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摘要：介紹了砂紋效果粉末涂料紋理形成方法、常用制備方法、常規砂紋劑的弊端，結合目前某些行業對無氟砂紋效果的需求，從原材料選擇、生產工藝、施工工藝，以及相關質量管控等多維度展開探討，使產品既實現砂紋效果，性能與常規產品無明顯差異，同時又不含氟，滿足客戶需求。

0.前言：

砂紋效果粉末涂料不僅具有一般熱固性粉末涂料的諸多優點， 而且花紋美觀、 裝飾性強，還可以彌補和遮蓋工件表面粗糙、不平整等缺陷。該類粉末涂料廣泛用于儀器儀表、配電柜、防盜門、家電、家具、燈飾等領域的涂裝涂料在線coatingol.com。通過添加PTFE的聚合物或改性PTFE聚合物來獲得不同的紋理效果，隨著新的環保政策和行業要求的出現，無氟砂紋效果粉末涂料的需求越來越大。

1.砂紋效果粉末涂料的紋理形成方法
砂紋效果粉末涂料的制備原理：利用烘烤固化時粉末涂料的熔融黏度、表面張力和固化速率等的變化，引起涂膜表面的收縮而配制。一般形成砂紋的方法有3種。
1.1 加入填料法
增加填料用量，或使用高吸油值填料，以阻礙樹脂熔融時的正常流動，使得樹脂不能完全包容或者剛好能包容顏填料顆料，沒有多余的樹脂去填充顏填料顆料間的空隙，從而形成了以顏填料顆料為骨架的立體結構。這種方法生成的砂紋的優點在于它的成本較低，但若填料量控制不當，會使粉末涂料的施工性能、涂膜的機械性能、涂膜的耐化學品性能受到影響。
1.2 加入不相容物質法

在粉末涂料中加入一些不相容的聚合物，其熔點高于粉末涂料樹脂基料的熔融溫度。含有不相容物質的粉末涂料預混臺后，在熔融擠出時與其他樹脂固化劑不相容，固化成膜時構成基料的樹脂包覆在聚合物的顆粒上，從而形成紋理。采用此種方法應該注意的是需要嚴格控制不相容物質的種類及添加量，否則會使涂膜的機械性能受到影響。此種方法生產的砂紋粉末涂料耐化學性、耐腐蝕性較好。
1.3 加入砂紋劑法現在砂紋效果粉末涂料制造常用的是加入砂紋劑法。

加入砂紋劑生產砂紋粉末涂料的原理是：粉末涂料在熔融流平時，由于砂紋劑的表面張力小于正常的粉末涂料涂膜的表面張力，分散于涂膜各點的砂紋劑改變涂膜的局部張力，使表面張力高的基料來包裹表面張力低的砂紋劑， 最終涂膜呈現分布均勻的砂紋狀。采用此種方法生產的砂紋粉末涂料的裝飾性和防護性都好，不僅機械性能優異，而且紋理重現穩定、手感滑爽、擠出容易、效果穩定。

2 砂紋效果粉末涂料常用制備方法
早期制備砂紋效果粉末涂料常用添加大量填料，或縮短粉末的膠化時間，或兩者結合來實行。其缺點是不言而喻的，既影響性能又給粉末加工帶來困難。膜厚的不同會影響最終的紋理效果。
現今人們可以通過添加PTFE的聚合物或改性PTFE聚合物來獲得不同的紋理效果而且非常穩定。PTFE有不同的粒徑和表面形態，不同粒徑或表面形態的PTFE具有不同的紋理效果。一般隨著使用量的增加，其起砂效果越明顯，最終可獲得均勻細致的砂紋表面。某些改性的PTFE也可產生砂紋效果，一般采用PP或費托PE蠟和PTFE混合來獲得。采用改性的PTFE制備砂紋表面其添加量稍大，純的PTFE添加量少，一般采用稀釋辦法以獲得穩定的紋理效果。使用PTFE的過程當中添加量的大小、粉末粒徑及顏填料都會對表面及光澤產生較大影響。一般而言，粉末粒徑越細，產生的紋理越細(粗糙度越小)；粒徑越粗紋理也越深。一般而言，隨著添加量的增加，表面光澤逐漸降低，紋理效果也越來越明顯，直至變成均勻一致的細砂紋，但在相同添加量時，粒徑較細的粉末并不產生很深的紋理深度，其光澤也比采用相同組份但粒徑粗的粉末要高，因此調節光澤或紋理大小除了添加量外，還可以通過粉末粒徑來調節。
另外填料的類型及含量也會影響砂紋的表面效果。一般而言較高的顏填料應當會導致極為緊密的紋理形成。例如在TGIC固化的配方中，含20%CaCO3的粗粒徑的粉末將比含有同樣量的細粒徑粉末具有更大的粗糙度，隨著PTFE添加量的增加，其粗糙度也是增加的。不同的填料類型也會產生不同的粗糙度，因此可以將不同的填料進行組合以獲得相應的紋理效果，但CaCO3并不適合戶外使用。SiO2對調節紋理深度有一定效果，有時比輕鈣更好。使用不同的填料時涂料的顏基比(PVC)效應也有所不同。一般而言，在相同的填充料下， BaSO4比CaCO3具有較深的粗糙度。較高的填料量產生較強的紋理效果，但過多的填料也會導致不充分潤濕或流動，過于粗糙的涂膜也不一定具有應用價值，可以通過調節PTFE用量、粉末粒徑及填顏料品種以取得綜合的平衡效果。

3 常規砂紋劑的弊端
現今人們可以通過添加PTFE的聚合物或改性PTFE聚合物來獲得不同的紋理效果。但聚四氟乙烯(Polytetrafluoroethylene，PTFE)屬于PFAS(Polyfluoroalkyl substances)家族，其化學成分由碳原子和氟原子組成，具有極低的摩擦系數和出色的化學、熱和電穩定性。由于疑似健康問題，這些含PTFE材料的安全性在過去10年中一直受到審查。
全氟和多氟化合物(PFAS)是一種人造化學品，碳鏈上的氫原子被部分或者全部取代為氟原子，按照其碳鏈長度可分為短鏈和長鏈PFAS，并按照其分子量的差異以氣體、液體或固體高分子聚合物等方式存在。全氟羧酸類化合物(PFCAs)、全氟磺酸類化合物(PFSAs)和全氟磺酰胺類化合物(FASAs)具有相似的全氟碳鏈結構，但含有不同的末端官能團，分別為—COOH、—SO3H和 —SO2—N—CH2CH3。此外，多氟聚醇類化合物(FTOHs)的結構式為F(CF2)nCH2CH2OH，可以作為聚合物和表面活性劑中間產物的合成原料。
PFAS具有良好的疏水性、疏油性和抗污性，由于其C—F具有較強的鍵能，比碳氫有機化合物具有更穩定的化學性質，被廣泛運用于化工、服裝家具、食品包裝和日常用品等行業中，最新研究發現PFAS還可運用于彈藥、人造草皮和土壤修復等方面中。
隨著研究的深入，具有持久性和生物累積性的PFAS帶來的健康風險越來越引起世界各國高度重視，監管部門和研究人員針對PFAS開展了立法監管、污染水平調查、毒理評估、替代產品與方案研究等各方面的工作。全氟化合物在產品中的使用雖不會對人體造成直接的傷害，但其在環境中不易被降解，在活體生物中容易通過食物鏈積累，從而對人體健康造成危害，部分國家對全氟化合物制定了相關的管控措施。隨著這些管控措施的實施，含氟砂紋效果粉末涂料的使用會受到很大程度的制約，砂紋效果粉末涂料無氟化勢在必行。

4 不含PFAS的無氟砂紋效果粉末涂料解決方案
無氟砂紋效果粉末涂料解決方案是為了滿足環保要求和可持續發展的需求而研發的一種涂料技術。無氟砂紋劑是一種應用于涂料行業的添加劑，特別用于粉末涂料中，以實現砂紋質感的效果。這種產品不含有氟化合物，因此相較于傳統的含氟砂紋劑，其對環境更為友好，同時避免了因使用含氟材料帶來的潛在環保問題。無氟砂紋劑在粉末涂料中的應用，不僅能滿足客戶對于砂紋效果的需求，而且因其不含PFAS(全氟和多氟烷基物質)等有害物質，符合日趨嚴格的環保法規要求，從而在工業生產和消費市場中越來越受到重視。這類粉末涂料的特點是在不使用含氟添加劑的情況下，依然能夠獲得美觀且具觸感的砂紋表面效果。
以下是實現無氟砂紋效果粉末涂料的一般解決方案步驟。

4.1 原材料選擇根據目標產品的性能要求和應用場景，優化配方中樹脂、固化劑、顏填料、砂紋劑、以及其他功能性助劑的比例和種類，相關原料中不存在氟元素，同時還要達到理想的砂紋效果和涂層性能。

4.1.1 樹脂及固化劑選擇不含氟的樹脂作為基礎聚合物，使涂膜具有較高的玻璃化溫度、交聯密度和硬度，提高涂層的抗劃傷性能，確保涂膜具有優良的物理性能和化學穩定性，以保證涂膜的機械強度和耐候性。

4.1.2 砂紋劑砂紋劑是形成砂紋效果的關鍵成分。使用無氟砂紋劑替代傳統的含氟砂紋劑，此類砂紋劑可能是基于特殊設計的有機或無機粒子，具有良好的流動性和分散性，能在熔融涂布和固化過程中定向排列，形成砂紋效果。無氟砂紋劑作為一種涂料添加劑，主要用于粉末涂料中產生砂紋效果，而不含氟元素或其他有害環境的氟化合物。其工作原理大致如下：在粉末涂料中添加無氟砂紋劑后，砂紋劑的主要成分(如聚乙烯或聚丙烯晶體等)與涂料主體部分(樹脂、固化劑等)在物理性能上存在差異，比如密度、粒徑大小和形狀等。當粉末涂料在熔融、流平并固化過程中，砂紋劑成分會因為自身特性而發生遷移或排列變化，形成微小的突起和凹陷，最終在干燥后的涂膜表面上呈現出獨特的砂紋狀紋理。另外，某些無氟砂紋劑可能通過特殊的化學反應或相變過程來促進砂紋的形成，例如通過調節固化速度或者參與交聯反應，使局部區域的固化速率不同，由此形成的不規則結構也能造就砂紋效果。總之，無氟砂紋劑的成膜原理主要是利用其物理特性和可能存在的化學作用，在涂膜固化過程中產生特定的微觀結構差異，進而表現出砂紋狀的視覺和觸感效果。

4.1.3 顏填料顏料是影響涂層性能的重要因素。無氟砂紋效果粉末涂料通常選用環保、無氟的顏料，如有機顏料、無機顏料、珠光顏料等。合理控制顏料的含量和硬度，可以提高涂層的抗劃傷性能和遮蓋力。填料在粉末涂料配方組成中也是不可缺少的重要組成部分。硫酸鋇是一種重要的填料。硫酸鋇分為天然硫酸鋇和沉淀硫酸鋇。天然硫酸鋇是重晶石，比重大，硬度低，性脆，化學性質穩定，不溶于水和酸。重晶石化學組成為BaSO4，晶體屬正交(斜方)晶系的硫酸鹽礦物。常呈厚板狀或柱狀晶體，多為致密塊狀或板狀、粒狀集合體。質純時無色透明，含雜質時被染成各種顏色，條痕白色，玻璃光澤，透明至半透明。沉淀硫酸鋇，物理性質優越，細度均勻，無定性白色粉末或膏狀。沉淀硫酸鋇是通過化學沉淀法工藝生產，含機械雜質少，化學性質穩定。為了避免填料引入氟元素，無氟砂紋效果粉末涂料優先使用沉淀硫酸鋇。

4.1.4 其他助劑為了進一步提高無氟砂紋效果粉末涂料的抗劃傷性能，可以添加適量的抗劃傷助劑，如聚丙烯蠟、聚乙烯蠟、熱塑性樹脂等。抗劃傷助劑可以提高涂層的硬度和彈性，從而改善其抗劃傷性能。除此之外，其他助劑的選擇也需要慎重，需要規避氟元素的引入。

4.2 生產工藝在粉末涂料生產過程中，建議無氟生產流水線生產相關產品，避免生產其他含氟產品后清機清理不干凈的殘留對產品帶來影響。此外，精確控制砂紋劑和其他添加劑的添加量，并確保均勻分散在粉末涂料體系中。對熔融混合、冷卻破碎、篩分等環節進行嚴格把控，以維持砂紋劑顆粒的良好分布狀態。

4.3 施工工藝調整無氟砂紋效果粉末涂料的制備工藝對其性能有很大影響。通過調整涂料的熔融溫度、粉末粒度、助劑用量等工藝參數，可以獲得具有優異性能的無氟砂紋效果粉末涂料。針對不同的施工方法(如靜電噴涂、流化床浸涂等)，調整烘烤時間和溫度參數，確保砂紋效果充分顯現且不會出現流掛、橘皮等不良現象。

4.4 質量控制定期檢測成品粉末涂料的砂紋效果、機械性能、耐腐蝕性、耐候性等各項指標，確保無氟砂紋粉末涂料既能滿足環保要求，又能達到客戶所需的外觀和耐用性標準。通過上述各個環節的精心設計和嚴格控制，可以成功開發出環保型無氟砂紋效果粉末涂料，服務于諸如鋁型材、家電、家具、五金制品等各種需要砂紋質感表面處理的應用領域。

5 結語

無氟砂紋效果粉末涂料廣泛應用于建筑、家具、汽車、電子等領域，滿足綠色環保和高效性能的需求。無氟砂紋效果粉末涂料是一種環保、高性能的涂料，通過合理選擇樹脂及固化劑、砂紋劑、顏填料和其他助劑，以及優化制備工藝，可以實現優異的砂紋效果和綜合性能。

來源：2024粉末涂料與涂裝第1期

作者：文 / 葉坤、 劉軍、楊慶偉 ( 浙江超浪新材料有限公司 )