粉末涂料用助剂.doc

粉末涂料用助剂引言 粉末涂料作为生产效率高、涂膜性能优良、生态环保型和可以回收再利用的经济性涂料品种，在我国从上世纪 80 年代中期开始工业化以来，进入 90 年代高速发展，本世纪也在持续高速发展。目前我国已成为世界上粉末涂料生产量增长速度最快、生产量最大的国家。粉末涂料的生产量已达到我国涂料总产量的 8% 以上，成为重要的涂料品种之一。 粉末涂料是由树脂、固化剂（在热塑性粉末涂料中不需要）、颜料、填料和助剂等组成的固体粉末状涂料，其主要组成与溶剂型和水性涂料一样，只是因为粉末涂料状态的特殊性，例如要求树脂和固化剂是容易粉碎和分散的固体粉末或片状物；粉末涂料的固化反应温度较高，大多数品种都在 180 左右，所以粉末涂料组成成分的耐热温度高等的某些限制，一般在溶剂型和水性涂料中常用的树脂、固化剂、颜料和助剂，不能用在粉末涂料中，能用于粉末涂料中的品种就比较少。助剂在粉末涂料配方中，虽然没有像树脂和固化剂那样重要，但是要得到满意的粉末涂料和涂膜性能，也是不可缺少的重要组成部分，在某种情况下对涂膜性能起决定性作用。助剂在粉末涂料配方中用量很少，少则万分之几多则百分之几的含量（按质量）。在粉末涂料品种中，除了特殊的电泳粉末涂料和水分散（水厚浆）粉末涂料，都是以固体粉末状存在，并以粉末状态涂装，不与溶剂和水介质接触。在溶剂型和水性涂料中使用的许多助剂，在粉末涂料中不适用。因此，在粉末涂料中能用的助剂品种明显要比溶剂型和水性涂料中的助剂品种少。然而随着粉末涂料与涂装技术的发展，根据粉末涂料品种发展和品质改进的需要，不断开发粉末涂料用新助剂品种，使粉末涂料和涂装产品增多，产品质量也有明显提高，满足了市场需要。 我国作为粉末涂料生产大国，热固性粉末涂料主要品种是环氧、聚酯环氧和聚酯粉末涂料三大类；热塑性粉末涂料的主要品种是聚乙烯。粉末涂料用主要原材料的大部分立足于国内，这里包括外资在国内投资企业；同样粉末涂料用助剂的生产也是绝大部分立足于国内，基本上满足了我国粉末涂料工业发展的需要，下面具体介绍粉末涂料用助剂的情况。 粉末涂料用助剂应具备的条件 粉末涂料用助剂，作为涂料助剂品种之一，应具备一般涂料用助剂的共性，又由于粉末涂料的特殊性，还应具备一般涂料用助剂所没有的特殊性，比较理想的粉末涂料用助剂应具备如下条件： （ 1 ）助剂在粉末涂料配方中的用量较少，为了使助剂在粉末涂料中充分发挥作用，在粉末涂料制造过程中容易分散均匀。 （ 2 ）助剂的化学稳定性好（除要求有化学反应性的特殊品种外），在粉末涂料的制造、贮存、运输和使用过程中，一般不与其他组成成分进行化学反应，也不容易受空气、温度和环境的影响，特别是在烘烤固化条件下，不发生副反应，稳定性好。 （ 3 ）从粉末涂料的制造工艺和贮存稳定性考虑，助剂最好是固体粉末状，并与树脂和固化剂的相容性好。当助剂为液体状时，从制造和分散性考虑，用树脂或二氧化硅等为载体，先分散在这些载体中后使用；又从粉末涂料的贮存稳定性考虑，使用量不能太多。 （ 4 ）从粉末涂料和涂膜的综合性能考虑，添加助剂能改进和提高某些性能，但不能过分地降低粉末涂料和涂膜的其它性能，也就是添加助剂的结果一定是利大于弊。 （ 5 ）从粉末涂料的配色和涂膜外观考虑，助剂最好是无色或浅色，不会使粉末和涂膜着色。 （ 6 ）从粉末涂料生产和使用人员的身体健康和环境保护考虑，助剂最好是无毒或低毒。 （ 7 ）从粉末涂料的成本和推广应用考虑，助剂的来源丰富，价格便宜。 粉末涂料用助剂的品种 目前在我国粉末涂料品种按树脂品种分类时，以热固性粉末涂料为主，其中按生产量排第一位的是聚酯环氧粉末涂料；第二位是聚酯粉末涂料；第三位是环氧粉末涂料；聚氨酯粉末涂料产量很少；丙烯酸粉末涂料还没有工业化大生产。另外，热塑性的聚乙烯粉末涂料占粉末涂料总产量的 8% 左右。 从粉末涂料的外观分类，使用量最多的是平纹的有光和高光粉末涂料；其次是平纹的半光、亚光和无光粉末涂料；再则是美术型的纹理型粉末涂料，这些品种包括皱纹（桔纹）、砂纹、锤纹和花纹等粉末涂料；还有金属闪光和金属光泽粉末涂料等。因为每一种树脂类型的粉末涂料都可以配制不同涂膜外观的粉末涂料，所以相互组合可以配制无数品种的粉末涂料。这些粉末涂料品种也相应地需要不同品种和组合的粉末涂料用助剂。虽然粉末涂料用助剂品种没有像溶剂型和水性涂料用助剂品种那么多，但是溶剂型和水性涂料中常用的基本助剂品种，在粉末涂料中也都有，只是品种数量少，要求不一样。在平纹的有光和高光粉末涂料配方中，必须具备的助剂品种有流平剂、光亮剂和脱气剂等。在平纹的半光、亚光和无光粉末涂料配方中，除了流平剂、光亮剂和脱气剂外，还需要消光剂或消光固化剂。当使用多种功能的流平剂时，也可以不加光亮剂。在美术型的纹理型粉末涂料配方中，一般不需要添加流平剂，但相应的需要添加纹理剂等助剂，这种纹理剂包括皱纹剂（桔纹剂）、砂纹剂、锤纹剂和花纹剂等。 在粉末涂料配方中，按涂膜外观要求必须添加上述的助剂外，根据粉末涂料和涂膜性能要求，还需要添加不同功能的助剂。如果需要改进粉末涂料的带静电性能、防结块性能和固化反应性能，需要分别添加增电剂、防结块剂（松散剂或疏松剂）和促进剂。为改进颜料和填料的分散性，添加分散剂。如果需要改进和提高涂膜耐划伤性（耐刮伤性）、抗静电性、抗变黄性和抗菌性等性能，相应的需要添加抗划伤剂（抗刮伤剂）、抗静电剂、抗变黄剂和抗菌剂等助剂。对于涂装铸铁、铸铝和热镀锌钢材等工件的粉末涂料，需要添加消泡剂等助剂。对于要求耐候性优异的粉末涂料，除了树脂、固化剂和颜料的耐候性好外，还需要添加紫外光吸收剂等助剂。为了使涂膜滑爽或防止流挂，还需添加增滑剂（滑爽剂）或防流挂剂（边缘覆盖力改进剂）等助剂。对于要求防火阻燃的粉末涂料，需要添加阻燃剂。在热塑性粉末涂料中，一般度需要添加增塑剂、防老剂等助剂。另外，为了提高粉末涂料涂膜硬度，柔韧性、耐冲击强度等性能，还可以添加增硬剂、增韧剂等助剂。 粉末涂料按涂膜外观分类时，不同类型粉末涂料常用助剂和必要时添加的助剂见表 1 。 表 1 不同外观粉末涂料常用助剂和必要时添加的助剂 按涂膜外观分类 粉末涂料品种 必须添加的助剂 改进粉末涂料性能 必要时添加的助剂 改进涂膜性能必要 时添加的助剂 平纹有光和高光粉末涂料 ( 含金属闪光粉 ) 流平剂、光亮剂、脱气剂 防结块剂 ( 松散剂或疏松剂 ) 、增电剂、促进剂 分散剂、抗划伤剂 ( 抗刮伤剂 ) 、抗静电剂、抗变黄剂、抗菌剂、消泡剂、紫外光吸收剂、增滑剂 ( 滑爽剂 ) 、 防流挂剂 ( 边角覆盖力改进剂 ) 、阻燃剂 增硬剂、增韧剂、增塑剂、防老剂 平纹半光、亚光和无光粉末涂料 ( 含金属闪光粉 ) 流平剂、光亮剂、脱气剂、消光剂或消光固化剂 美术型的纹理型有光粉末涂料 纹理剂、脱气剂 美术型的纹理型亚光和无光粉末涂料 纹理剂、脱气剂、消光剂或消光固化剂 粉末涂料用助剂的功能和应用情况 根据我国粉末涂料行业的现状，按涂膜外观分类粉末涂料用助剂的功能和应用情况介绍如下。 平纹有光和高光粉末涂料用助剂 如上所述，在粉末涂料配方中，对于平纹有光和高光（包括金属闪光和金属光泽）粉末涂料，必须要添加流平剂、光亮剂和脱气剂，尤其是流平剂是绝对不可能缺少的助剂。一般粉末涂料必须在较高温度条件下熔融流平成膜。因为粉末涂料的熔融粘度比较高，表面张力大而不均匀，所以在成膜时容易形成有许多缩孔的涂膜。流平剂的作用是粉末涂料熔融流平时，在熔融涂料表面形成极薄的单分子层，以提供均匀的和较低的表面张力，使涂膜容易均匀地流平；同时使涂料与被涂物工件之间具有良好的湿润性，从而克服涂料表面由于局部表面张力不均而形成的针孔、缩孔等涂膜弊病。 粉末涂料用流平剂主要是丙烯酸酯的均聚物和共聚物，还有用有机硅改性丙烯酸酯均聚物和共聚物。因为这些聚合物是粘稠状的液体，为了在配方中分散方便，往往分散在环氧树脂、聚酯树脂、气相二氧化硅等载体上，制作成固体颗粒或粉末状态后使用，国内常用的品种有宁波南海化学的 GLP503 （分散在环氧树脂）流平剂， GLP504 （分散在高酸值聚酯树脂）流平剂， GLP505 （分散在聚酯粉末用聚酯树脂）流平剂， GLP588 （分散在气相二氧化硅）流平剂等，许多厂家生产类似的流平剂产品。还有德国德信利化学公司的 Resiflow Pv88 和 Resiflow P67 等产品。流平剂在粉末涂料中的用量，以流平剂有效成分计算，按成膜物质的 0.5%1.5% （质量）范围内使用，随颜填料用量的增加适当可以增加，添加量与流平剂品种和配方组成有关系，添加量过多时会影响粉末涂料的贮存稳定性。 光亮剂在粉末涂料配方中，使颜料和填料在粉末涂料树脂和固化剂中的润湿性得到改进，使颜料和填料的分散性好，同时也使粉末涂料在熔融流平过程中更好地降低表面张力和表面张力均匀，也起到助流平剂的作用，使涂膜产生缩孔等弊病的几率更少。光亮剂是丙烯酸酯和甲基丙烯酸的共聚物，软化点在 95 125 的固体树脂，在使用丙烯酸均聚物流平剂的粉末涂料体系中必须添加，对于丙烯酸共聚物多功能流平剂体系，例如宁波南海化学 GLP 系列流平剂体系中可以不加。光亮剂在粉末涂料中的添加量是成膜物总量的 1%2% ，添加量多时降低涂膜耐冲击等性能。光亮剂有的也叫增光剂或者 701 助剂，在某些粉末涂料配方中起到增光作用，但并不完全这样。 脱气剂的作用是粉末涂料熔融流平时，粉末涂料中含有的水分、气体、粉末涂料固化反应产生的小分子化合物容易脱逸出来，避免涂膜产生小针孔或猪毛孔之类弊病的助剂。常用的脱气剂有苯偶姻，又称二苯乙醇酮（俗称安息香），是白色或淡黄色无气味晶体，熔点 133 137 ，缺点是高温下容易变色，在粉末涂料配方中的用量为成膜物的 0.3%0.5% （质量）。近年来推出不变色的蜡型脱气剂，其中有六安市捷通达的 SA500 脱气剂，德谦公司的 PW-188 用量为都是配方量的 0.5%1.5% 。 平纹半光、亚光和无光粉末涂料用助剂 在平纹半光、亚光和无光（含金属闪光和金属光泽）粉末涂料中，除添加上面叙述的流平剂、光亮剂和脱气剂外，还必须添加消光剂或消光固化剂。 消光剂是添加到粉末涂料配方中，能够降低涂膜光泽的助剂。常用的消光剂有蜡型和树脂型，主要是通过消光剂与成膜物之间相容性不好而产生消光效果。在粉末涂料中常用的消光剂有六安市捷通达的 SA206 、 SA 2065G 、 SA2066 、 SA2067 消光剂，宁波南海化学的 XG605W 消光剂和德谦公司的 PW-176 、 PW-178 、 PW-181 、 PW-182 、 PW-183 、 PW-184 消光剂等，其他厂家和商家也有类似产品。在溶剂型涂料中常用的硬脂酸盐类气相二氧化硅等产品，在粉末涂料中不适用。 消光固化剂是粉末涂料的特殊固化剂，参加化学反应。消光固化剂的消光原理是，消光固化剂与粉末涂料之间形成两种不同固化反应速度的反应体系，由于两种固化反应体系反应物之间的相容性不好，使涂膜的微观流平性不好表面粗糙，产生消光效果。这种体系的涂膜光泽比消光剂体系容易控制，光泽稳定，光泽的控制范围也比较宽，常用的消光固化剂有宁波南海化学的 XG603 -1A 、 XG603 -2A 、 XG603 -5A 、 XG633 、 XG628 和 XG665 等，其中 XG628 和 XG665 是适用于耐候性粉末涂料的消光固化剂，其他厂家和商家也有类似的产品。 美术型的纹理型粉末涂料用助剂 在美术型的纹理型粉末涂料中，一般不需要添加流平剂，但必须添加相对应的纹理助剂。在纹理剂中包括皱纹剂（桔纹剂）、砂纹剂、锤纹剂、花纹剂等助剂，根据涂膜外观要求，在配方中添加相对应的纹理剂。 皱纹剂（桔纹剂） 皱纹剂是粉末涂料熔融流平固化成膜时，改变熔融涂膜的表面张力，使表面张力不均匀，同时使涂膜紧缩而产生皱纹或桔纹的助剂。目前常用的皱纹剂（桔纹剂）有广州天珑贸易的 AS01 、 AS10 、 AS330 皱纹剂，伊士曼公司的酯酸丁酸纤维素和湖北宏图化工的 HOT805 等产品。这种皱纹剂（桔纹剂）都是高分子聚合物，当增加用量或者添加流平剂至一定量时，涂膜的皱纹（桔纹）是可以消失的。皱纹剂（桔纹剂）在配方中的用量是 0.05%0.8% ，根据品种和涂膜外观的要求用量是发生变化的。 砂纹剂 砂纹剂是通过物理或化学作用，当粉末涂料熔融固化以后，使涂膜形成砂纹纹理的助剂。砂纹剂的品种多，形成砂纹的机理也不同，所以砂纹纹理的外观差别也较大。一种砂纹剂，在不同树脂和固化剂体系中的涂膜外观差别也很大。在砂纹剂中有通过物理作用产生砂纹效果的非反应性砂纹剂和通过化学反应产生砂纹效果的反应性砂纹剂。 非反应性砂纹剂是以物理作用改变涂膜的表面张力，提高粉末涂料的熔融粘度，使涂膜不容易流平，形成表面较光滑的砂纹。这种砂纹剂中有酰胺改性特殊偏氟聚合物，例如六安市捷通达 SA207 砂纹剂和广州天珑贸易 AS311 砂纹剂、德谦公司的 MF5780S 、 MW-613 、 TF-20 、 PW-186 砂纹剂等。有机物改性膨润土也属于这一类。 反应性砂纹剂是以化学反应促进作用，使粉末涂料在固化反应温度条件下，促进固化反应，缩短胶化时间，涂膜来不及流平就固化，使涂膜形成砂纹外观，同时还起消光作用。这种反应性砂纹剂中有金属有机化合物，是一种固化促进剂，例如宁波南海化学的 XG605 -1A 和六安市捷通达的 SA208 纹理剂。这种砂纹剂又叫绵绵纹剂，在环氧粉末涂料中形成的涂膜砂纹纹理较细，手感柔和，一般叫绵绵纹。这种砂纹剂在聚酯粉末涂料中形成砂纸或砂布一样的砂纹，跟环氧粉末涂料中的纹理比较时纹理完全不一样。另外消光固化剂 603 -1A 与有机膨润土配合时也可以得到砂纹粉末涂料。 锤纹剂 锤纹剂是在粉末涂料配方中，与铝粉一起添加熔融挤出混合分散以后，由于表面张力不均匀，粉末涂料熔融流平固化时，使涂膜表面产生铝粉的锤纹纹理的助剂。在锤纹粉末涂料中，铝粉是不可缺少的组成部分，而且要以熔融挤出混合法分散，在金属闪光和金属光泽粉末涂料中，铝粉是以干混合法在底粉中分散。常用的锤纹剂有伊士曼化学的酯酸丁酸纤维素（ CAB ），用量为 0.1%0.3% ，其他助剂公司也有产品经销。另外，下面叙述的花纹剂（浮华剂）也可作为外加的方法用于锤纹剂。 花纹剂（浮华剂） 花纹剂（浮华剂）是用干混合法添加到有特殊配方的粉末涂料底粉中，能使涂膜产生花纹的助剂。如果把花纹剂（浮华剂）与有漂浮作用的酞菁蓝、酞菁绿、永固紫、永固红等有机颜料和炭黑等无机颜料（包括铝粉）一起干混合法加到粉末涂料底粉中时，涂膜形成五颜六色的各种花纹。花纹剂（浮华剂）本身就是表面活性剂，实际上类似流平剂的高分子聚合物，但用量比流平剂少，粉末涂料熔融流平时表面张力很不均匀，固化成膜形成凹凸不平的波纹，其结果涂膜的凹面是底粉颜色，凸面是漂浮颜料颜色的花纹。通过改变底粉和漂浮颜料的颜色组合，以及改变花纹剂（浮花剂）用量来调整纹理大小，可以得到各种各样的花纹。常用的花纹剂有宁波南海化学的 BBM 、 BBW 花纹剂，用量为配方量的 1%2% ；广州天珑贸易的 AS513 花纹剂，用量为配方量的 0.05%0.2% ，另外还有其他厂家和商家的产品。 改进涂料和涂膜性能用助剂 除上述粉末涂料中常用和必须用的助剂外，为了改进粉末涂料的特性和涂膜的某些性能，根据粉末涂料和涂膜性能的特殊要求，还需要添加有特殊功能的助剂，一种是改进粉末涂料特性的，另一种是改进涂膜性能用的。 改进粉末涂料特性助剂 在改进粉末涂料特性方面常用的助剂有防结块剂（松散剂或疏松剂）、增电剂和促进剂等助剂。 防结块剂（松散剂或疏松剂）是改进粉末涂料干粉流动性，防止粉末涂料结块，提高粉末涂料贮存稳定性而添加的助剂。某些粉末涂料特别是由于树脂、固化剂的玻璃化温度较低，配制的粉末涂料玻璃化温度低，当环境温度高时粉末涂料的干粉流动性不好，甚至容易结团。为了防止粉末涂料凝集结团，在选择树脂、固化剂和助剂时，选用玻璃化温度高的品种外，在制造粉末涂料过程中，以内加或外加等方法添加防结块剂（松散剂或疏松剂）的方法加以解决，这种助剂是粉末涂料中才存在的特殊功能的助剂。在粉末涂料中常用的内加型的疏松剂有广州天珑贸易的 TL102 疏松剂，用量为配方量的 1% ；湖北宏图化工的 HOT445 疏松剂，用量为配方量的 0.5%0.6% 。在溶剂型涂料中，作为消光剂来使用的气相二氧化硅，在粉末涂料中作为防结块剂和松散剂，以外加的干混合法添加到粉末涂料中使用，其添加量为总粉末涂料量的 0.1%0.5% 。 增电剂是改进粉末涂料在静电粉末涂装时的带静电性能而添加的助剂。因为粉末涂料随组