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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(guī)砂紋劑的弊端，結(jié)合目前某些行業(yè)對無氟砂紋效果的需求，從原材料選擇、生產(chǎn)工藝、施工工藝，以及相關(guān)質(zhì)量管控等多維度展開探討，使產(chǎn)品既實(shí)現(xiàn)砂紋效果，性能與常規(guī)產(chǎn)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(yōu)點(diǎn)， 而且花紋美觀、 裝飾性強(qiáng)，還可以彌補(bǔ)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(lǐng)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(huán)保政策和行業(yè)要求的出現(xiàn)，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(jié)構(gòu)。這種方法生成的砂紋的優(yōu)點(diǎn)在于它的成本較低，但若填料量控制不當(dāng)，會使粉末涂料的施工性能、涂膜的機(jī)械性能、涂膜的耐化學(xué)品性能受到影響。
1.2 加入不相容物質(zhì)法

在粉末涂料中加入一些不相容的聚合物，其熔點(diǎn)高于粉末涂料樹脂基料的熔融溫度。含有不相容物質(zhì)的粉末涂料預(yù)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(gòu)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(yīng)該注意的是需要嚴(yán)格控制不相容物質(zhì)的種類及添加量，否則會使涂膜的機(jī)械性能受到影響。此種方法生產(chǎn)的砂紋粉末涂料耐化學(xué)性、耐腐蝕性較好。
1.3 加入砂紋劑法現(xiàn)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(chǎn)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(diǎn)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(xiàn)分布均勻的砂紋狀。采用此種方法生產(chǎn)的砂紋粉末涂料的裝飾性和防護(hù)性都好，不僅機(jī)械性能優(yōu)異，而且紋理重現(xiàn)穩(wěn)定、手感滑爽、擠出容易、效果穩(wěn)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(jié)合來實(shí)行。其缺點(diǎn)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(xiàn)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(wěn)定。PTFE有不同的粒徑和表面形態(tài)，不同粒徑或表面形態(tài)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(xì)致的砂紋表面。某些改性的PTFE也可產(chǎn)生砂紋效果，一般采用PP或費(fèi)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(wěn)定的紋理效果。使用PTFE的過程當(dāng)中添加量的大小、粉末粒徑及顏填料都會對表面及光澤產(chǎn)生較大影響。一般而言，粉末粒徑越細(xì)，產(chǎn)生的紋理越細(xì)(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(xì)砂紋，但在相同添加量時，粒徑較細(xì)的粉末并不產(chǎn)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(diào)節(jié)光澤或紋理大小除了添加量外，還可以通過粉末粒徑來調(diào)節(jié)。
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(yīng)當(dāng)會導(dǎo)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(xì)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(chǎn)生不同的粗糙度，因此可以將不同的填料進(jìn)行組合以獲得相應(yīng)的紋理效果，但CaCO3并不適合戶外使用。SiO2對調(diào)節(jié)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(yīng)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(chǎn)生較強(qiáng)的紋理效果，但過多的填料也會導(dǎo)致不充分潤濕或流動，過于粗糙的涂膜也不一定具有應(yīng)用價值，可以通過調(diào)節(jié)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(guī)砂紋劑的弊端
現(xiàn)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(xué)成分由碳原子和氟原子組成，具有極低的摩擦系數(shù)和出色的化學(xué)、熱和電穩(wěn)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(xué)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(jié)構(gòu)，但含有不同的末端官能團(tuán)，分別為—COOH、—SO3H和 —SO2—N—CH2CH3。此外，多氟聚醇類化合物(FTOHs)的結(jié)構(gòu)式為F(CF2)nCH2CH2OH，可以作為聚合物和表面活性劑中間產(chǎn)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(qiáng)的鍵能，比碳?xì)溆袡C(jī)化合物具有更穩(wěn)定的化學(xué)性質(zhì)，被廣泛運(yùn)用于化工、服裝家具、食品包裝和日常用品等行業(yè)中，最新研究發(fā)現(xiàn)PFAS還可運(yùn)用于彈藥、人造草皮和土壤修復(fù)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(fēng)險越來越引起世界各國高度重視，監(jiān)管部門和研究人員針對PFAS開展了立法監(jiān)管、污染水平調(diào)查、毒理評估、替代產(chǎn)品與方案研究等各方面的工作。全氟化合物在產(chǎn)品中的使用雖不會對人體造成直接的傷害，但其在環(huán)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(guān)的管控措施。隨著這些管控措施的實(shí)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(huán)保要求和可持續(xù)發(fā)展的需求而研發(fā)的一種涂料技術(shù)。無氟砂紋劑是一種應(yīng)用于涂料行業(yè)的添加劑，特別用于粉末涂料中，以實(shí)現(xiàn)砂紋質(zhì)感的效果。這種產(chǎn)品不含有氟化合物，因此相較于傳統(tǒng)的含氟砂紋劑，其對環(huán)境更為友好，同時避免了因使用含氟材料帶來的潛在環(huán)保問題。無氟砂紋劑在粉末涂料中的應(yīng)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(zhì))等有害物質(zhì)，符合日趨嚴(yán)格的環(huán)保法規(guī)要求，從而在工業(yè)生產(chǎn)和消費(fèi)市場中越來越受到重視。這類粉末涂料的特點(diǎn)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(shí)現(xiàn)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(jù)目標(biāo)產(chǎn)品的性能要求和應(yīng)用場景，優(yōu)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(guān)原料中不存在氟元素，同時還要達(dá)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(chǔ)聚合物，使涂膜具有較高的玻璃化溫度、交聯(lián)密度和硬度，提高涂層的抗劃傷性能，確保涂膜具有優(yōu)良的物理性能和化學(xué)穩(wěn)定性，以保證涂膜的機(jī)械強(qiáng)度和耐候性。

4.1.2 砂紋劑砂紋劑是形成砂紋效果的關(guān)鍵成分。使用無氟砂紋劑替代傳統(tǒng)的含氟砂紋劑，此類砂紋劑可能是基于特殊設(shè)計的有機(jī)或無機(jī)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(chǎn)生砂紋效果，而不含氟元素或其他有害環(huán)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(dāng)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(fā)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(xiàn)出獨(dú)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(xué)反應(yīng)或相變過程來促進(jìn)砂紋的形成，例如通過調(diào)節(jié)固化速度或者參與交聯(lián)反應(yīng)，使局部區(qū)域的固化速率不同，由此形成的不規(guī)則結(jié)構(gòu)也能造就砂紋效果?？傊?，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(xué)作用，在涂膜固化過程中產(chǎn)生特定的微觀結(jié)構(gòu)差異，進(jìn)而表現(xiàn)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(huán)保、無氟的顏料，如有機(jī)顏料、無機(jī)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(xué)性質(zhì)穩(wěn)定，不溶于水和酸。重晶石化學(xué)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(zhì)純時無色透明，含雜質(zhì)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(zhì)優(yōu)越，細(xì)度均勻，無定性白色粉末或膏狀。沉淀硫酸鋇是通過化學(xué)沉淀法工藝生產(chǎn)，含機(jī)械雜質(zhì)少，化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定。為了避免填料引入氟元素，無氟砂紋效果粉末涂料優(yōu)先使用沉淀硫酸鋇。

4.1.4 其他助劑為了進(jìn)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(guī)避氟元素的引入。

4.2 生產(chǎn)工藝在粉末涂料生產(chǎn)過程中，建議無氟生產(chǎn)流水線生產(chǎn)相關(guān)產(chǎn)品，避免生產(chǎn)其他含氟產(chǎn)品后清機(jī)清理不干凈的殘留對產(chǎn)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(huán)節(jié)進(jìn)行嚴(yán)格把控，以維持砂紋劑顆粒的良好分布狀態(tài)。

4.3 施工工藝調(diào)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(diào)整涂料的熔融溫度、粉末粒度、助劑用量等工藝參數(shù)，可以獲得具有優(yōu)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(diào)整烘烤時間和溫度參數(shù)，確保砂紋效果充分顯現(xiàn)且不會出現(xiàn)流掛、橘皮等不良現(xiàn)象。

4.4 質(zhì)量控制定期檢測成品粉末涂料的砂紋效果、機(jī)械性能、耐腐蝕性、耐候性等各項指標(biāo)，確保無氟砂紋粉末涂料既能滿足環(huán)保要求，又能達(dá)到客戶所需的外觀和耐用性標(biāo)準(zhǔn)。通過上述各個環(huán)節(jié)的精心設(shè)計和嚴(yán)格控制，可以成功開發(fā)出環(huán)保型無氟砂紋效果粉末涂料，服務(wù)于諸如鋁型材、家電、家具、五金制品等各種需要砂紋質(zhì)感表面處理的應(yīng)用領(lǐng)域。

5 結(jié)語

無氟砂紋效果粉末涂料廣泛應(yīng)用于建筑、家具、汽車、電子等領(lǐng)域，滿足綠色環(huán)保和高效性能的需求。無氟砂紋效果粉末涂料是一種環(huán)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(yōu)化制備工藝，可以實(shí)現(xiàn)優(yōu)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 )