: Masa gel (Gel Time) dan Aliran mendatar (Flow)——mengapa ia merupakan dua parameter proses yang paling penting bagi cat serbuk?
Masa gel——cat serbuk dari peleburan (>110°C) ke penggelan (masa kehilangan kebolehaliran)——(1) terlalu pendek (<60s)——selepas peleburan tidak sempat meratakan
——”sem padan zarah serbuk” pada permukaan salutan tidak bercantum sepenuhnya——salutan kasar (kulit oren/kasar); (2) terlalu panjang (>300s)——selepas peleburan aliran berlebihan——menghasilkan “titisan mengalir” pada permukaan menegak
——pengumpulan di tepi salutan——julat optimum masa gel——60-300s (180°C)
——dikawal melalui pelarasan jumlah pengeras/katalis/suhu ekstrusi. Aliran mendatar——jarak aliran serbuk pada permukaan condong (ISO 8130-11/65° condong/180°C) (mm)——mencerminkan “kebolehaliran” leburan serbuk
——>25mm=baik——<20mm=lemah (penyaratan tidak mencukupi——kulit oren).
Q3: Bagaimanakah mengenal pasti “pembentukan terlalu masak” (Over-curing) dan “pembentukan kurang masak” (Under-curing) bagi cat serbuk?
Terlalu masak——(1) Salutan menguning (Δb>3)
——Penguraian haba resin/agen pengeras; (2) Ujian masa gel
——Selepas pembentukan salutan——Pemanasan semula——Tidak bergel lagi——Menunjukkan pengerasan telah >95%——Tanda terlalu masak——Biasanya berlaku di “zon panas” ketuhar (PMT> sasaran >+15°C). Kurang masak——(1) Ujian pelapikan MEK (>50 kali——terdedah asas)——Pengerasan tidak lengkap; (2) Puncak pembebasan haba baki DSC
——Pada >180°C——Lengkung DSC menunjukkan puncak pembebasan haba (pascapengerasan resin/agen pengeras yang tidak bertindak balas)
——Jumlah haba baki >10% daripada jumlah haba pembebasan——Kurang masak.
Q4: Mengapakah “kestabilan penyimpanan” cat serbuk merupakan “ujian muktamad” bagi formulasi?
Penyimpanan cat serbuk pada suhu >30°C — tindak balas pepejal perlahan antara resin + pengeras (kawalan pepejal-pepejal/penyerakan)
— masa gelasi berkurang secara (1)linear dengan tempoh simpan (>1-2s/hari) —
Serbuk dari “serbuk baharu — edaran — simpanan — penghantaran — penggunaan pelanggan” biasanya >3-6 bulan — masa gelasi dari >200s asal — menurun ke >120-150s — masih dalam julat “boleh digunakan”. Tetapi jika suhu simpan >35°C — serbuk “berketul” dalam >2-3 bulan (masa gelasi 30°C) bukan kemewahan — ia adalah jaminan kualiti.
Bacaan berkaitan
Ringkasan
Empat sistem utama cat serbuk — epoksi/disianamida (dalam bangunan), poliester/TGIC (rintangan cuaca/kontroversi ketoksikan), poliester/HAA (Primid/alternatif selamat) dan PU IPDI tertutup — menunjukkan perbezaan ketara dalam pemilihan pengeras, masa gel dan prestasi pengaliran. TGIC→HAA merupakan trend teras peningkatan kesihatan industri. Kexin New Materials menyediakan sokongan teknikal lengkap bagi formulasi cat serbuk dan pengoptimuman proses kepada pelanggan.