一種用于防護(hù)不銹鋼網(wǎng)帶的復(fù)合涂液研制及其應(yīng)用過程*

江湘輝 張楚鑫

(廣東健誠高科玻璃制品股份有限公司 廣東潮州 515658)

當(dāng)前玻璃器皿廠的退火爐或者是鋼化爐所采用的不銹鋼網(wǎng)帶,在600℃左右高溫的連續(xù)不間斷工作環(huán)境下,表面上會(huì)形成氧化物層并呈灰黑色,這一層結(jié)構(gòu)較松弛且易脫落,當(dāng)玻璃制品在600℃左右時(shí)結(jié)構(gòu)軟化松弛,玻璃制品底部跟網(wǎng)帶接觸的部位,容易粘到網(wǎng)帶表面的這一層灰黑色氧化物,并牢固吸附住,形成所謂的網(wǎng)帶印。

現(xiàn)通用的處理方式是用稀釋后的氫氟酸擦洗掉產(chǎn)品底部的網(wǎng)帶印,而產(chǎn)品在擦洗氫氟酸的部位,因?yàn)椴ＡП砻姹粴浞岬母g后對(duì)光線產(chǎn)生干涉色,并形成了所謂的“彩虹印”現(xiàn)象,降低產(chǎn)品的質(zhì)量品質(zhì),而且這種處理方式費(fèi)時(shí)費(fèi)工。

通過配制膜層粘結(jié)性好、成膜溫度低、膜層致密好的耐高溫復(fù)合涂液。在網(wǎng)帶上進(jìn)行刷涂,在網(wǎng)帶上形成保護(hù)膜,隔斷黑色氧化物跟產(chǎn)品的接觸,達(dá)到防銹的效果。通過這種處理方式,達(dá)到事前預(yù)防了網(wǎng)帶印出現(xiàn)的目的,使產(chǎn)品外觀質(zhì)量達(dá)到更高,且節(jié)省了洗酸處理成本。

1 涂液膜組成的確定

本次涂料的涂刷對(duì)象是網(wǎng)帶,網(wǎng)帶基材是不銹網(wǎng),包括有304、310等型號(hào),網(wǎng)帶的工作曲線(℃)為:常溫～100～150～200～250～300～350～400～450～500～550～600～610～620～620～620共16個(gè)加熱區(qū),最高燒成溫度達(dá)到620℃;考慮到-Si-O-Si-有較強(qiáng)的成膜性,金屬基體產(chǎn)生的金屬正離子能與羥基(-OH)形成化學(xué)健并結(jié)合;初步設(shè)想是使用水玻璃以主成膜,其能提供無機(jī)硅并形成橫面的Si-O-Si-網(wǎng)膜,也能提供羥基(-OH)與不銹鋼基體正離子形成縱面牢固的化學(xué)鍵,使網(wǎng)膜在橫面和縱面都有強(qiáng)結(jié)合力,并通過在網(wǎng)膜中填充耐高溫?zé)o機(jī)物,最終配制成無機(jī)耐高溫涂液。

表1為不同涂液膜的配比和效果。從表1得知,1#單獨(dú)用水玻璃,形成以-O-Si-O 硅酸鹽膜層,并以方解石作為耐高溫填充料,所形成的膜層厚薄且不均勻,脆性大,有龜裂,膜層較差。

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,其與水玻璃酸離子有相同的電性能,兩者的相溶性良好,涂液均勻度稍有改善,但還是稍為分層。燒結(jié)溫度在400℃時(shí),膜面光滑,無龜裂,主要原因是苯丙乳液大分子能夠均勻填充在水玻璃形成的-O-Si-O 中,苯丙乳液形成的大分子鏈能進(jìn)一步增強(qiáng)-O-Si-O 網(wǎng)膜的結(jié)合力,使網(wǎng)膜的完整性更好,保證了燒成膜層能夠保持較好的吸附力和柔韌性,膜層光滑;燒成溫度在600℃時(shí),有機(jī)膜層揮發(fā),又出現(xiàn)了膜層脆性有龜裂,吸附力不佳。

3#能達(dá)到稍理想的狀態(tài),加入的低熔點(diǎn)玻璃粉,在600℃處于熔化狀態(tài)下,填補(bǔ)了有機(jī)物揮發(fā)的空隙,與-O-Si-O 網(wǎng)膜連接成一片,增強(qiáng)膜面的連結(jié)性、整體性,吸附力有稍好的改善,呈現(xiàn)出良好的平滑膜面,并包裹住高溫填料。

2 高溫填料的確定

以表1中3#為基礎(chǔ),通過把高溫填料石英砂粉改變?yōu)槠渌煌脑?并觀察涂液的配制情況及燒成的膜面情況,來選擇較佳的高溫填料原料。

表2為不同高溫填料的效果。由表2可知,高溫填料是以方解石或者滑石加入時(shí),由于溶液中有部分Ca2+、Mg2+的存在,兩者離子跟水玻璃產(chǎn)生硅酸鹽沉淀,導(dǎo)致有部分絮狀物的析出。

表2 不同高溫填料的效果

高溫填料以長(zhǎng)石粉或者碳化硅的形式加入時(shí),涂液易出現(xiàn)分層的現(xiàn)象,如果不加入苯丙乳液的話,分層情況會(huì)更加嚴(yán)重。

當(dāng)高溫填料分別以陶瓷水洗白泥、陶瓷水洗黑泥、膨潤(rùn)土、硅澡土的形式各自單獨(dú)加入時(shí),這4種原料形成的漿料有較高的粘度和塑料,漿料顆粒表面形成雙電層效應(yīng),能使?jié){料處于較為均勻的懸浮的微分層狀態(tài);形成的膜層較厚,吸附力不夠,易脫落;其中膨潤(rùn)土、硅澡土由于包含較多的有機(jī)成分,揮發(fā)較多,在600℃膜面形成了小部分汽泡。

嘗試高溫填料以瘠性原料和可塑性原料相配合加入,按表2中13#的明細(xì)進(jìn)行配制,涂液中的塑性原料形成雙電子層的溶膠,并包裹住瘠性原料,使涂液的懸浮性較好,處于微分層的狀態(tài);配制好后的涂液效果:涂層厚度適中,膜面在600℃燒結(jié)后保持較好完整性和吸附力;從成本方面考慮,選擇了長(zhǎng)石粉和陶瓷水洗白泥。

3 其他助劑的確定

在表2中13#的基礎(chǔ)上,添加各種助劑來完善涂液的性能(見表3)。

表3 不同助劑及其固含量

減水劑和懸浮劑、助膜劑的加入,由于在復(fù)合涂料中含有塑性原料,而塑性原料本身具有層狀結(jié)構(gòu)的特點(diǎn),使其在單位晶層中的容易進(jìn)入水分子,易吸收Ca2+,Mg2+,使塑性原料膠粒的電位絕對(duì)值較低,靜電斥力較小,對(duì)涂液有含水量較高,流動(dòng)性不好,易形成絮凝的負(fù)面影響。通過加入在1%的三聚磷酸鈉,絡(luò)合Ca2+、Mg2+,并引入Na+,增加膠粒的電位絕對(duì)值,并使包裹的水分子稀放出來,起到較好的減水和懸浮作用,當(dāng)然加入焦磷酸鈉,六偏磷酸鈉也能達(dá)到上述效果,但三聚磷酸鈉的熔點(diǎn)在620℃,跟成膜溫度接近,對(duì)燒成膜的牢固性起到一定的作用。

分散劑、乳化劑、消泡劑、成膜助劑、附著力促進(jìn)劑的加入,是為了配合乳液在涂液的配制、上涂成膜等環(huán)節(jié)中的功能完善。

(1)配制環(huán)節(jié)。分散劑5040是一種陰離子表面活性劑,能夠很好的分散固料,穩(wěn)定復(fù)合涂料的粘度;乳化劑op-10降低了涂液中各組分的界面張力,在膠粒表面形成了雙電層,形成均勻分散體或乳化體的物;消泡劑AMP-95,減輕體系的表面張力下降,從而減少泡沫。

(2)上涂成膜環(huán)節(jié)。成膜助劑Texanol F 酯醇,有高效的聚結(jié)效果,可極大的改善復(fù)合涂料的成膜性能;附著力促進(jìn)劑YB-401A,通過本身帶有多個(gè)錨定基團(tuán),與不銹鋼基材能形成強(qiáng)有力的交互作用或化學(xué)鍵結(jié),從而增加復(fù)合涂料的附著力,增加漆膜的柔軟性和改善耐摩擦性。

4 整體涂料的配比明細(xì)確定

通過對(duì)膜組成、填料組成、助劑組成的優(yōu)選并進(jìn)行總結(jié),匯總后如表4所示。

表4 涂料的配比

5 涂液的配制工藝流程

涂液的配制工藝流程如圖1所示。

圖1 涂液的配制工藝流程

由圖1 可知,水玻璃在容量罐1 中,慢慢加入磷酸,調(diào)制p H 值=13,備用。水在容量罐2中,慢慢加入三聚磷酸鈉,溶解后備用。

調(diào)整分散機(jī)的轉(zhuǎn)速,按400 r/min的低速攪拌,容量罐1的溶液慢慢加入容量罐2中,攪拌5 min后,調(diào)整分散機(jī)的轉(zhuǎn)速按2 500 r/min高速攪拌,慢慢分別加入分散劑SN5040、部分成膜助劑TexanolF 酯醇、部分附著力促進(jìn)劑部分YB-401A、部分消泡劑AMP-95,混勻5 min之后,再分別慢慢加入低熔點(diǎn)玻璃粉、長(zhǎng)石粉、水洗白泥,并高速攪拌60 min。調(diào)整分散機(jī)的轉(zhuǎn)速,按900 r/min中速攪拌,慢慢加入苯丙乳液,乳化劑OP-10,剩余膜助劑Texanol F 酯醇、剩余附著力促進(jìn)劑部分YB-401A、剩余消泡劑AMP-95,攪拌10 min,靜置24 h,制成涂料成品。

6 復(fù)合涂液的成膜效果性能測(cè)試

把配制好后的涂液,用毛刷均勻刷涂在不銹鋼樣板上,一遍涂刷干燥后,進(jìn)行第二遍的涂刷。

復(fù)合涂液性能測(cè)試如表5所示。由表5可知,常溫表干后的涂層在附著力、柔韌性、硬度方面,基本上能達(dá)到對(duì)支撐產(chǎn)品在網(wǎng)帶上的擺放且涂層不被破壞;在620℃高溫的燒結(jié)膜面情況,對(duì)產(chǎn)品和304網(wǎng)帶起到隔離保護(hù)效果,防止了網(wǎng)帶印的出現(xiàn)。

表5 復(fù)合涂液性能測(cè)試

7 復(fù)合涂液的使用工藝操作

7.1 涂料槽的裝配

從圖2可以看出,布輪輥的軸兩端安裝上滑輪軸承,并固定在涂料槽兩邊中,與涂料槽裝配成一整體,使布滾筒能自由轉(zhuǎn)動(dòng)。

圖2 涂料裝置

把涂料槽安裝在網(wǎng)帶的運(yùn)行路線上,并使涂料槽中的布輪輥與網(wǎng)帶有一定緊密的接觸面,這樣網(wǎng)帶在前進(jìn)時(shí),能帶動(dòng)布滾筒一起轉(zhuǎn)動(dòng),并在地面上固定好涂料槽。

7.2 自動(dòng)涂液的使用表述

把配制好的涂液倒入涂料槽中,并浸入到布輥筒中;當(dāng)網(wǎng)帶前進(jìn)時(shí),帶動(dòng)布輪輥轉(zhuǎn)動(dòng),布輪輥再把槽里面的涂液涂布在網(wǎng)帶上,完成了自動(dòng)涂液的過程。

7.3 網(wǎng)帶的涂液及產(chǎn)品的鋼化過程

網(wǎng)帶按1～2 m/min的速度均速前進(jìn),從加熱區(qū)出來的網(wǎng)帶有50℃左右的余溫,經(jīng)過布輥筒的涂布后,在網(wǎng)帶表面上粘涂了一層膜厚約120μm 的涂層,經(jīng)過10 s,到達(dá)放料臺(tái),涂層表面基本干燥,并形成一定硬度,使涂層能夠支持玻璃制品擺放在其上面的重量,并且涂層不被損壞。工人在網(wǎng)帶上放上玻璃制品;玻璃制品跟隨網(wǎng)帶前進(jìn),完成了從加熱區(qū)到鋼化區(qū),再到冷卻區(qū)的過程,最后收取產(chǎn)品。

7.4 涂液效果

玻璃制品底部是跟網(wǎng)帶緊密接觸明亮干凈,沒有網(wǎng)帶印的出現(xiàn);網(wǎng)帶上的漆面光滑致密、完好無損;說明了網(wǎng)帶上的耐高溫漆對(duì)網(wǎng)帶有較好的附著力,并對(duì)產(chǎn)品起到了良好的隔離保護(hù)作用。