摘要

摘要：就实验器材用粉末涂料，分析了树脂体系以及涂料PVC含量对于耐丙酮擦拭性能的影响。性能测试结果表明，通过原料的选择和配方的调整，粉末涂料产品可以提供优异的耐丙酮擦拭性能。

引言

随着国家明确而严格的环保政策出台，“漆改粉”的势头越来越明显，让粉末涂料行业迎来了又一次机遇。近些年随着行业内的竞争和各企业对研发的投入，功能型粉末涂料也愈来愈受到重视。其中耐化学品类的功能型粉末涂料的实际需求也越来越高。本文研究的粉末涂料产品主要应用于室内实验器材。丙酮是实验室常用的化学试剂，除了用作溶剂外，也是用来做涂层表面化学抗性的一种试剂，并且通过其测试的难度非常高。所要涂装的产品如图1所示。

1.试验部分

1.1 原材料

羟基聚酯a(羟基当量43~53 mgKOH/g)，羟基聚酯b(羟基当量 280~310 mgKOH/g)：工业级，昕特玛有限公司；异氰酸酯固化剂B1530[NCO含量14.8%~15.7%(w)]：工业级，赢创德固赛有限公司；酚醛环氧树脂a(当量750~850 g/eq)：工业级，国都化工(昆山)有限公司；特种树脂b：佐敦定制；羧基聚酯(酸值48~55 mgKOH/g)：工业级，安徽神剑新材料有限公司；微粉双氰胺：工业级，今益精(上海)化工制品有限公司；68消光剂：工业级，宁波维楷化学有限公司；2-甲基咪唑：工业级，武汉制药有限公司；金红石型钛白粉：工业级，宁波新福钛白粉有限公司；填料1(硫酸钡)：工业级，永安威顿超细矿产有限公司；粉末涂料通用颜料：工业级，市售；粉末涂料通用助剂(流平剂、安息香、蜡粉、流动助剂等)：工业级，市售。

1.2 主要设备和实验仪器及化学试剂

电子秤：New Classic MF，梅特勒-托利多仪器(上海)有限公司；实验室用预混机：FHJ-05，烟台东源粉末设备有限公司；SLJ-25型双螺杆挤出机：烟台凌宇粉末机械有限公司；磨粉机：型号02，烟台远立机械设备有限公司；马尔文干法粒径仪：MS2000+ Scirocco2000，英国马尔文公司；实验室用静电喷涂设备：昆山科宝乐新材料科技有限公司；电烤箱：FD 115，苏州格瑞达电子设备有限公司；膜厚仪：德国

FISCHER，北京兴华科仪化工设备有限责任公司；丙酮：分析纯，市售。

1.3 粉末涂料及涂层的制备

按照配方称取各个原料，用实验室预混机充分预混合，通过双螺杆挤出机制片，料片经磨机粉碎制粉，通过马尔文干法粒径仪控制粒径得到均匀的粉末涂料[1]。基材：0.8~1.0 mm厚铝板；前处理：无铬前处理；成膜方式：静电喷涂；固化工艺：15 min@200 ℃；膜厚范围：

80~100 μm；最后对涂层进行性能测试。产品要求：80~100 μm，涂层不能橘皮，蓝色RAL5023，耐丙酮擦拭不掉色。

耐丙酮测试方法及评估标准：

(1) 用无纺布蘸取丙酮，以浸透无纺布为准；

(2) 利用电子天平，施加500 g的压力，在2~4 cm的距离内，擦拭20次(往复算一次)，如图2；

(3) 擦拭结束后，评估擦拭效果；

(4) 评估标准如图3。

2.结果与讨论

2.1 树脂体系的选择

为应对高耐化学品抗性测试，通常采用纯环氧配方、聚氨酯配方，此外本文新增加了另外一种新型的配方。具体实验如表1。

配方1，相对于常规的户外聚酯和户内混合型粉末涂料，纯环氧涂层交联密度较高，属于常规意义上的高耐化学品方案。而纯环氧体系，本身由于环氧树脂和固化剂类型较多，会衍生出很多不同的固化体系。酚醛环氧树脂的环氧基团官能度大于2[2]，普通双酚A环氧树脂的环氧基团官能度为2，因此酚醛环氧涂料比双酚A环氧涂料有更大的交联密度和更强

的耐化学品能力。固化剂方面，双氰胺在众多环氧固化剂中的相对分子质量最小(双氰胺相对分子质量为84，咪唑相对分子质量为96)，反应官能团浓度最高，是做高交联密度涂层的理想固化剂。所以配方1采用了酚醛环氧树脂搭配微粉双氰胺作为固化体系主选。由于是30±5的光泽，所以又复配了化学消光剂来调整光泽。最终此方案做出的涂层流平有点橘皮，流平效果不理想，耐丙酮测试的结果为掉色。

配方2使用了聚氨酯体系，此体系的交联密度很高。由于是30±5的光泽，所以使用了高低羟基搭配的双组分消光体系，羟基聚酯a(羟基当量43~53 mg KOH/g为低羟基聚酯，与异氰酸酯固化剂的配比为85:15)，羟基聚酯b(羟基当量 280~310 mg KOH/g为高羟基聚酯，与异氰酸酯固化剂的配比为4:6)。此方案做出的涂层表面流平比配方1有明显提高，耐丙酮擦拭效果也明显好于配方1，但仍有轻微掉色。相较于配方1，配方2的交联密度提高了很多，有助于耐丙酮擦拭的提高。

配方3中使用了含有环氧基和羟基的多官能团特种树脂，其中的羟基和异氰酸酯反应形成高交联聚合物I，环氧基和羧基聚酯反应形成交联聚合物II，环氧基和异氰酸酯反应形成交联聚合物III, 交联聚合物Ⅰ、交联聚合物II和交联聚合物III各自交联后所得的网络连续地相互穿插而成互穿网络结构(即interpenetrating polymer networks，简称IPN结构)

[3]。因为使用了多官能团树脂，使得互穿网络结构刚性更强，同时柔韧性也会下降。为防止柔韧性下降得过多，这里选择了羧基树脂而非双氰胺与环氧基团反应。由于此体系中存在三套反应，所以能达到消光的目的，虽然比配方2的交联密度更高，但柔韧性好于聚氨酯双组分消光的。此方案做出的涂层流平很好，耐丙酮擦拭无掉色。

3.氟碳涂料的相关标准及评价

2.2 涂料PVC的影响

涂料PVC(PVC即pigment volume concentration, 颜料体积浓度)是指涂料中着色颜料和体质颜料的体积与配方中所有不挥发分(包括树脂、固化剂、助剂、着色颜料和体质颜料等)的总体积之比。

PVC是涂料中的一个重要指标，不单是液体涂料需要用到这个指标，其实在粉末涂料中，我们通常讲树脂对颜填料的包裹性，就是PVC的一种体现。

在粉末涂料配方设计的时候，通常使用质量配比，而PVC是体积浓度，所以我们所使用的颜填料(主要是填料)的密度就会至关重要。石英粉和碳酸钙的密度在2.6~2.7 克/立方厘米，而硫酸钡的密度在4.4 克/立方厘米，同样的质量它们的体积差距很大，吸油量也不同。所以从PVC的技术角度，不能在配方中使用轻质填料(例如碳酸钙、石英粉等)直接替换等质量的硫酸钡。

此实验采用了耐丙酮效果中等的双组分聚氨酯配方体系，测试了常见的填料硫酸钡，结果见表2。

在表2中，对比使用同一种填料硫酸钡，不同PVC含量时的耐丙酮效果。从配方1到配方3，PVC含量由低到高，对应的耐丙酮效果是下降的。PVC含量少更有利于有机物(主要是树脂)包裹颜填料，从而减少溶剂擦拭时，游离的颜填料迁移而表现出的掉色。对于表2中的聚氨酯体系，即便PVC含量很低时，仍不能通过耐丙酮擦拭。

3.结语

以多官能团的特种树脂，搭配异氰酸酯和羧基树脂为固化体系，制得的高密度互穿网络结构的涂层，有着优异的耐丙酮擦拭性能。同时选择高密度填料，优化配方的PVC可以得到性价比更高的产品。