摘要

 

本文介绍了一款应用于铝型材上的耐水煮型户外消光剂，采用高压水煮测试，涂层无发白现象，适用于户外长期接触高温高湿气候的器物表面，能较大程度提高其使用寿命。

 

引言

 

粉末涂料[1-2]是涂料领域中一种重要零VOC排放的绿色涂料，随着国家绿色环保的政策推动下，正在进入一个飞速发展的时期。 

 

粉末涂料是一种以树脂为基料，配以固化剂、颜料、填料和助剂制得的配方材料，赋予被涂金属基材优异的涂层性能和耐久性，其中装饰性和保护性是粉末涂料的主要功能。 

 

随着消费者的审美观念越来越倾向于休闲、时尚和个性化，以及高光泽的成膜涂层反光比较严重，对人的眼睛有害，这些因素就导致了人们对具有柔和外观的低光泽涂料(尤其是20%光泽左右的哑光涂料)的需求急剧增加[3-5]。 

 

目前市面上生产户外哑光型粉末涂料的方法较多，但是基于一些成本、加工复杂度、冲击、储存性能的综合考虑，最能够让大多数应用者接受的还是用TGIC体系搭配内挤户外消光剂进行消光，光泽容易控制而且加工简单。采用市售户外消光剂进行消光的户外哑光型粉末涂料耐水性能都较差，长时间暴露在潮湿、高温的条件下会导致其涂层表面发白变色。因此，对于采用户外消光剂生产的粉末涂层的耐水煮性能十分关键。 

 

现行建材标准GB，AAMA，Qualicoat等都对涂膜耐水煮有一定要求，而各大型铝型材厂其自身对铝型材涂膜的耐候性和耐水煮性能也都有明确的相关标准。 

 

本文主要根据GB/T5237.4—2017《铝合金建筑型材第4部分：喷粉型材》中规定的耐沸水性测试方法：沸水高压试验(1h)，来研究采用户外消光剂生产的户外哑光涂层水煮后涂层发白的影响因素及改进方法。

 

1. 实验部分

 

1.1 原料 

 

聚酯树脂、填料、颜料、助剂等均为普通市售产品。 

 

1.2 实验设备 

 

双螺杆挤出机SLJ-33(圣士达)；咖啡磨；静电喷枪(吉本)；烘箱(爱斯佩克)；膜厚仪(BYK)；水煮高压锅；镊子；滤纸。实验试剂：去离子水，符合GB/T6682中三级水规定的要求。 

 

1.3 涂膜制备 

 

底材为150mm×70mm马口铁板，前处理过程为：用240、360、600号砂纸依次打磨，95%乙醇常温清洗30s，冷干。将制备好的粉末涂料，通过静电喷涂设备均匀地喷涂于处理过的马口铁上，然后放入烘箱中烘烤，烘烤条件为12 min@200℃。 

 

1.4 高压水煮检测方法 

 

在高压锅中注人2/3容积的去离子水，将约50mm长的样板垂直置于水中，样板应在水面10mm以下，但不能接触容器底部，加热至压力达(0.1±0.01)MPa，并保持恒压1h后，取出并擦干样板，目视检查水煮后涂层表面的发白情况。 

 

1.5 水煮涂层评级方法 

 

按GB/T11186.2和GB/T11186.3测定和计算水煮前与水煮后的样板之间的总色差值(ΔE*)，同时观察涂层发白的面积，按色差值和发白面积大小进行评级，见表1。

 

 

2. 结果与讨论

 

2.1 消光剂水煮性能对比实验 

 

选取市售的不同厂家户外消光剂，按表2设计的配方称取物料，将物料混合均匀，加入双螺杆挤出机混炼挤出，冷却后将其破碎、磨粉过筛。 

 

 

将分别制作的粉末涂料，用静电喷涂设备均匀地喷涂于处理过的样板上，然后放入200℃烘箱中烘烤12min后取出，冷却至室温后，做高压水煮测试，结果如表3。 

 

从水煮实验看，加入消光剂的消光样板经过高压水煮后，整个样板表面发白，而空白对比样水煮后无明显变色，说明哑光型粉末涂层耐水性差的主要影响因素是消光剂，并且市面上的大多数消光剂在耐水煮性能方面都很差，分析与消光剂成分的搭配有较大关系。 

 

目前市售的低光泽度的消光剂，大部分采用不相容反应型丙烯酸聚合物、复合催化剂和蜡等复配而成，为探究影响水煮性能的具体因素，将消光剂的各组分单独做水煮测试。

 

2.2 影响水煮的消光剂主要成分实验 

 

将消光剂中的各主要组分，按照表4的设计配方称取物料，将物料混合均匀，加入双螺杆挤出机混炼挤出，冷却后将其破碎、磨粉过筛。

 

 

将分别制作的粉末涂料，用静电喷涂设备均匀地喷涂于处理过的样板上，然后放入200℃烘箱中烘烤12min后取出，冷却至室温后，做高压水煮测试，结果如表5。 

 

 

从表5的实验数据可看出：在复合型消光剂中，树脂和蜡粉等对于涂膜水煮发白影响极小，可以忽略不计。但是不同的催化剂对于水煮发白差别非常大，催化剂b水煮发白最严重，因此不同的催化剂是导致涂膜水煮发白的主要因素。 

 

在粉末涂料中，可以用作消光剂的催化剂种类比较多，有季铵盐、季盐、有机金属盐等，部分催化剂经过高压、高温水煮后，会水解成带有有机基团的阴离子和金属阳离子，阳离子与水中的H+或OH−发生化学反应，生成的产物附着在涂膜表面，从而造成了水煮之后涂膜发白的现象，因此，要想改善消光剂的水煮性能，就要选择不易水解的催化剂。经过调查筛选，另选取了5种催化剂，继续进行水煮性能测试。

 

2.3 不同催化剂水煮实验

 

将选取的5种催化剂，编号为催化剂c、d、e、f、g，按照表4设计的配方进行样板制作，高压水煮结果如表6所示。

 

 

从表6可得出：五种不同的催化剂，经过高压水煮后，涂膜发白缺陷都有很大的改善，发白程度轻微。但催化剂g水煮后有大量小气泡，水煮性能不通过。因此，选取前4种c、d、e、f催化剂，将它们分别配成消光剂，进行综合性能测试。 

 

2.4 消光剂的筛选试验 

 

将选取的c、d、e、f四种催化剂，取代原有的催化剂b，再分别复配成对应的户外消光剂C、D、E、F，按照设计的表2配方进行样板制作，高压水煮结果见表7。 

 

 

根据表7可知：将选取的4款催化剂复配成的消光剂，高压水煮性能与市售普通的消光剂对比都有很大的提升，但从综合性能对比看：催化剂c、f的消光催化效果不佳，光泽偏高，达不到使用要求；催化剂d的催化效果太快，流平太差，且反冲不通过，达不到使用要求；而催化剂e复配成的消光剂，不仅水煮性能好，同时，消光、流平等应用性能与市面上的消光剂效果一样。

 

2.5 耐水煮消光剂HM25综合性能测试 

 

将用催化剂e复配而成的耐水煮型消光剂牌号规定为HM25，将其做聚酯适应性、烘烤稳定性和耐候性等综合性能测试。 

 

2.5.1 HM25与聚酯的适应性分析 

 

选用不同的聚酯，分析消光剂HM25消光效果，以及比较聚酯的适应性情况，结果见表8。

 

 

从表8中数据可知，耐水煮型消光剂HM25的消光效果与市面上的消光剂一样，同时，由于HM25配方中催化剂种类的优化，提高了对聚酯的选择性，同时，对CC2441等耐候性等级高聚酯，HM25也起到了很好的消光效果。 

 

2.5.2 HM25的烘烤稳定性分析 

 

消光剂的烘烤稳定性也是使用客户考察重点之一，因为烘烤温度的波动，会导致催化剂的活性波动，从而影响消光性能。为了验证HM25的烘烤稳定性，将与SJ4ET进行打板测试，数据见图1。 

 

 

从图1数据趋势可以看出，新研发的耐水煮型户外消光剂HM25烘烤稳定性极佳，对温度的敏感性较好，不同温度下光泽几乎无明显变化。 

 

2.5.3 HM25对涂膜老化性能影响 

 

选用QUV-B(313nm)紫外老化仪进行测试，在黑标准温度(50±3)℃下辐照暴露4h，然后，在黑标准温度(40±3)℃下无辐照冷凝暴露4h。辐照参数：黑板温度50℃，辐照强度0.75W/m2；冷凝参数：温度40℃，湿度80%。结果见图2。

 

 

从图2可以看出，随着老化时间的延长，失光率逐渐增加。与空白样板相比，加了消光剂HM25的样板，其失光率与空白样板差异不大，说明耐水煮型消光剂HM25对涂膜的耐候性影响不大。 

 

3. 结语

 

本文对市面上户外消光剂水煮发白的原因进行了分析，同时，经过实验摸索探究，开发了新型消光剂HM25，不仅对涂膜表面高压水煮发白等缺陷有明显的改善，而且不影响其对聚酯的选择性、稳定性及老化性能，具有非常好的市场前景。 

 

参考文献：

 

[1]于国玲，陈宛瑶.几种新型粉末涂料的最新研究[J].现代涂料与涂装，2020，23(10):15-17.[J].现代涂料与涂装，2014，(10):18-22.

 

[2]王泼，谢静，梁华勇，林文康.TGIC型与HAA型粉末涂层老化性能的对比研究[J].合成材料老化与应用，2019，48(1):10-13. 

 

[3]钟江海，何基财，廖列文，曾晓红.纯聚酯户外消光粉末涂料的制备[J].现代涂料与涂装，2003,(1):24-25. 

 

[4]邓琨,巴旭民.高柔韧性环氧丙烯酸消光热转印粉末涂料[J].涂层与防护，2019，40(09):19-22. 

 

[5]吴鹏洲，戴碧珍，高庆福，李光.新型铝轮毂用亚光透明粉末涂料的研制及应用[J].涂层与防护，2023，44(04):23-27.

 

来源：粉末涂料与涂装2024-4 / 刘阳阳 吴宏波 ( 黄山华惠科技有限公司 )