摘要

本文从粉末涂料配方体系中树脂、颜填料、助剂等角度研究了不同因素对于粉末涂料流挂性能的影响。其中树脂作为主要成膜物质起到关键性作用，不同颜填料的选择和比例也会影响流挂性能，同时功能性助剂也在一定程度上影响到粉末体系的流挂。

引言

近年来，随着一系列环保法律法规的出台，溶剂型涂料(尤其是油性涂料)的使用受到越来越严格的限制，而粉末涂料作为一种不含溶剂、无挥发份的固体涂料，以其绿色化、节能化、特色专用化和经济化等特有优势，在我国迅速发展，越来越受到使用者的欢迎。随着粉末涂料行业的深入发展，应用领域越来越广，在多个领域取代了传统的油性涂料。 

粉末涂料是一无溶剂的均匀体系，必须熔融后才能附着在被涂物上面，流平后固化成膜，一般需要经过三个过程[1]：从单独的粉末颗粒，聚集成为一层连续的、不平整的膜，此过程称为聚集过程；从连续不平整的表面流淌形成较为光滑与平整的表面即流平过程；熔融的涂液通过交联反应，黏度不断提高，最后固化为坚硬的涂膜，称为固化过程[2]。相对于油性涂料而言，粉末涂料的膜厚较高，油性涂料的涂膜厚度一般只在20~70μm，而粉末涂料的涂膜厚度大多在60~150μm，甚至有些应用领域达到200μm或者更厚。更厚的涂层喷涂固化所需时间更长，工件的边缘往往会出现肥边现象，甚至会出现因涂层过厚，流动时间太长未及时固化而流挂。实验室对于流挂的测量一般有两种方式：水平流动性和倾斜流动性。一般而言，涂料不易流挂但也不易流平，涂层厚易流平但也易产生流挂[3]。粉末体系的斜流越长，可以认为该粉末涂料的流平越好，但斜流太长则容易肥边甚至流出工件表面。在实际喷涂应用中，控制粉末的流挂在合适的范围，既能得到合适的流平性能，又能避免过度的肥边，影响工件连接。本文主要通过倾斜流动的长短(简称斜流)来研究粉末涂料中树脂、颜填料、助剂等对粉末体系流挂的影响。

1. 粉末涂料的制备

1.1 原材料 

本次采用几组试验来说明斜流的影响因素，主要材料如下。聚酯树脂：安徽神剑新材料股份有限公司(指标见表1)；TGIC：工业级，黄山华惠；钛白粉(R-996)：工业级，四川龙蟒；超细硫酸钡:工业级，青岛红蝶；流平剂GLP588、安息香、701B：工业级，南海化学；各类助剂：工业级，捷通达。

1.2 主要实验仪器 

双螺杆挤出机：SLJ－40，烟台凌宇；咖啡磨：Q-250A，浙江屹立；静电喷涂设备:HANZHE-901，汉哲涂装；电烘箱：FDL-100，Binder；膜厚仪：NIX4500，NIX；玻璃板三角架(倾斜角60°)，游标卡尺，斜流压片装置。 

1.3 实验步骤 

按照树脂的基本配方制备粉末涂料，工艺流程为：配料→预混→挤出压片→研磨过筛(200目)→粉末涂料产品。得到粉末涂料后，用电子天平上称取1g左右待测粉末(±0.01g)，用压片机压片制成圆饼(直径(12.0±0.05)mm，厚度(8.0±0.2)mm)。将所制圆饼置于玻璃板底部，然后将玻璃板放入200℃烘箱预热2min，使圆饼与玻璃板适当黏合，避免圆饼滑动。2min后将玻璃板放置至60°夹角的三角架上(放置时圆饼所在的底部应处于高处，放置时间不超过15s)，有圆饼的一头朝上，在200℃烘箱中烘烤15min后取出玻璃板，待玻璃板冷却至室温后，用游标卡尺测量粉末涂料倾斜流动长度，所得长度即为该粉末涂料在该测试条件下的斜流[4]。(参考国标GB/T21782.11-2010，并根据实验室现有器材调整)

2. 结果与讨论

2.1 树脂对于流挂性能的影响 

树脂时粉末涂料最主要的组分之一，是主要成膜物质。因此树脂的选择是粉末涂料性能的关键性因素，对于流挂性能的影响自然也是很明显。

2.1.1 实验配方设计 

探究树脂对于流挂性能的影响的实验配方设计见表2。

2.1.2  斜流长度测试结果 

不同树脂配方下斜流长度测试结果见表3、图1和图2。

2.1.3  树脂对斜流长度的影响分析 

配方1和配方5均为树脂1为主要成膜物质，配方2和配方4均为树脂2为主要成膜物质。对比配方1和配方2的斜流长度，以及配方4和配方5的斜流长度，可以发现，当树脂的黏度一致，配方中其他材料保持一致时，不同树脂对应粉末的胶化时间越短，其斜流越短。胶化时间较为直观的体现出树脂的反应活性，胶化时间越短，反应活性越高，其流平固化的第三阶段时间短，倾斜流动的长度即偏短。 

对比配方1和配方3可以发现，当树脂的反应活性接近或相同时，黏度越低，其斜流长度越长，这是由于树脂黏度偏低时，粉末体系的整体黏度也会降低，流平固化的第二阶段流平过程更容易，流动长度即更长，但黏度的影响没有反应活性的影响大。 

另外对比配方1和配方5，以及配方2和配方4的斜流数据可以看到，当树脂保持一致时，黑色配方的斜流比白色配方的斜流短的多，说明除了树脂影响粉末涂料的斜流外，颜料对于斜流也有影响，主要是因为炭黑的吸油量比钛白粉大的多，黑色配方的粉末涂料体系黏度比白色大的多，导致斜流偏短。

2.2 颜填料对于流挂性能的影响 

上面的研究表明，颜料对于斜流有较大影响，其主要影响因子是颜料吸油量的大小，一般而言有机颜料的着色力更强，颜色更艳丽，吸油量也更高。在实际生产过程中，所需粉末涂料的颜色一般是固定的，粉末厂商可根据颜色要求及吸油量的大小选择合适的颜料，以达到颜色要求和流挂性能要求，此处不再赘述。本文主要研究填料对于斜流的影响，从填料的种类，以及颜填料的比例进行研究。 

2.2.1 实验配方设计 

探究颜填料对于流挂性能的影响的实验配方设计见表4。

2.2.2 斜流长度测试结果 

不同颜填料配方下斜流长度测试结果见表5和图3。

2.2.3 颜填料对斜流长度的影响分析 

对比配方6和配方7的斜流数据可以看到，当改变配方体系中颜料和填料的比例时，粉末体系的胶化时间和斜流长度都会发生变化，这是由于硫酸钡和钛白粉对于粉末体系的反应活性贡献不同，同时粉末体系的黏度也不同。而对比配方7和配方8可以看出：当粉末配方体系的树脂和颜料都保持一致时，改变硫酸钡的种类时，粉末的活性略有变化，但对斜流的影响很大。这是由于超细钡和W-5HB的粒径不同，超细钡的粒径更细，相对而言吸油量更高，同时粒径更大的W-5HB流动性相对更好，也是斜流更长的原因。 

在实际生产中，硅微粉、玻璃微球、碳酸钙、氧化铝这些填料以及各种有机颜料、无机颜料的粒径不同、吸油量也不同，用于粉末涂料中时对于流挂性能的影响都需要考虑进去。

2.3 助剂对于斜流的影响 

助剂是涂料体系中重要组分之一，粉末涂料体系中的助剂同样有着重要的作用，添加不同的助剂可以起到不同的效果。随着粉末涂料研究的日益发展，各不同的助剂厂家对助剂种类的开发也更加丰富，各种效果的助剂都有开发。本文选取了几种常用类型助剂进行研究，探析助剂对于粉末涂料流挂性能的影响。 

2.3.1 实验配方设计 

探究助剂对于流挂性能的影响的实验配方设计见表6。 

2.3.2 测试得到斜流长度 

不同助剂配方下斜流长度测试结果见表7。 

2.3.3 助剂对于流挂性能的影响分析 

对比配方9、10、11的斜流长度可以看出，粉末配方中添加一定量消光剂能够缩短粉末涂料的斜流长度，且添加量越大，斜流长度越短。对比配方9和配方12、13的斜流数据可以看出，粉末涂料中加入促进剂会使斜流变短。消光剂和促进剂对于斜流影响的机理类似，都是提高了粉末涂料体系的反应活性，从而让粉末涂料的固化更快，流动时间更短，斜流更短。 

而对比配方9和配方14、15可知，在配方中加入抗流挂助剂能够缩短粉末的斜流，抗流挂助剂主要调节体系黏度和粉末涂料的表面张力，从而使粉末涂料不易流动，即从连续不平整的表面流淌形成较为光滑与平整的表面的流平过程阻力增大，进而起到缩短粉末涂料斜流的作用。

3. 结语

由以上试验可以看出，粉末体系的斜流的影响因素很多。树脂自身的黏度和反应活性是一个最关键的因素，选择合适的树脂可以得到理想的流挂性能。粉末配方体系中颜填料的选用也是一个重要因素，其中颜填料的吸油量和粒径是颜填料影响斜流的主要影响因子。而各种功能性助剂添加到粉末涂料中也会在一定程度上影响粉末涂料的流挂性能，主要体现在对粉末涂料的反应活性和表面张力的影响。除了以上影响因素，涂膜的厚度、涂层的烘烤温度、喷涂工件表面光滑程度、工件的摆放形式(与水平面的夹角大小)等都会影响到粉末的斜流长度。在生产实践中，要考虑多种影响因素，综合考虑体系功能性、对于流平性的要求及流挂的要求，以及配方体系的成本，在粉末涂料体系中找到一个合适的平衡点。

参考文献： 

[1]冯素兰，张昱斐．粉末涂料［Ｍ］．北京：化学工业出版社2004：64－65； 

[2]刘宏，向寓华，师立功．铝型材喷涂粉末涂料流平性因素的探讨[J]．《涂料工业》，2009，03(3)：25-27； 

[3]樊庆春，童身毅．涂料流平性与流挂研究进展［J］·《中国涂料》，2012.04：33-36； 

[4]GB/T21782.11-2010，粉末涂料第11部分：倾斜板流动性的测定[S]。

来源：粉末涂料与涂装2024-4；作者：王永波 张 启 ( 安徽神剑新材料股份有限公司 )