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0 引言

這一年，隨著國家環保政策重心從“過程監管”到“末端治理”再到“源頭替代”轉變，涂料與涂裝行業步入綠色發展新時期，粉末涂料與涂裝也迎來了新的機遇期。粉末涂料一般由聚酯樹脂、固化劑、助劑及顏填料組成，將粉末涂料以空氣作為傳播媒介噴涂于工件上，在高溫烘烤時聚酯樹脂與固化劑發生交聯反應，最后固化成平整堅硬的涂膜。粉末涂料具有以下幾個特點：

(1) 經濟(Economics)：粉末涂料原材料來源十分豐富，價格便宜。

(2) 環保(Ecology)：相較于溶劑型涂料，粉末涂料因不含有機溶劑，既可以避免有機溶劑對土地、水源的污染，又可以避免有機溶劑受環境影響發生揮發與分解，產生的有毒刺激性氣味對大氣造成污染，從而在一定程度上保護人民群眾的生命安全。

(3) 高效(Efficient)：在相同涂裝次數的情況下，粉末涂料獲得的涂層厚度要比一般溶劑型涂料要厚(即一次粉末涂料涂裝的涂膜厚度相當于一般溶劑型涂料多次涂裝的涂膜厚度)，大大減少了因多次涂裝所消耗的時間，進而提高了生產效率。

(4) 性能卓越(Excellent)：粉末涂料用樹脂的分子量比溶劑型和水性涂料的大，因此，涂膜的物理力學性能和耐化學藥品等性能比溶劑型和水性涂料好。另外，在涂膜中沒有殘留溶劑，涂膜的致密性和耐腐蝕性也較好。

因此，粉末涂料被稱作“4E”型涂料。其中，聚酯粉末涂料是我國耐候性粉末涂料中產量最大、用途最廣的重要粉末涂料品種。其具有機械性能良好、價格便宜等優點。隨著人們審美意識的改變，人們更喜歡能帶來高級感的消光體系產品。當光線照射至啞光涂層表面時，光線將發生漫反射現象，進而減少了光污染現象。目前，制造消光聚酯粉末有

三種方式：

(1) 在單組分聚酯體系中添加消光劑進行消光。優點為其配方結構以及制造工序簡單，可制得表面平整、光滑、細膩的涂膜；缺點是消光劑成本較為高昂，不利于粉末涂料產品成本控制。

(2) 利用雙組分體系進行消光。優點為不使用消光劑即可降低光澤，可在一定程度上節約成本；缺點是制造工藝較為繁瑣，一般雙組分消光需制造兩種有反應速度差異的粉末，再將其按1：1干混的方式合成最終粉末。并且一般純干混消光得到的光澤在25-40左右，消光范圍較為一般，且涂膜表面目視光滑度不如單組分。

(3) 使用消光填料進行消光。其主要通過物理作用進行消光，缺點是消光作用有限，一般用于制造光澤60左右的粉末涂料。

本文選用第一種方法進行探索實驗。

1 實驗部分

1.1 實驗材料：

聚酯樹脂1、聚酯樹脂2，安徽神劍；聚酯樹脂3，浙江光華；TGIC，黃山華惠；

消光鋇，貴祥；增硬填料：廣州銀彩；流平劑1：艾斯特倫；流平劑2、光亮劑，寧波南海；安息香，揚凡化工；增硬劑1，湖北來斯；增硬劑2，南京天詩；增硬劑3；增硬劑4，佛山客臨登；增電劑，東莞索是；消光劑1，六安捷通達；消光劑2，安徽景成；顏料：市售。以上材料的品質級別均為一般工業級。

1.2 實驗設備：

電子天平(BWS-n)：佰倫斯；雙螺桿擠出機(TSK 22)、ACM微粉碎機(101-3AS)：煙臺杰程；靜電噴槍(OptiFlex

2)：廣東南海華美涂裝廠；電熱恒溫干燥箱(101-3AS)：康恒儀器；膜厚測量儀(QNIX 4500)：德國尼克斯；光澤儀(WGG60-Y4 MN60)：科仕佳；鉛筆硬度測試儀(BGD 505)：標格達；沖擊儀(QJL)：天津市精科材料試驗機廠。

1.3 涂膜制備方法

(1) 將各原材料按表1所示的基礎配方結構進行配制并裝入容器中混合均勻，制成生料。

(2) 將生料放入雙螺桿擠出機進行熔融擠出和壓片冷卻，制成片料。擠出機螺桿轉速設置為45Hz，下料區溫度設置為100℃，出料區溫度設置為105℃。

(3) 片料粉碎后放入磨粉機制成粒徑分布均勻的粉末，控制粉末粒徑D50在30-35μm。

(4) 將制好的粉末用靜電噴槍噴涂于150mm×75mm ×0.5mm鋁板上，控制噴涂膜厚為60-80 μm。將噴涂好的鋁板放入爐溫200℃的電熱恒溫干燥箱中保溫10分鐘后取出，待冷卻后檢測各項性能。檢測項目及其檢測標準如表2所示。

2 結果分析及討論

2.1 聚酯樹脂

聚酯樹脂作為粉末涂料的成膜物質之一，是奠定涂膜各項性能的重要材料。一般聚酯體系常用端羧基聚酯樹脂，其羧基與固化劑的反應基團發生交聯固化反應，從而使兩者結合成高分子化合物并以此形成涂膜。目前常用的固化劑有異氰尿酸三縮水甘油酯(即TGIC)和羥烷基酰胺(即HAA)。端羧基聚酯樹脂與TGIC的反應原理為：端羧基聚酯樹脂的羧基與TGIC的環氧基發生連續性交聯固化反應，該反應連續不斷的進行直至兩者結合成高分子化合物涂膜。在該反應中沒有副產物產生，因而該體系涂膜流平性佳，不易產生針孔、豬毛孔等弊病。該反應示意圖如圖1所示。端羧基聚酯樹脂與HAA的反應原理為：端羧基聚酯樹脂的羧基與HAA的羥基之間發生脫水反應，該反應連續不斷的進行直至兩者結合成高分子化合物涂膜。但當兩者結合成高分子化合物時會產生小分子水，在涂膜固化時小分子水會從涂膜中溢出，容易使涂膜出現針孔、豬毛孔弊病，在涂膜厚噴時極易產生，影響涂膜外觀。該反應示意圖如圖2所示。

綜合考慮后選擇端羧基聚酯樹脂與TGIC反應體系。本實驗選用以下3種參數不同的聚酯樹脂進行涂膜制備，3種聚酯樹脂的參數及其涂膜性能如表3所示。

由上述實驗結果得知，使用聚酯樹脂2和聚酯樹脂3形成的涂膜硬度較高。這是因為它們酸值比聚酯樹脂1高，酸值越高則需要消耗更多的固化劑，發生交聯固化反應時所形成的涂膜交聯密度也更大，因而對涂膜硬度有更好的提升效果。但從聚酯樹脂的成本方面考慮，最終選擇聚酯樹脂2進行后面的探索實驗。

2.2 消光劑

消光劑分為非反應型消光劑和反應型消光劑。

(1)非反應型消光型主要通過物理作用進行消光。其消光原理為：利用消光劑與成膜物質之間相容性差，使涂膜表面微觀平整性遭到破壞，當入射光線照射涂膜表面時，出射光線將以漫反射的形式發出，從而達到消光效果。

(2)反應型消光劑也稱為消光固化劑，主要通過物理和化學作用進行消光。其消光原理為：消光固化劑在粉末涂料的成膜過程中可作為固化劑的一部分參與反應。因為消光固化劑與常規固化劑的反應活性有一定的差異，所以它們所形成的化合物彼此之間相容性差，破壞了涂膜表面微觀平整性，從而達到消光效果。圖3為消光劑消光原理示意圖。

本文選用不同類型的消光劑進行對比擇優，實驗結果如表4所示。

由上述實驗結果得知，在添加量相同的情況下，消光劑1的板面光澤比消光劑2高，且板面硬度比消光劑2低。這是因為消光劑2在粉末涂料發生交聯固化反應時需消耗部分TGIC，即與之也發生交聯固化反應，在一定程度上提升了涂膜的交聯密度，進而提高了涂膜硬度，故選用消光劑2進行后續實驗。但目前光澤與目標值仍有一定差距，故下一步調整消光劑用量以使光澤達到目標值。

2.2.1 消光劑用量

表5為不同消光劑2添加量的實驗結果。

由實驗結果可以得出，調整消光劑用量后，光澤達到目標要求，且硬度不受影響。

2.3 填料

填料是粉末涂料中重要組成成分之一，在為粉末涂料提供硬度、剛度等性能的同時還可以降低成本。本實驗選擇3種填料組合以驗證它們對涂膜性能的影響，實驗結果如表6所示。

由上述實驗結果得知，將部分消光鋇替換為增硬填料，涂膜硬度隨替換量的提升而提升，但流平狀況隨替換量的提升而下降(從平整變為桔皮)，因而替換量不宜過多。經過綜合考慮之后，選擇消光鋇(27%)+增硬填料(5%)的填料組合進行后續實驗。

2.4 增硬劑

增硬劑在粉末涂料成膜過程中會遷移至涂膜表面，最終在涂層表面形成分布均勻的保護膜，從而為涂層提供觸感爽滑、耐磨耐刮和消光效果。增硬劑主要分為有機硅類和蠟類兩大類。圖4為增硬劑作用效果示意圖。

本文選用不同類型的增硬劑進行對比擇優，實驗結果如表7所示。

由上述實驗結果得知，增硬劑1與增硬劑2為蠟基增硬劑，它們在提升涂膜硬度的同時也提供了較強的消光效果，得到的涂膜光澤離目標值差距較大，故不使用該類型的增硬劑。增硬劑3與增硬劑4為非蠟基增硬劑，它們不僅提升了涂膜硬度，而且對涂膜光澤無明顯影響。其中增硬劑3的涂膜硬度比增硬劑4高，故最終選用其作為最佳增硬劑。

2.5 結果匯總

綜合以上結果，確定最終粉末涂料配方如表8所示：

3 結語 

提高聚酯體系粉末涂料硬度可從以下幾個方法進行：

(1)選用交聯密度大的聚酯樹脂。一般酸值越高的聚酯樹脂其需要消耗的固化劑就越多，所制得的涂膜交聯密度也就越大。但過大的反應官能團密度會導致另一個弊端，即使得整個配方體系反應速度過快，極易導致涂膜產生橘皮，影響涂層外觀。

(2)添加適合的增硬劑以及增硬填料。

(3)消光劑選擇可以消耗TGIC的為宜，其與部分TGIC進行反應，在一定程度上可提升涂膜的交聯密度。

通過對增硬劑、聚酯樹脂、填料、消光劑的擇優選擇，最終制得與目標性能接近的配方。

來源：2024年粉末涂料與涂裝行業年會會刊  林智宇 / 劉飛 (廣東華江粉末科技有限公司)