干货 | 耐候型皮纹类粉末涂料的研制

本文主要研究的是户外用不同耐候级别的，具有皮纹效果的粉末涂料。通过对原材料、制备工艺及主要影响因素进行讨论与分析，研制出适用于户外的高装饰性粉末涂料。

这种粉末涂料所制的涂膜表面具有非常清晰的皮纹效果，装饰型明显，且遮盖作用好，机械性能良好，对物体表面具有良好的防护作用；

同时可根据要求设计此类粉末涂料的耐候级别，最高可满足AAMA2604 标准要求，另外此类粉末涂料一次成膜，成本低，易于推广与应用。

1 技术背景

目前，粉末涂料已比较广泛应用于建筑铝型材、铝单板、幕墙、防盗门、家电和其它一般工业等行业。

粉末涂料成膜后的外观主要有流平、砂纹、皱纹、消光等，这些涂膜主要给基材提供保护作用，而装饰性、艺术感不高。

于是行业内出现了一些具有特殊纹理效果的艺术涂料产品，如龟纹、网纹、鳄鱼皮纹等。

随着建材、家具等行业高装饰性的发展和人们越来越个性化的要求，这种特殊纹理效果粉末涂料在铝型材、防盗门窗、钢木家具、缝纫机、仪表、小型机电外壳等领域有越来越广泛的需求。

美术型皮纹粉末涂料涂层色泽柔和，纹理典雅。并且能帮助掩盖基材本身的缺陷，不易出现缩孔、麻点等，对金属表面的平整度要求不如高光粉末涂料那么高，于是能广泛应用于各种高档金属制品的涂装。

本文主要介绍的是户外用不同耐候级别的，具有皮纹效果的粉末涂料，这种粉末涂料具有清晰的皮纹外观、机械性能好，且有多种耐候级别可供选择，且迄今很少有文献论述户外用美术型粉末涂料的制备工艺和配方。

2 制备工艺及配方

2.1 原材料

用于合成耐候型皮纹类粉末涂料的原材料包括：一般聚酯树脂、超耐候聚酯树脂、氟碳树脂、固化剂、颜料、填料和助剂（包括促进剂、增光剂、消光剂、紫外光吸收剂、稳定剂、流平剂、消泡剂、脱气剂、皱纹剂、浮色剂）等。

2.2 配方设计

2.2.1 配方设计原理

本文采用不相容物质加入法以及不同固化速度的固化剂来获得不同形状的纹理效果。

利用高分子产品和改性无机材料之间的不相容性，在成膜的时候，产生不同的流平状态，并利用调节体系的固化速度和粘度使粉末粒子在没有充分流平时就固化，从而形成特殊的皮纹效果。

2.2.2 涂膜老化降解机理及聚酯选用

涂膜的老化是指在紫外线、水分、温度变化、空(氧)气、大气中的化学污染物等综合因素作用下引起涂层老化或破坏的现象。

其中主要的老化现象是太阳光及空(氧)气导致的光氧降解，特别是太阳光内295～350nm紫外线辐射对涂膜聚合物降解破坏最大。

当涂膜中含有苯环、羰基、酮、不饱和键、叔碳等极易吸收紫外线的基团，则对涂层的破坏作用更加严重，加之氧气的存在进一步的加速光氧降解进程。

除了太阳光外、雨水与大气里的酸性气体(N02、S02等)就目前来看也是一个比较重要的老化因素。

聚酯树脂由于含有酯键，因此很易水解，而溶于水的酸性气体将催化树脂酯键更快速地水解断裂。

另外基于羧端基的聚酯粉末涂料内常用的颜料、填料多是碱性的，也会与涂膜发生化学反应。

对于热，它可以加速聚酯结构中分子的振动，从而使其断裂发生热降解，在氧的存在下，破坏作用更加严重。这些因素最终影响涂膜的外观、色泽、耐久性变差，大大缩减涂膜的使用寿命。

可见，涂膜的耐候性与涂料的组成密切相关，而涂料配方中基体聚酯树脂的耐候性对涂膜的耐候性起着关键的作用。

本文树脂类原材料选用了欧洲建材级别的耐候聚酯、超耐候聚酯树脂、氟碳树脂。

2.2.3 固化剂选用

涂膜的耐候性不仅取决于固化剂本身结构，还取决于其聚集态结构。固化后结构的紧密显然也有助于涂膜耐候性的提高。

目前耐侯型聚酯粉末涂料中最常用的固化剂是TGIC（异氰尿酸三缩水甘油酯）和HAA（羟烷基酰胺），TGIC体系的耐老化中长期耐久性能优于羟烷基酰胺体系。

因为TGIC三官能团提供了足够的活性，结构中不含苯环和醚，而稳定的三嗪环保证了良好的耐热性和耐候性。

采用TGIC固化的涂层交联密度高，涂膜的附着力高，使涂层聚合物的端基含量相对降低而提高了涂层的耐紫外光照射性，然而不足的是存在生理毒性。

HAA活性更高可在较低温度下固化，固化时释放低分子化合物，涂层过厚易出现针孔，其粉末涂料贮存稳定性比TGIC好，耐候性与TGIC相当，但耐热性比TGIC差，涂膜易黄变。本文选用TGIC作为固化剂。

2.2.4 颜填料

耐候性聚酯粉末涂料对颜填料也有较高的要求，对颜料来讲，除了要考虑颜料的遮盖力、着色力及分散性、热稳定性外，还要考虑该颜料的光稳定性、耐氧化性、耐潮性，使之生产的粉末涂料保色性、抗粉化性及物理性能持久。

比如钛黄、群青等的耐光、耐热、耐候性就很好，硅包覆的颜料的耐候耐热性也得到明显的提高，还有目前研究很多的钛白粉，它除了提供颜色，另一重要的作用就是吸收紫外线，能极大的提高耐候性能。

而对于填料，为了降低粉末涂料的成本，在粉末涂料的配方中都会加入一定量的填料，它的着色力和遮盖力差，主要起填充、补强的作用。

通常采用的填料是硫酸钡、石英粉、绢云母粉等，其中石英粉则提供长期的耐久性、绢云母粉的耐候性能也很好。如果选择易分散的颜填料对于涂膜耐候性也是有帮助的。

2.2.5 助剂

助剂对耐候性的影响也很大。常用的助剂有紫外线吸收剂、自由基捕捉剂、光屏蔽剂等它们能够对涂膜起到保护，减少紫外线的射入，能够捕捉自由基。

同时有些助剂间存在协同效应，这样添加非单一的助剂耐候性会有更大的改善。若配合使用抗氧剂将大大减缓涂膜的大气老化，增加其耐候性。

2.2.6 产品配方

本文所采用底粉的配方结构与普通皱纹粉末涂料配方相比非常类似，其典型配方见表1。

表1

2.3 制备工艺

本实验采用底粉和面粉两种粉分别熔融挤出，再到邦定机邦定加工，然后进行过筛，形成成品，喷涂烘烤形成皮纹类表观的涂膜。

3 结果与讨论

3.1 表面纹理效果的表征

按照表1的配方，我们分别制作出样1、样2、样3，它们的外观效果见下图：

样1

样2

样3

我们可以看到，三者都有非常清晰类皮纹效果，光泽柔和，在视觉和触觉上都有非常良好的表现。

3.2  样1、样2和样3的其它性能检测见下表：

表3

通过表3，我们可以看出：样1的各方面性能完全达到了铝型材行业（GB5237.4-2008 Part 1）的标准要求，完全适合户外型材使用，理论上户外可以使用3-5年；

样2的耐候性、耐盐雾性、耐酸碱性与样1比都有明显的提高，介于美国标准AAMA2603和AAMA2604之前，建议户外使用5-10年；样3的耐候性、耐盐雾性、耐酸碱性都优于样2，达到了美国标准AAMA2604的要求。

3.3 皱纹剂对涂膜的影响

皱纹剂的用量对涂膜纹路效果影响很大，当粉末涂料烘烤固化时， 熔融流平膜的表面张力很大，而皱纹剂的表面张力较小；

由于两种不同表面张力的物质之间的相容性不好，表面张力小的一方又不能使表面张力大的一方的表面张力完全降下来，两种不同表面张力物质的相互共存，使涂膜产生均匀的皮纹效果。

本文用的皱纹剂用量为配方总量的0.05%，而一般的皱纹型粉末涂料用量为0.08～0.18 。

本实验中降低皱纹剂的量为了使涂膜产生均匀圆坑，然后通过面粉的流平推动，使圆坑部分连接在一起，形成线状纹路，没有圆坑的表面充满薄薄面粉层，从而在工件表面形成致密的涂膜。随着皱纹剂用量增加，花纹变碎，面粉层变小，纹理先变立后变平。

3.4 胶化时间对纹理的影响

本文所介绍的产品对体系的粘度和胶化时间有严格的要求，因为我们要保证粉末粒子有较长的流动时间，要达到面粉层上浮后，才能完成凝胶。

因为如果凝胶时间过短或体系粘度过高，体系在面粉还没有完全上浮就停止流动，这样则不能产生类皮纹的纹理效果，或效果不明显；

当然胶化时间如果过长，又会影响产品的固化和机械性能等；所以我们要把胶化时间控制在一个合理的范围里。

3.5 蜡对涂膜的影响

在面粉的配方中添加了蜡，加蜡一方面是起到消光作用，另一方面增加了涂料组分中的不相容性及混乱度，使涂膜产生清晰、滑爽的表面纹理效果，同时也提高了涂膜的抗划伤性能。

4 结论

1）本文制备了耐候型皮纹类粉末涂料，该粉末涂料对被涂物体的表面有很好的防护作用，有较高的玻璃化温度。

2）本文所制得的耐候型皮纹类粉末涂料，色泽柔和、纹理典雅。

3）本文所述的粉末涂料配方设计合理，同时可根据要求设计此类粉末涂料的耐候级别，最高可满足AAMA2604标准要求，户外可以使用10-15年。

5 结束语

通过本文的研究，我们已掌握了制备具有耐候型皮纹类粉末涂料的新方法。随着经济的快速发展，各国对生存环境越来越重视，粉末涂料应用领域在逐渐扩大，市场发展的步伐不断的加快，特别是高装饰型的户外高耐候粉末涂料，由于其绚丽的效果与良好的耐候特性，市场需求量变的越来越大。