淺談如何提高鋁型材用粉末涂料的耐候性

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　　前言

　　隨著國民經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，粉末涂料的戶外應(yīng)用越來越普遍，人們對粉末涂層耐候性和耐久性的關(guān)注度不斷提高，特別是對鋁型材、天花（詞條“天花”由行業(yè)大百科提供）板、幕墻板等室外用品表面的粉末涂膜的耐候性要求越來越高。

　　粉末涂料主要由樹脂、固化劑、助劑、顏填料等組成，噴涂在鋁型材表面的涂層隨著時間的延長，受周圍自然因素如日曬、雨淋、氧化、冷熱變化以及微生物等的作用，會出現(xiàn)性能逐漸降低的現(xiàn)象，即老化。粉末涂料抑制或延緩自然老化的能力稱為耐自然老化性，簡稱耐老化性，也叫耐候性。

　　影響粉末涂料耐候性的因素很多，其中包括粉末涂料成分中的樹脂、固化劑、顏填料、助劑等各種原材料的性能、用量、配比等內(nèi)部因素;以及粉末涂料制作過程的工藝條件和涂料的固化程度;還有涂膜的使用環(huán)境如日光(主要是紫外線)的作用、大氣的組成(氧、臭氧、工業(yè)煙霧等)、濕度(包括酸雨、鹽霧等)、溫度變化等外部因素。

　　從粉末涂料本身的角度來看，提高粉末涂層耐候性能主要從原材料、配方結(jié)構(gòu)以及制作工藝等方面著手。

　　一、原材料

　　粉末涂料主要由樹脂、固化劑、助劑、顏填料等材料組成，這些原材料的耐候性，基本上決定了涂料的耐候性。因此，要提高粉末涂料的耐候性能，首先要選擇耐候性能滿足鋁型材行業(yè)要求的原材料，而且這些耐候性合格的原材料也要滿足涂膜的其他性能。當(dāng)涂膜的各項性能相互間產(chǎn)生沖突時，可以根據(jù)客戶的要求側(cè)重于某項性能，但是人工加速老化試驗結(jié)果要滿足GB 5237.4-2008中加速耐候性的要求。

　　1.樹脂

　　因為樹脂是粉末涂料的主要成膜物質(zhì)，是決定粉末涂料性質(zhì)和涂膜性能的最主要成分，所以樹脂的選擇至關(guān)重要。選取市面上大型廠家常用的鋁型材用粉末涂料聚酯樹脂，使用同一配方結(jié)構(gòu)和相同制作工藝分別制粉進(jìn)行300小時耐老化試驗以及涂膜外觀比較，結(jié)果如表1所示。

表1 不同樹脂耐老化性能及涂膜外觀

　　(加速老化條件為8小時光照，4小時凝露循環(huán);UVB-313EL燈，輻照度0.65W/㎡，光照溫度60℃;凝露溫度50℃)

　　由試驗結(jié)果可知，樹脂D、F、H在通一系列的樹脂中耐候性較好，但這種樹脂的缺點是分子量大，熔融黏度高，如果應(yīng)用在平面粉中最終會導(dǎo)致涂膜流平性能差。所以，通過在粉末涂料配方中選用耐候性能好的樹脂來提高平面粉的耐候性能時，必須考慮到涂膜的流平是否會變差，變差之后客戶能否接受。

　　2.固化劑

　　盡管HAA體系的固化劑環(huán)保型眾所周知，但是它的缺點是固化反應(yīng)有副產(chǎn)物形成，厚噴時容易產(chǎn)生針孔、豬毛孔等弊端，涂膜過烘烤耐泛黃性和耐久性不如TGIC體系。[1]鋁型材行業(yè)目前難以接受HAA體系的這些弊端，或者說是大部分粉末廠家沒有解決這些弊端，所以鋁型材用粉末涂料還是以TGIC體系為主。固化劑TGIC對粉末涂料的耐候性能也有一定的影響。

　　經(jīng)過對國內(nèi)三家銷售量排名靠前的廠家的TGIC進(jìn)行耐老化檢測，發(fā)現(xiàn)它們的耐老化性能基本一致，無較大的差別。因此，在通過固化劑TGIC的選擇上去提高粉末涂料的耐候性，并無多大的意義。

　　3.顏料

　　顏料對粉末涂料耐候性的影響在原材料中是除了樹脂之外影響最大的因素，因為顏料在使用過程中會褪色，所以對于鋁型材用粉末涂料的顏料的選擇也很重要。市場上即使是用一種顏色的顏料，它的品種非常多，不同品種的色相、著色力、遮蓋力、耐候性、耐熱性等性能千差萬別，這給我們粉末涂料廠家的選擇帶來很大的難度。顏料按化學(xué)組成分為無機顏料和有機顏料，它們的優(yōu)缺點如表2所示。

　　表2 無機顏料和有機顏料的優(yōu)缺點比較[2]

　　顏料的選擇要從多方面考慮，如顏料的色相、著色力、遮蓋力、耐熱性、耐候耐光性、耐沸水性、毒性等等;而且由于一些顏料可能帶有對樹脂和固化劑起到促進(jìn)作用的活性基團(tuán)，所以也要考慮顏料對涂料反應(yīng)速度、粘度（詞條“粘度”由行業(yè)大百科提供）的影響。

　　為了提高粉末涂料的耐候性，顏料要選擇耐光性在7-8級(8級最好)，耐候性4-5級(5級最好)的品種，同時耐熱性和耐沸水性要滿足鋁型材行業(yè)的使用要求。

　　從表2可知，由顏料本身的性質(zhì)決定，有機顏料的耐光性和耐候性有限，而無機顏料不夠鮮艷，所以一些鮮艷顏色的粉末大多使用了耐光性和耐候性有限的有機鮮艷顏料，這就是鮮艷顏色的涂膜耐老化色差較大的主要原因。因此，為了保證鮮艷顏色涂膜的耐候性，除了選用耐候性能優(yōu)異的其他材料，更加要注意顏料的選擇。

　　4.填料

　　填料的重要功能是添加到粉末涂料中以后，能夠改進(jìn)涂膜的硬度、剛性和耐劃傷性等物理力學(xué)性能，同時有利于改進(jìn)粉末涂料的貯存穩(wěn)定性、松散性和帶電等性能。[3]鋁型材粉末涂料中最常用的填料為硫酸鋇，經(jīng)過對多個廠家的硫酸鋇進(jìn)行耐老化檢測，發(fā)現(xiàn)耐候性能無明顯差別。

　　因此，為了保證涂料的耐候性，必須使用純度高的硫酸鋇作為填料。硫酸鋇進(jìn)倉前必須經(jīng)過檢驗，使用10%的鹽酸溶液是最簡單快捷的方法，可以快速檢測出硫酸是否含有碳酸鈣，碳酸鈣會降低涂料的耐候性能，不能作為鋁型材用粉末涂料的填料。

　　5.助劑

　　在粉末涂料配方中，助劑的用量很少，但在一般粉末涂料配方組成中是不可缺少的成分，而且對涂膜的外觀及某些性能起決定性作用。經(jīng)過對各國內(nèi)大型廠家同類助劑進(jìn)行加速老化對比試驗后，發(fā)現(xiàn)不同廠家的流平劑、光亮劑、安息香等對涂膜耐老化性能影響不大;而不同廠家的蠟粉、消光劑對涂膜耐老化的影響較大。因此，為了提高粉末涂料的耐候性，可以考慮使用耐老化性能好的蠟粉和消光劑。

　　二、配方結(jié)構(gòu)

　　通過粉末涂料中聚酯樹脂的酸值和固化劑羥基當(dāng)量的計算，設(shè)計合適的固化劑用量，并通過加速老化試驗的驗證，使用最佳的固化劑用量，使涂料在固化時能夠充分固化，從而達(dá)到最好的耐候性能。

　　在滿足粉末涂料各項性能的前提下，盡量在配方中減少原材料的種類，特別是對涂膜耐候性起負(fù)作用的材料。在不影響涂膜遮蓋力以及硬度、耐磨性的前提下，適當(dāng)降低配方中的顏料(特別是吸油量大的顏料)和填料的用量，使配方中的顏料能夠在熔融混煉過程充分被樹脂包覆，在涂膜的使用過程中減少顏料的顏色變化，從而達(dá)到提高涂膜耐候性的目的。

　　三、制作工藝

　　粉末涂料制作過程主要包括預(yù)混合、熔融擠出（詞條“擠出”由行業(yè)大百科提供）、壓片破碎、分級粉碎四個階段，其中預(yù)混合、熔融擠出兩個工藝對粉末涂料的耐候性能有很大影響。預(yù)混合的作用是為了使粉末涂料配方中的各種原材料組成分散均勻，為熔融擠出打下良好的基礎(chǔ)。為了提高耐候性，在預(yù)混合階段，原材料必須按一定的先后順序進(jìn)行投料，而且投料量控制在混料缸容量的20%-80%，并適當(dāng)延長混合時間。

　　熔融擠出是為了使粉末涂料組成中的各種成分混合均勻，也就是達(dá)到粉末涂料成品中的每個粒子組成成分一樣。為了提高耐候性，在熔融擠出階段，在不出現(xiàn)膠化粒子的前提下，適當(dāng)提高擠出機溫度(特別是在氣溫較低的情況下)，使樹脂熔融成一種流體，保證顏料能有良好的潤濕和獲得最大的剪切力（詞條“剪切力”由行業(yè)大百科提供），有利于顏料等的高度分散，使各組分成為一個均勻的體系;在保證生產(chǎn)進(jìn)度的同時，可以適當(dāng)降低擠出速度，保證物料有充足的熔融混煉時間;從而提高混煉效果，使粉末涂料中的顏料填料被樹脂充分包覆，而且各種原材料成分粒子分散均勻，特別是固化劑和樹脂能按配方的比例混煉均勻，固化時涂膜能夠充分固化，從而增加涂膜的表面致密性，最終提高粉末涂層的耐候性。

　　四、固化條件

　　粉末涂料只有充分固化的情況下，樹脂的高分子鏈才會和固化劑完全交聯(lián)，各項物理化學(xué)性能才會達(dá)到最佳狀態(tài)，耐候性能也不例外。因此，提高耐候性能必須使粉末涂料充分固化，固化時要控制好溫度和時間。

　　結(jié)語

　　綜上所述，對于提高鋁型材用粉末涂料的耐候性，可參考如下思路：選用耐候性能好且流平不至于太差的樹脂;注意鮮艷顏料、蠟粉、消光劑的選擇;設(shè)計有利于提高涂膜耐候性的配方結(jié)構(gòu);控制好粉末涂料生產(chǎn)工藝。

　　參考文獻(xiàn)：

　　[1] 劉宏.鋁型材粉末涂料靜電噴涂與生產(chǎn).北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2009

　　[2] 南仁值.粉末涂料與涂裝技術(shù).北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2008

　　[3] 劉宏.鋁型材粉末涂料靜電噴涂與生產(chǎn).北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2009