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前言
隨著國(guó)民經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，粉末涂料的戶外應(yīng)用越來(lái)越普遍，人們對(duì)粉末涂層耐候性和耐久性的關(guān)注度不斷提高，特別是對(duì)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(lái)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(shí)間的延長(zhǎng)，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(huì)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(jiǎn)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(lái)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(xiàng)性能相互間產(chǎn)生沖突時(shí)，可以根據(jù)客戶的要求側(cè)重于某項(xiàng)性能，但是人工加速老化試驗(yàn)結(jié)果要滿足GB 5237.4-2008中加速耐候性的要求。
1.樹脂
因?yàn)闃渲欠勰┩苛系闹饕赡の镔|(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(shí)耐老化試驗(yàn)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
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項(xiàng) 目
樹脂 |
A |
B |
C |
D |
E |
F |
G |
H |
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保光率% |
59 |
58 |
54 |
63 |
54 |
66 |
58 |
69 |
|
色差 |
1.49 |
1.23 |
1.28 |
1.40 |
1.34 |
1.59 |
1.19 |
1.39 |
|
涂膜外觀 |
平整 |
差 |
平整 |
差 |
平整 |
差 |
平整 |
差 |
(加速老化條件為8小時(shí)光照，4小時(shí)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(yàn)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(diǎn)是分子量大，熔融黏度高，如果應(yīng)用在平面粉中最終會(huì)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(lái)提高平面粉的耐候性能時(shí)，必須考慮到涂膜的流平是否會(huì)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(diǎn)是固化反應(yīng)有副產(chǎn)物形成，厚噴時(shí)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(shuō)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(duì)粉末涂料的耐候性能也有一定的影響。
經(jīng)過對(duì)國(guó)內(nèi)三家銷售量排名靠前的廠家的TGIC進(jìn)行耐老化檢測(cè)，發(fā)現(xiàn)它們的耐老化性能基本一致，無(wú)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(wú)多大的意義。
3.顏料
顏料對(duì)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?yàn)轭伭显谑褂眠^程中會(huì)褪色，所以對(duì)于鋁型材用粉末涂料的顏料的選擇也很重要。市場(chǎng)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(wàn)別，這給我們粉末涂料廠家的選擇帶來(lái)很大的難度。顏料按化學(xué)組成分為無(wú)機(jī)顏料和有機(jī)顏料，它們的優(yōu)缺點(diǎn)如表2所示。
表2 無(wú)機(jī)顏料和有機(jī)顏料的優(yōu)缺點(diǎn)比較[2]
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優(yōu)點(diǎn) |
缺點(diǎn) |
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無(wú)機(jī)顏料 |
耐熱性比較好（某些氧化鐵顏料例外）；化學(xué)惰性強(qiáng)；遮蓋力強(qiáng)（某些顏料著色力強(qiáng)）；耐光性和耐候性比較好；顏色比較穩(wěn)定 |
著色力差；顏料和色調(diào)有限，不鮮艷；有些品種有毒 |
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有機(jī)顏料 |
著色力強(qiáng)；透明性（詞條“透明性”由行業(yè)大百科提供）好；顏色鮮艷明亮；顏色和色調(diào)選擇范圍寬；基本無(wú)毒 |
原料成本高；某些顏料與催化劑反應(yīng)；耐熱性比較差；耐光性和耐候性有限；遮蓋力比較差 |
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(duì)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(duì)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(jí)(8級(jí)最好)，耐候性4-5級(jí)(5級(jí)最好)的品種，同時(shí)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(jī)顏料的耐光性和耐候性有限，而無(wú)機(jī)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(jī)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(shí)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(duì)多個(gè)廠家的硫酸鋇進(jìn)行耐老化檢測(cè)，發(fā)現(xiàn)耐候性能無(wú)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(cāng)前必須經(jīng)過檢驗(yàn)，使用10%的鹽酸溶液是最簡(jiǎn)單快捷的方法，可以快速檢測(cè)出硫酸是否含有碳酸鈣，碳酸鈣會(huì)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(duì)涂膜的外觀及某些性能起決定性作用。經(jīng)過對(duì)各國(guó)內(nèi)大型廠家同類助劑進(jìn)行加速老化對(duì)比試驗(yàn)后，發(fā)現(xiàn)不同廠家的流平劑、光亮劑、安息香等對(duì)涂膜耐老化性能影響不大;而不同廠家的蠟粉、消光劑對(duì)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(jì)算，設(shè)計(jì)合適的固化劑用量，并通過加速老化試驗(yàn)的驗(yàn)證，使用最佳的固化劑用量，使涂料在固化時(shí)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(xiàng)性能的前提下，盡量在配方中減少原材料的種類，特別是對(duì)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(jí)粉碎四個(gè)階段，其中預(yù)混合、熔融擠出兩個(gè)工藝對(duì)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(zhǎng)混合時(shí)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(gè)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(jī)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(rùn)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(gè)均勻的體系;在保證生產(chǎn)進(jìn)度的同時(shí)，可以適當(dāng)降低擠出速度，保證物料有充足的熔融混煉時(shí)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(shí)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(huì)和固化劑完全交聯(lián)，各項(xiàng)物理化學(xué)性能才會(huì)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(shí)要控制好溫度和時(shí)間。
結(jié)語(yǔ)
綜上所述，對(duì)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(jì)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
