一种用于防护不锈钢网带的复合涂液研制及其应用过程*

江湘辉 张楚鑫

(广东健诚高科玻璃制品股份有限公司 广东潮州 515658)

当前玻璃器皿厂的退火炉或者是钢化炉所采用的不锈钢网带,在600℃左右高温的连续不间断工作环境下,表面上会形成氧化物层并呈灰黑色,这一层结构较松弛且易脱落,当玻璃制品在600℃左右时结构软化松弛,玻璃制品底部跟网带接触的部位,容易粘到网带表面的这一层灰黑色氧化物,并牢固吸附住,形成所谓的网带印。

现通用的处理方式是用稀释后的氢氟酸擦洗掉产品底部的网带印,而产品在擦洗氢氟酸的部位,因为玻璃表面被氢氟酸的腐蚀后对光线产生干涉色,并形成了所谓的“彩虹印”现象,降低产品的质量品质,而且这种处理方式费时费工。

通过配制膜层粘结性好、成膜温度低、膜层致密好的耐高温复合涂液。在网带上进行刷涂,在网带上形成保护膜,隔断黑色氧化物跟产品的接触,达到防锈的效果。通过这种处理方式,达到事前预防了网带印出现的目的,使产品外观质量达到更高,且节省了洗酸处理成本。

1 涂液膜组成的确定

本次涂料的涂刷对象是网带,网带基材是不锈网,包括有304、310等型号,网带的工作曲线(℃)为:常温～100～150～200～250～300～350～400～450～500～550～600～610～620～620～620共16个加热区,最高烧成温度达到620℃;考虑到-Si-O-Si-有较强的成膜性,金属基体产生的金属正离子能与羟基(-OH)形成化学健并结合;初步设想是使用水玻璃以主成膜,其能提供无机硅并形成横面的Si-O-Si-网膜,也能提供羟基(-OH)与不锈钢基体正离子形成纵面牢固的化学键,使网膜在横面和纵面都有强结合力,并通过在网膜中填充耐高温无机物,最终配制成无机耐高温涂液。

表1为不同涂液膜的配比和效果。从表1得知,1#单独用水玻璃,形成以-O-Si-O 硅酸盐膜层,并以方解石作为耐高温填充料,所形成的膜层厚薄且不均匀,脆性大,有龟裂,膜层较差。

表1 不同涂液膜的配比和效果

2#加入了水溶性的苯丙乳液,其与水玻璃酸离子有相同的电性能,两者的相溶性良好,涂液均匀度稍有改善,但还是稍为分层。烧结温度在400℃时,膜面光滑,无龟裂,主要原因是苯丙乳液大分子能够均匀填充在水玻璃形成的-O-Si-O 中,苯丙乳液形成的大分子链能进一步增强-O-Si-O 网膜的结合力,使网膜的完整性更好,保证了烧成膜层能够保持较好的吸附力和柔韧性,膜层光滑;烧成温度在600℃时,有机膜层挥发,又出现了膜层脆性有龟裂,吸附力不佳。

3#能达到稍理想的状态,加入的低熔点玻璃粉,在600℃处于熔化状态下,填补了有机物挥发的空隙,与-O-Si-O 网膜连接成一片,增强膜面的连结性、整体性,吸附力有稍好的改善,呈现出良好的平滑膜面,并包裹住高温填料。

2 高温填料的确定

以表1中3#为基础,通过把高温填料石英砂粉改变为其他不同的原料,并观察涂液的配制情况及烧成的膜面情况,来选择较佳的高温填料原料。

表2为不同高温填料的效果。由表2可知,高温填料是以方解石或者滑石加入时,由于溶液中有部分Ca2+、Mg2+的存在,两者离子跟水玻璃产生硅酸盐沉淀,导致有部分絮状物的析出。

表2 不同高温填料的效果

高温填料以长石粉或者碳化硅的形式加入时,涂液易出现分层的现象,如果不加入苯丙乳液的话,分层情况会更加严重。

当高温填料分别以陶瓷水洗白泥、陶瓷水洗黑泥、膨润土、硅澡土的形式各自单独加入时,这4种原料形成的浆料有较高的粘度和塑料,浆料颗粒表面形成双电层效应,能使浆料处于较为均匀的悬浮的微分层状态;形成的膜层较厚,吸附力不够,易脱落;其中膨润土、硅澡土由于包含较多的有机成分,挥发较多,在600℃膜面形成了小部分汽泡。

尝试高温填料以瘠性原料和可塑性原料相配合加入,按表2中13#的明细进行配制,涂液中的塑性原料形成双电子层的溶胶,并包裹住瘠性原料,使涂液的悬浮性较好,处于微分层的状态;配制好后的涂液效果:涂层厚度适中,膜面在600℃烧结后保持较好完整性和吸附力;从成本方面考虑,选择了长石粉和陶瓷水洗白泥。

3 其他助剂的确定

在表2中13#的基础上,添加各种助剂来完善涂液的性能(见表3)。

表3 不同助剂及其固含量

减水剂和悬浮剂、助膜剂的加入,由于在复合涂料中含有塑性原料,而塑性原料本身具有层状结构的特点,使其在单位晶层中的容易进入水分子,易吸收Ca2+,Mg2+,使塑性原料胶粒的电位绝对值较低,静电斥力较小,对涂液有含水量较高,流动性不好,易形成絮凝的负面影响。通过加入在1%的三聚磷酸钠,络合Ca2+、Mg2+,并引入Na+,增加胶粒的电位绝对值,并使包裹的水分子稀放出来,起到较好的减水和悬浮作用,当然加入焦磷酸钠,六偏磷酸钠也能达到上述效果,但三聚磷酸钠的熔点在620℃,跟成膜温度接近,对烧成膜的牢固性起到一定的作用。

分散剂、乳化剂、消泡剂、成膜助剂、附着力促进剂的加入,是为了配合乳液在涂液的配制、上涂成膜等环节中的功能完善。

(1)配制环节。分散剂5040是一种阴离子表面活性剂,能够很好的分散固料,稳定复合涂料的粘度;乳化剂op-10降低了涂液中各组分的界面张力,在胶粒表面形成了双电层,形成均匀分散体或乳化体的物;消泡剂AMP-95,减轻体系的表面张力下降,从而减少泡沫。

(2)上涂成膜环节。成膜助剂Texanol F 酯醇,有高效的聚结效果,可极大的改善复合涂料的成膜性能;附着力促进剂YB-401A,通过本身带有多个锚定基团,与不锈钢基材能形成强有力的交互作用或化学键结,从而增加复合涂料的附着力,增加漆膜的柔软性和改善耐摩擦性。

4 整体涂料的配比明细确定

通过对膜组成、填料组成、助剂组成的优选并进行总结,汇总后如表4所示。

表4 涂料的配比

5 涂液的配制工艺流程

涂液的配制工艺流程如图1所示。

图1 涂液的配制工艺流程

由图1 可知,水玻璃在容量罐1 中,慢慢加入磷酸,调制p H 值=13,备用。水在容量罐2中,慢慢加入三聚磷酸钠,溶解后备用。

调整分散机的转速,按400 r/min的低速搅拌,容量罐1的溶液慢慢加入容量罐2中,搅拌5 min后,调整分散机的转速按2 500 r/min高速搅拌,慢慢分别加入分散剂SN5040、部分成膜助剂TexanolF 酯醇、部分附着力促进剂部分YB-401A、部分消泡剂AMP-95,混匀5 min之后,再分别慢慢加入低熔点玻璃粉、长石粉、水洗白泥,并高速搅拌60 min。调整分散机的转速,按900 r/min中速搅拌,慢慢加入苯丙乳液,乳化剂OP-10,剩余膜助剂Texanol F 酯醇、剩余附着力促进剂部分YB-401A、剩余消泡剂AMP-95,搅拌10 min,静置24 h,制成涂料成品。

6 复合涂液的成膜效果性能测试

把配制好后的涂液,用毛刷均匀刷涂在不锈钢样板上,一遍涂刷干燥后,进行第二遍的涂刷。

复合涂液性能测试如表5所示。由表5可知,常温表干后的涂层在附着力、柔韧性、硬度方面,基本上能达到对支撑产品在网带上的摆放且涂层不被破坏;在620℃高温的烧结膜面情况,对产品和304网带起到隔离保护效果,防止了网带印的出现。

表5 复合涂液性能测试

7 复合涂液的使用工艺操作

7.1 涂料槽的装配

从图2可以看出,布轮辊的轴两端安装上滑轮轴承,并固定在涂料槽两边中,与涂料槽装配成一整体,使布滚筒能自由转动。

图2 涂料装置

把涂料槽安装在网带的运行路线上,并使涂料槽中的布轮辊与网带有一定紧密的接触面,这样网带在前进时,能带动布滚筒一起转动,并在地面上固定好涂料槽。

7.2 自动涂液的使用表述

把配制好的涂液倒入涂料槽中,并浸入到布辊筒中;当网带前进时,带动布轮辊转动,布轮辊再把槽里面的涂液涂布在网带上,完成了自动涂液的过程。

7.3 网带的涂液及产品的钢化过程

网带按1～2 m/min的速度均速前进,从加热区出来的网带有50℃左右的余温,经过布辊筒的涂布后,在网带表面上粘涂了一层膜厚约120μm 的涂层,经过10 s,到达放料台,涂层表面基本干燥,并形成一定硬度,使涂层能够支持玻璃制品摆放在其上面的重量,并且涂层不被损坏。工人在网带上放上玻璃制品;玻璃制品跟随网带前进,完成了从加热区到钢化区,再到冷却区的过程,最后收取产品。

7.4 涂液效果

玻璃制品底部是跟网带紧密接触明亮干净,没有网带印的出现;网带上的漆面光滑致密、完好无损;说明了网带上的耐高温漆对网带有较好的附着力,并对产品起到了良好的隔离保护作用。