浅谈粉末涂料原材料的选择及应用

生产粉末涂料需要使用合成树脂、固化剂（在热固性粉末涂料中）、颜料、填料和助剂等几种原料，每一种原料选择得是否得当，对涂料和涂膜性能有很大的影响。因此选择好这些原料是很重要的，下面详细叙述对粉末涂料配方中各种组成的具体要求。   

　　1、合成树脂的选择   

　　合成树脂的结构和性能是决定粉末涂料和涂膜性能的主要因素。因此，一定要把选择树脂这一关把好。选择合成树脂主要考虑下面几个因素。   

　　A、熔融温度和分解温度 粉末涂料以粉末状态喷涂到被涂物上面，经加热熔融成膜，即需要把树脂加热到熔融温度以上。如果这时树脂的分解温度和熔融温度很接近时，控制加热温度非常困难。在制造粉末涂料和施工应用过程中，都希望树脂的熔融温度和分解温度之间的温差要大。这种温差较大的树脂有环氧、聚酯和丙烯酸树脂，比较小的是聚氯乙烯等。   

　　B、熔融粘度 因为粉末涂料用静电喷涂、流化床浸涂等方法涂覆到被涂物上面，经熔融流平成膜。这是粉末涂料粒子之间存在的空气对表面张力影响特别大，熔融粘度高时不易形成平整均匀涂膜，熔融粘度低时容易流平。因此，熔融粘度要求低。另外，也希望树脂的熔融粘度范围窄，达到熔点以上温度时，树脂粘度要迅速下降，环氧树脂和聚酯树脂具有这种特性。   

　　C、电性能 在静电粉末涂装时，粉末涂料粒子带电，借助于库仑力吸附到被涂物上面，库仑力越大，静电吸附效果越好，库仑力F可用下式表示：F=q/16πεh2   

　　式中q——粉末涂料粒子带的电荷  

　　　　ε——真空介电常数  

　　　　h——粉末涂料粒子和被涂物之间距离   

　　当q值越大，库仑力也就越大。一般粉末涂料用树脂的电阻比较大，容易放电。聚氯乙烯树脂的电位下降迅速，容易引起附着粉末涂料粒子的脱落。   

　　D、树脂稳定性 

一般在粉末涂装中喷溢的涂料要回收再用，但是有些粉末涂料粒子同空气接触久了，因受空气中潮气和温度的影响而变质，所以希望树脂的物理、化学稳定性要好。   

　　E、附着力 粉末涂料同被涂物的附着力主要是依靠树脂起作用。如果树脂同被涂物的附着力好，那么不需要涂底漆，而且涂膜的使用性能和耐久性也好；一般热塑性树脂的附着力不好，但改性后可以得到改善，而热固性树脂的附着力都比较好。   

　　F、机械粉碎性能 

粉末涂料的粒度分布、粒子形状对涂膜外观及施工性能有很大影响。要得到合适的粉末涂料粒度，必须进行粉碎。粉末涂料的制造一般采用机械粉碎法或化学粉碎法，其中主要采用机械粉碎法。因此，要求树脂的机械粉碎性能好。一般热塑性树脂的机械粉碎性不好，有些树脂还需要进行冷冻粉碎。   

　　除了上述条件之外，从工业化生产的角度考虑，树脂的合成工艺，原料来源、价格、毒性等都是要考虑的重要条件。   

　　2、固化剂的选择   

　　在粉末涂料配方中，热固性粉末涂料需要加入固化剂。这种固化剂在很大程度上支配着涂料和涂膜的性能。因此，必须人证选好固化剂。一般粉末涂料用固化剂应满足如下条件：   

　　A、在常温下是固体，即粉末状、粒状或者片状。   

　　B、在制造粉末涂料的热熔融混合工序中，同树脂或者其他成分不起化学反应。   

　　C、制造成粉末涂料后，粉末涂料的贮存稳定性良好，在室温下贮存半年以上，同树脂及其他成分不起化学反应，也不凝聚结块。   

　　D、从节能考虑，培植成粉末涂料后，能促使粉末涂料在低温下迅速固化，形成满意的涂膜。   

　　E、要求固化剂的刺激性臭味和毒性小、无害于身体健康和环境卫生。在烘烤成膜过程中，最好不释放出有刺激性臭味和毒性的化合物或者气体。   

　　F、固化剂应为无色，不能使涂膜着色，否则影响涂膜外观和使用效果。有些带有活性基团树脂也可作为粉末涂料的固化剂使用，这些树脂同样要求具备上述条件。除了上述条件外，同树脂的要求一样，固化剂也需要符合生产工艺简单、原料来源丰富、价格便宜等条件。

3、涂料和填料的选择  

　　粉末涂料中使用的颜料和填料要求化学性质不活泼，在粉末涂料的制造和贮存过程中不和其他成分起化学反应，对热和光的稳定性好，能够满足上述条件的一般溶剂型涂料中使用的颜料和填料都可以使用。在粉末涂料中常用的颜料有钛白、铁红、铁黑、云母氧化铁、镉红、镉黄、炭黑、酞菁蓝、酞菁绿和群青等。随着花色品种的增加，许多耐热性的有机颜料也用在粉末涂料中。常用的填料用沉淀硫酸钡、轻体碳酸钙、滑石粉、高岭土、沉淀二氧化硅、云母粉和石英粉等。   

　　颜料和填料添加量随树脂的种类而不同，一般在热固性树脂中的分散性好，添加量的顺序为：聚酯树脂>环氧树脂>丙烯酸树脂。以钛白粉为例，在聚酯粉末涂料中含量40%也有光泽，涂膜平整；然而丙烯酸粉末涂料中若超过20%，涂膜就逐渐失去光泽，接写性能呢感也开始变差。颜料和填料的添加量还同分散方法有关，一般熔融混合分散法效果好，干混合法效果差。   

　　考虑到粉末涂料在使用和清扫时会引起粉尘飞扬，为了保证人体健康，应尽量避免实用含铬和铅的颜料，有些国家还禁止实用铬氧化物。   

　　4、助剂的选择   

　　粉末涂料的涂膜物理机械性能主要是由树脂、固化剂、颜料和填料所决定，但是为了改进涂膜的流平性和边角覆盖力，或者为了使涂膜消光，产生美术花纹等目的，往往还要添加一些助剂。在粉末涂料中用的助剂种类不那么多，这是因为粉末涂料的历史短，许多助剂还有待于开发，而用于溶剂型涂料和水性涂料的一些助剂还不使用于粉末涂料，不能简单地照搬过来。   

　　在粉末涂料中所用的助剂原则上必须是固体的。如果助剂是粘稠状或者熔点极低的固体物质，用量超过2%时，粉末涂料的夏季贮存稳定性就不好，容易结块。因此，粉末涂料用助剂的选择范围比较窄，不象溶剂型涂料用助剂的选择范围广。一般助剂都有最佳添加量的范围，添加量过多，会给涂膜性能带来不好的影响。因此，原则上助剂的使用量必须控制在最低限度。

（1）、流平剂   

　　粉末涂料在烘烤固化成膜过程中，容易产生缩孔。为了克服这种涂膜弊病，在粉末涂料配方种添加流平剂。流平剂的主要作用是，当粉末涂料熔融后，降低涂料的表面张力，使涂料在固化成膜之前迅速流平。这种流平剂对涂膜外观的平整性起决定性作用。因为粉末涂料在熔融流平过程中的粘度较大，所以没有象溶剂型或水性涂料那样容易流平，必须添加流平剂才能得到平整性良好的涂膜。   

　　在粉末涂料中使用的流平剂，都是一些合成树脂，主要有丙烯酸树脂、有机硅树脂和氟树脂等。从外观看，有粘稠液体状和固体粉末状的。一般使用比较多的是丙烯酸树脂流平剂。丙烯酸树脂中有均聚物、共聚物和有机硅树脂改性物。在一部分丙烯酸粉末涂料中，使用有机硅树脂流平剂。   

　　为了使含量少的流平剂充分发挥作用，配方中的流平剂必须充分均匀分散。一般粘稠状的流平剂直接分散有困难，须预先分散到树脂中后，再进行粉碎后分散，这样分散效果较好；有的先分散在载体中制成粉末状流平剂后使用。在容易产生缩孔的树脂类型中，还可以使用混合流平剂。国内外常用的丙烯酸树脂型流平剂有聚丙烯酸丁酯、聚丙烯酸-2-乙基己酯、聚丙烯酸月桂酯以及丙烯酸酯的共聚物，这些流平剂是粘稠液体状的。另外还有固体状的聚甲基丙烯酸甲酯、聚甲基丙烯酸异葵酯和聚甲基丙烯酸月桂酯等。目前国内使用的流平剂主要是丙烯酸树脂类流平剂。这些流平剂的用量范围一般为树脂用量的0.2—2%.   

　　(2)、涂膜边角覆盖力改进剂   

　　粉末涂料在熔融流平固化时，如果粘度过低，对被涂物边角的涂膜覆盖力不好，这样将影响被涂物边角的防腐蚀性或电绝缘等性能。为了改进涂膜的边角覆盖力，使被涂物边角部位的涂膜厚度接近平面位置的厚度，通常使用粉末涂料熔融流平时带来触变性的微细粉末状二氧化硅等助剂。在粉末涂料中添加这种助剂时，可以控制粉末涂料的熔融流平时的粘度，防止被涂物边角部位涂膜过薄或者流挂现象。这种触变剂的使用量取决于被涂物形状，也取决于粉末涂料配方组成。添加这种触变剂对涂膜的平整性带来一些不利的影响。在粉末涂料中，常用的涂膜边角覆盖力改进剂还有聚乙烯醇缩丁醛等。在丙烯酸粉末涂料中，树脂本身的熔融粘度比较高，不必添加这种改进剂。   

　　（3）、消光剂   

　　根据用途有时需要半光或无光的粉末涂料。为了降低涂膜光泽，常用的消光剂有超细二氧化硅、滑石粉、硬脂酸铝、硬脂酸钙、低分子热塑性树脂等。要得到小光效果，可以采用如下方法：   

　　a、将固化速度不同的粉末涂料，用干混合法进行混合，那么所得涂膜的光泽明显下降，起到消光作用。由于反应活性高的粉末涂料迅速固化，使连续相的固化较慢的树脂流平和反应受到阻碍，最终固化涂膜失去光泽。虽然这种方法有效，但增加制造工序和成本。   

　　b、添加热塑性树脂。在环氧粉末涂料中添加醋酸纤维素，在聚酯粉末涂料中添加细粉末状低分子量聚乙烯、聚丙烯树脂可以得到消光粉末涂料。涂膜光泽受制造条件的影响。因为热塑性树脂的添加，将影响粉末涂料的贮存稳定性，所以添加量限与树脂量的2—3%。   

　　c、用有消光作用的特殊固化剂   

　　d、添加有消光作用的填料。添加超细二氧化硅、滑石粉等填料使光泽显著下降。特别是填料的粒度对涂膜光泽有很大影响。粒度越大光泽越低。要注意的是增加填料的用量，会使涂膜的平整性和机械强度下降。在环氧粉末涂料中，碳酸钙粒度对涂膜光泽的影响见表。在丙烯酸、聚酯粉末涂料中添加超细二氧化硅和高岭土能得到消光涂料。除此之外，添加聚乙烯石蜡、氢化蓖麻油等蜡状物也能得到消光涂料。

（4）、热和光稳定剂   

　　环氧树脂的耐热性和光稳定性不好，聚酯树脂比较好，丙烯酸树脂的耐热性和光稳定性非常好。固化剂的组成对涂膜耐热、耐光性能有影响，例如在环氧粉末涂料中，酸固化的比胺固化的稳定性好。从流平剂来说，有机硅树脂比丙烯酸树脂好。为了改进涂膜耐热、耐光性能，也就是改进热变黄性和耐紫外光等性能，应添加防氧化剂、紫外线吸收剂等助剂。   

　　（5）、涂膜物性改性剂   

　　环氧树脂粉末有良好的附着力，但聚酯、丙烯酸树脂粉末涂料没有这样好的附着力。为了提高附着力，可在这类树脂粉末涂料中添加5%以下的分子量稍低的环氧树脂。环氧树脂的添加量以不使涂膜产生粉化为限。   

　　一般高分子量的环氧树脂的柔韧性比低分子量的环氧树脂好。以丙烯酸酯为基础的丙烯酸树脂比环氧树脂的柔韧性好，但树脂经固化成膜以后的涂膜的性能受固化剂种类的影响。一般流平剂对涂膜柔韧性几乎没有影响。如果要求特殊柔韧性时，添加邻苯二甲酸二环己烷酯只类的聚氯乙烯固体增塑剂1—3%也是有效的。这种添加剂主要加在环氧/聚酯粉末涂料中，添加量不宜过多，否则会出现粉末涂料结块的弊病。   

　　（6）、美术型涂料助剂   

　　在粉末涂料品种中，除了有光、半光和无光涂料之外，还有皱纹、锤纹、龟甲纹和金属闪光型美术涂料。对美术型的皱纹、锤纹和龟甲纹等粉末涂料，要在配方中添加特殊填料、固化促进剂和浮花剂等助剂。根据不同的涂膜外观要求，添加不同的助剂。金属闪光粉末  

涂料是添加鳞片状金属颜料，如铝粉、铜粉和镍粉而得到。   

　　除上述助剂，为了改进粉末涂料的贮存稳定性需添加防结块剂；为了提高耐侯性，有的粉末涂料添加紫外线吸收剂和防老化剂；在热塑性粉末涂料中还要添加增塑剂；在特殊粉末涂料中还要添加阻燃剂等。

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