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粉末涂料的配方设计

粉末涂料应用十分普及，在许多领域正在逐步替代含溶剂涂料等传统涂料，几十年的发展，粉末涂料技术已很成熟，这里简要介绍基本配方（通用型）设计和部分重点市场的配方设计（实用型）、试验过程等。
一、 粉末涂料基本配方设计要点
1、 环氧型粉末涂料
环氧粉末是热固性粉末最早研发和形成市场的粉末品种，一般是基于双酚A型环氧树脂，按照常见的看法。环氧粉末分为功能型和装饰型两类。、
功能型环氧粉末近年来发展迅速，主要应用在防腐（输油输气、管件和阀件、钢筋等）领域、电子（元件等）和电气领域（汇流排和母线等）。功能型环氧粉末的基础树脂除双酚A型环氧树脂，也经常采用改性环氧如酚醛环氧树脂、橡胶弹性体环氧树脂等，具体在后面“功能型环氧粉末”有较具体的叙述。
装饰性环氧粉末目前并不普及，一般应用于特殊效果如水纹（绵绵漆）和裂纹粉末、浴室把手罩光透明粉和铸铁件表面花纹（如缝纫机机头用皱纹）等。
凡是在一定温度（110～200℃）下能与环氧基反应的化合物，都可以作为环氧粉末的固化剂，而事实上适合环氧粉末的固化剂主要品种有胺类（双氰胺、改性或加速双氰胺），酸酐（芳香族酸酐、脂环族酸酐等）酰肼（葵二酸二酰肼、己二酸二酰肼等）、咪唑类（往往作促进剂）和有机酚类固化剂等几类，根据不同的技术要求而选择相应的固化剂，同时要选择合适的固化促进剂配合，满足各种实际需要和固化条件，促进剂也有很多种类，如乙酰丙酮金属盐【M(AA)n】、三苯基膦（TPP）及其鏻盐、芳基异氰酸酯的加成物(取代脲)、2-苯基咪唑啉以及二甲基咪唑等。

2、 环氧/聚酯型（混合型）粉末
当前在国内还是生产量最大和使用面最宽的品种。配方设计主要从涂层各项性能要求和售价成本入手。相关技术和配方在前后有关章节中有具体说明。

二、常见配方
实用型主要以耐候性粉末、白色家用电器粉末（以微波炉为例）、基础美术型粉末、户内外高透明粉末为基本内容，针对功能型粉末再作重点介绍，这是由于功能型粉末（以环氧粉末为主）实际应用领域和市场近来扩展很快，用途和性能不断提高，是目前重要的研发方向之一，同时也是能够取得较好经济效益的重要途径。
（一） 耐候性粉末（以建筑铝型材为例）
建筑型材以优异的耐久性、装饰性和加工成型性，广泛应用于建筑物的各个方面。而铝合金型材又因加工性能佳、质轻等优点，用量占金属型材的80%以上，粉末涂料在铝型材方面的应用得到了迅速增长。目前，铝型材表面处理是阳极氧化、电泳涂装及粉末喷涂三种处理方式，每一种方式都各有优势，就环保方面看，粉末涂料更具优势，同时粉末涂料在色彩、花纹、光泽度等方面可选择性好，得到了各行人士的喜爱。具有代表性的粉末涂料品种有环氧型、聚酯型、丙烯酸型及有机硅树脂型等。作为实际应用，如铝框架、门窗、阳台、走廊、隔墙板等高防腐蚀性铝型材，大多数采用聚酯、丙烯酸粉末涂料；此外，由于环氧树脂粉末涂料具有优异的附着性、防腐蚀性，但耐候性较差，用于户内或者作为底漆。
建筑型材粉末涂料选用的聚酯树脂为饱和型的，按其端基分为端羧基型（—COOH）和端羟基型（—OH）两类。低酸值（20～45mgKOH/g）的聚酯用异氰脲酸三缩水甘油酯（TGIC）、羟基酰胺作固化剂（Primid或HAA），端羟基（—OH）聚酯采用已内酰胺封闭的异佛尔酮二异氰酸酯（IPDI）多元醇预聚物作固化剂，制备耐候性卓越的纯聚酯粉末涂料。
根据粉末涂料耐候要求，国外通常按照佛罗里达天然曝晒测试结果分成三级：
1. 标准型耐候粉末涂料（可以通过佛罗里达曝晒实验标准1～2a）
2. 改进型耐候粉末涂料（可以通过佛罗里达曝晒实验标准2～3a）
3. 超耐候型耐候粉末涂料（可通过佛罗里达曝晒实验标准5a以上）
国内我们一般依据GB/T 1865-1997《色漆和清漆 人工气候老化和人工辐射暴露》（滤过的氙弧辐射），对相应的粉末涂料作耐候性评估。
设计耐候好的型材粉末涂料，第一步是原辅材料的选择，没有性能可靠的材料，就无法保证粉末的基本品质。根据国内各地气候条件，这里我们提供比较适合的原料选择，见表11-5。较典型的白色和灰色参考配方见表11-6。
表11-5 铝型材粉末原料选择
型号
特征简述
适用范围
供应商
聚酯树脂选择
P5200
羧基聚酯树脂，酸值约35mgKOH/g
通用耐候粉末，高光和平光，适于静电喷涂，普通流平，TGIC固化
昆山 DSM
P5201
羧基聚酯树脂，酸值约35mgKOH/g
通用耐候粉末，高光和平光，适于摩擦带电喷涂，普通流平，TGIC固化
昆山DSM
EL6600
羧基聚酯树脂，酸值约35mgKOH/g
耐候性稍低，高光和平光，适于静电喷涂，普通流平，TGIC固化
广州南方树脂
P855
羧基聚酯树脂，酸值约35mgKOH/g
通用耐候粉末，静电摩擦都适用，多用于砂纹和皱纹粉，用烷基酰胺固化
昆山DSM
P9335
羧基聚酯树脂，酸值约35mgKOH/g
与P5200接近，价格有优势，TGIC固化
杭州中法
P3005
羧基聚酯树脂，酸值约35mgKOH/g
透明粉专用，适于静电喷涂，TGIC固化，流平稍差
昆山DSM
CE3099
羧基聚酯树脂，酸值约27mgKOH/g
耐候性稍低，静电摩擦都适用，多用于砂纹和皱纹粉，用烷基酰胺固化
浙江天松
固化剂选择
PT710
白色颗粒，EEW约110，熔点约92℃
低酸值聚酯树脂固化剂，用于耐候性好的粉末，流平性中
瑞士汎达
PT810
白色颗料，EEW约108,熔点约96℃
低酸值聚酯树脂固化剂，用于耐候性好的粉末，流平性好
瑞士汎达
TGIC
白色粉状，EEW约110，溶点约93℃
低酸值聚酯树脂固化剂，耐候性同PT710,流平性中
常州牛塘
XL552
白色粉状，羟值约84mgKOH/g,溶点约122℃
低酸值聚酯树脂固化剂，耐候性同PT710,多用于砂纹和皱纹
美国罗门哈斯
T105M
白色粉状，羟值约84mgKOH/g,溶点约122℃
低酸值聚酯树脂固化剂，耐候性同国产TGIC，多用于砂纹和皱纹
宁波南海化学
AG500
GMA型丙烯酸树脂，EEW约530
羧基聚酯消光固化剂，可得30。以下的任何光泽
广州南方树脂
B1530
灰白色固体
羟基聚酯固化剂，流平好，耐候性高
德国赫斯
主要助剂选择
BENZOIN
安息香（苯偶因），粉末脱气剂
用于平光类粉末，消除涂料固化过程中的气泡
宁波南海化学或韩国美源
PV88
丙烯酸酯类流动助剂，为均聚物
用于平光类粉末，消除涂料固化过程中的流平缺陷如缩孔和麻点等
德国获利化学
PC-100
丙烯酸酯类流动助剂，为共聚物
用于平光类粉末，消除涂料固化过程中的流平缺陷如缩孔和麻点等
广州南方树脂
9615A
酰胺改性的聚乙烯蜡
提高涂层抗划伤性和粉末音的滑爽性
德国科莱恩
PE520
低分子量聚乙烯
提高涂层抗划伤性和粉末音的滑爽性
德国科莱恩
TEX61
聚四氟乙烯蜡，白色粉状
加入配方中得到砂纹
美国三叶
TF1830
聚四氟乙烯蜡，白色粉状
加入配方中得到砂纹
德国路博润
CAB-551-0.2
醋丁纤维素，白色粉状，熔点140℃
加入配方中得到锤纹
美国伊士曼
BP-881
钠基有机硼润土，浅黄色粉末
起砂助剂，一般加入量为0.5%～3%
浙江华特
R-972
气相二氧化硅，白色微细粉末
提高粉末的流动性和带电性
德国德固萨
Oxide C
气相三氧化二铝，白色微细粉末
提高粉末的流动性和摩擦带电性
德国德固萨
DT3329
改性低分子量蜡消光剂
降低粉末涂层的光泽
瑞士汎达
Tinuvin 144
紫外线吸收剂
适于透明粉末涂料，提高涂料的抗老化性能
瑞士汎达
Castor Oil
氢化蓖麻油
调整粉末的流动性和改善粉末的边缘包覆力
国产
钛白粉
CR-828
金红石型钛白粉，含量93%
白色颜料，优良的耐候性
美国科美基
R-706
金红石型钛白粉，含量94%
白色颜料，优良的耐候性
美国杜邦
ZR-940+
金红石型钛白粉，含量94%
白色颜料，优良的耐候性，分散性好
镇江太白
填料
TL-2500
多孔粉石英，粒径偏细
降低成本，提高粉末的硬度、吸附。有一定的消光作用
上海维特锐实业
TL-1250
多孔粉石英，粒径中等偏细
降低成本，提高粉末的硬度，增加粉末涂料物理力学性能
上海维特锐实业
TL-400
多孔粉石英,400目
填充料，降低成本，代替硫酸钡达到环保要求
上海维特锐实业
颜料
330R
炭黑，蓝相
黑色颜料
美国卡博特
MA-100
炭黑，红相
黑色颜料
日本三菱
4920
氧化铁黄
黄色颜料，较灰暗
德国拜尔
3110
氧化铁红
红色颜料，较灰暗
德国拜尔
5019
柠檬铬黄
黄色颜料，较鲜艳
加拿大DCC
5034
中铬黄
黄色颜料，较鲜艳
加拿大DCC
103
中铬黄
黄色颜料，较鲜艳
上海
502
柠檬铬黄
黄色颜料，较鲜艳
上海
Cr2O3
三氧化二铬
氧化铬绿，较鲜艳
上海凯丽
GMX-15-SQ
CI 黄34
康纳铬黄
瑞士汽巴
GLH-74-SQ
CI 红34
康纳钼铬红
瑞士汽巴
3230S
钼铬红
红色颜料，较鲜艳，耐光性好
德国巴斯夫
635T
氧化铁棕
棕色颜料，较灰暗
德国拜尔
Violet B
永固紫
紫色颜料
瑞士汽巴
GNX
酞菁绿
绿色颜料
德国科莱恩
Orange G
有机橙
橙色颜料
德国赫司特
Yellow 10G
有机黄
黄色颜料
德国赫司特
SG-721
酞菁绿
绿色颜料
日本油墨
L7072D
酞菁蓝
蓝色颜料
德国巴斯夫

表11-6 较典型的白色和灰色参考配方（高光型）
组份
质量份

组份
质量份
P9335
300

P5200
610
PT710
22.5

PT710
46
PV88
3.9

PV88
8
Benzoin
2.6

Benzoin
5
9615A
0.7

BaSO4,10HB
72
CR 828
165

9615A
3
BaSO4,5HB
28.6

CR 828
220
4920
5

GNX GREEN
0.4
--
--

103
1.5
--
--

黄45-SQ
1
合计
528.3

合计
966.9

依照上述配方经标准工艺生产和严格检验，粉末具有性能如下：
1. 具有十分优异的柔韧性，防腐蚀性；
2. 卓越的户外耐候性（抗紫外光降解），十分优良的装饰性和经济效益；
3. 该产品与铝材及镀锌底层有良好的附着力，无需底漆；
4. 涂膜的物理机械性能和耐化学药品性能好。
详细性能指标如下：
外观（目测） 色泽均匀疏松
密℃ 1.2～1.6g/cm3
粉末细℃（180目筛余物） <0.5%
储存稳定性（35℃以下） 12个月
试验项目 Qualicoat 指标
涂膜厚℃ 60～80um
60。光泽度 >85%(高光)
抗冲击性能 490N·cm
弯曲性能 3mm
杯突试验 ≥7mm
附着力（划格法） 0级
压痕硬度 ≥80
耐盐雾试验（1000h） 在10cm划痕中有小于16mm2腐蚀
耐候试验 1年，朝南倾角5。清洗样品测试保光率≥50%
人工加速老化试验（1000h） 失光率≤50%（依据GB/T 1865-1997）
其涂装方法：采用认可的涂装机械，按照产品说明和技术说明在正常条件下进行施工，该产品可形成平整有光或无光的涂层，完全符合甚至超过Qualicoat标准的技术指标。
推荐固化条件：190℃/20min,200℃/15min.。