1 前言

 

    粉末涂料除基料和颜料外 ,还有一些明显影响涂膜外观及固化程度的重要物质 ---助剂 , 它是专门用于粉末涂料 ,使聚合物基料顺利生产获得的应用性能而添加到粉末涂料基料中的化学品。助剂在粉末涂料的配方中起着非常重要的作用， 以致成为不可缺少的部分 .

 

    理想的助剂应该具有以下特点：固体 ,最好是熔点或者玻璃化温度在50度以上的结晶性细粉末；良好的稳定性 ,便于储存和使用；与树脂基料或固化剂不发生化学反应；应为无色或浅色，不能使涂膜着色 ;具有特定的功能；100 %活性 ;在可能的条件下低添加量就能够起到作用；基本无刺激性和毒性，符合有关环保安全的标准。但是在大多数情况下， 很多很有用的助剂都是液态的 ,因此常常将它们加到树脂中或者吸附在载体上制成母料。

 

    2 流平剂

 

    流平剂的应用已有很多年了， 而且还在不断的发展中 .一般而言它们最主要的作用是用来防止涂膜缺陷的产生（ 如缩孔 、鱼眼等） 并减少桔皮。同时，使用流平剂有助于改善颜料的分散性和固化过程中脱气效果 ,增加流动性等效果。良好的分散效果促使了颜料在体系中的分散效应， 增强了色彩的均匀性及减少加工时间 .

 

    现在所使用的流平剂一般是通过消除（ 或补偿）表面张力之间的差别来改善界面性能的 .通常当"额外"加入一种丙烯酸类聚合物添加剂时 ,这种过量的流平剂就会迁移到熔融树脂的表面（这种迁移一般会因其与涂料体系的不相容性而得到加强），从而补偿它在基料表面和主体中的化学势能 .当这种丙烯酸聚合物到达表面时 ,其极性主链留在熔融树脂（ 或基料） 中，而烷基的侧链则倾向于向外部逃逸，并达到某种稳定的平衡状态。因此， 由于整个表面定向排列的分子结构浓度比较高， 使得整个表面张力趋向于平均。从而这种浓度效应便消除了原来表面张力的不均一性 .粉末涂料的成膜和流动是由表面张力和熔融黏度这两个主要的参数所控制的 .表面张力（ 在给定温度下） 是导致流动的主要驱动力，而唯一的流动阻力来自于粉末在烘烤条件下的熔融黏度。因此流平剂可以被更确切的定义为表面张力改善剂 .

 

    从理论上讲 ,要想控制粉末涂料的流动必须有两个先决条件：

 

    （1） 高的表面张力 .但是为了保证能充分地润湿基材 ,又不能高于基材的表面张力。

 

    （2） 在与空气的交界面上表面张力必须局部均一 .根据现在的粉末生产工艺 , 粉末一般表现为非均一性 ,因此在不使用流平剂的条件下 ,第二个条件几乎是不可能达到的 .

 

    不使用流平剂 , 粉末涂料不仅流动性差 , 有桔皮产生， 而且涂膜表面倾向于产生针孔 .这都是由于粉末涂料熔融的表面张力之差造成的 , 这种情况下熔膜倾向于向较高表面张力的方向流动 , 从而导致涂膜表面非常粗糙 .粉末涂料的成膜可以被划分为熔融阶段和紧跟其后的流动阶段 .差的流动性主要起源于第二个阶段 .这些问题通常在涂膜形成的第一个阶段（ 熔融阶段） 就会产生并且在流动阶段得到加强 .表面缺陷是与基材无关的 , 因此不能被认为"基材润湿性"不好 , 而是由"流动性极差"所致 .高表面张力促使流平 ,但从另一方面而言 ,低的表面张力也增加润湿性 , 减少缺陷产生 ,而低的融熔黏度也促使更好的流平 .因此在实际操作中应结合起来考虑 , 来平衡最终性能 .加入适量流平剂是解决问题的最好办法 .

 

    流平剂由于聚合单体不同及聚合方式的差异 ,因此不同的流平剂之间有产生不相容的可能性 .为了保证良好的润湿性能 , 流平剂应均匀地分散在粉末体系中 , 生产过程中良好的分散是必要的 .低表面张力的污染物会严重地影响涂料的表面性能 .因此在生产或加工过程中尽量避免低表面张力物质导入涂料中 ,如油污 、水汽 、硅油等 .不同的粉末体系有不同的表面张力 ,相互之间也存在干扰的可能性 .在实际生产安排中应用高表面张力的品种到低表面张力品种顺序生产以减少交

 

    叉污染现象的发生 .目前的流平剂多为丙烯酸酯的均聚或共聚物 ,而有些丙烯酸 -硅树脂和纯的硅树脂则被认为是"危险的" .在早期的试验中高活性的或是不相容的硅树脂（ 如聚硅烷） 曾经导致了整个工厂的污染 , 因此人们一直对使用硅树脂有一种抵触心理 .但是还是有一些改性的聚硅氧烷（ 如聚醚和聚酯改性的聚硅氧烷） 能够在不污染的情况下改善粉末涂料的流平性 .

 

    一般的流平剂都是黏稠的液体 , 因此通常情况下他们被以 5 %到 15 %的浓度一次性加入到树脂中或者以 60 %到 70 %的浓度被沉淀到气相二氧化硅上作成母料 .这样就可以更容易地被计量 ,并易于在粉末涂料的预混合阶段被均匀地分散 .因为二氧化硅容易在透明粉上造成雾影 , 因此当透明粉的透明度要求比较高时 ,应首选树脂为载体。一些高分子量的热塑性聚合物在预防粉末涂料产生缩孔时也是非常有效的 .例如用作流平剂的聚乙烯醇缩丁醛 ,由于他们具有较高的熔点 ,因此很难在挤出时分散到树脂熔融体中 , 因此不久就被液态

 

    的聚丙烯酸所取代 .

 

    3 脱气剂

 

    最常用的脱气剂是安息香 , 它作为一种固体溶剂使涂膜持续不断地展开 , 有足够长的时间让空气从涂膜中逃逸出去 .安息香的化学名又叫二苯乙醇酮 ,是白色或浅黄色结晶性粉末 .在环氧体系涂膜中 ,安息香可以降低熔融体的黏度和表面张力 .但是在过烘烤时由于它可以转化成深色的联苯酰 , 因此会导致白色或灰白色的涂膜发黄 .对于一 般颜色的涂料 , 人们推荐安息香的最低加量为 0. 2 % （ 按配方总量计） .对于白色 和灰白色涂料 ,如果要牵涉到过烘烤 , 则其加量不能超过0.2 %.而对于黑色或其他深色体系可以最高加到0.8 %.当使用一些辅助助剂（ 如一些不产生气体 、不黄变的聚合物助剂） 时 ,安息香的脱气性能可以得到加强 .安息香的合适的替代物有 : 硬脂酸 ,它具有很有效的脱气效果和流平效果 ,但是因为它会使体系的玻璃化温度大大下降 , 因此其使用受到了储存稳定性的限制 ; 氢化蓖麻油的衍生物 ,也会改善涂膜的流动性 ,但降低玻璃化温度 ; 各种各样的聚乙烯和聚丙烯腊（ 如果他们不具有消光功能） ; 单或者双酰胺蜡 .

 

    为了获得更好的脱气效果 , 最好是根据不同体系的加工特性选择相适宜的脱气剂 , 将安息香和其它脱气剂组合起来使用效果会更好。

 

    4 纹理剂

 

    这些产品可以为表面提供一种结构效果 ,其特点是具有均一的表面纹理和均一的光泽及颜色 .加入一些不溶的或不相容的添加剂来控制粉末的粒径、熔融黏度、熔融表面的表面张力，从而能达到所需的纹理效果。

 

    纹理型粉末涂料是一种统称 , 有着不同的品种。如砂纹型、皱纹型、水纹型等等 ,这一类添加剂比较特殊 .果会不明显甚至使涂膜变得平滑 .

 

    （ 1） 砂纹

 

    早期制备砂纹型粉末涂料常用添加大量填料 ,或缩短粉末的胶化时间 , 或两者结合起来 ,其缺点是不言而喻的 .既影响性能 ,又给粉末加工带来困难 .膜厚的不同会影响最终的纹理效果 .现在人们可以通过添加 PTFE 的聚合物或改性 PTFE 聚合物来获

 

    得不同的纹理效果而且非常稳定。

 

    （2） 皱纹

 

    皱纹型粉末涂料中 ,粉末体系中局部表面张力的突然改变将会导致紊乱度增加从而产生凹陷 , 这是我们做皱纹粉的最基本原理之一 .CAB（ 醋丁纤维素） 即是其添加剂之一。CAB 会降低涂膜的表面产生可控制的"缺陷" ,当粉末加热时 CAB 在熔

 

    融状态下产生极低的表面张力 , 和周围粉末形成表面张力差产生凹陷 .CAB 的最大好处在于可以和粉末其它组份一起共挤而不易产生露底现象 ,其用量一般在 0. 005 %-0. 5 %之间 ,在凹点处的涂料没完全流走 , 使这些缩孔不会延伸到基材而露底。具体的加量依赖于所期望达到的效果和所使用的粉末的类型。当 CAB 加量比较高时， 效果会不明显甚至使涂膜变得平滑。

 

    （3） 皮纹

 

    可以使用能降低涂膜流动性或者在基料中不熔的聚合物添加剂制作花纹粉末涂料 .比如 : 熔点范围在 55 到 150 度的苯乙烯 -马来酸酐共聚物系列产品（ SMA） 可以在环氧和混合型粉末中产生细纹和粗纹的仿皮效果 , 同时不会影响机械性能 .其推荐加量为基料总量的2 %-7 %.

 

    （4） 水纹

 

    产生水纹或称为绵绵纹的添加剂可以由一种特殊的有机铝化合物来获得 ,它可用于环氧 、混合型及TGIC 体系中产生水波纹 ,其中有机铝化合物可以单独作为环氧粉末的固化剂 , 加量在 10 %-15 %, 完全固化可得到机械性能良好的无光表面 .当加量超过 10 %时 ,可以得到非常漂亮的细小而均匀的皱纹涂层 .调节填料量及添加剂量可获得不同表面光泽和纹理大小的水波纹 .通过适当的配方调整还可获得特殊的表面纹理结构 , 具有很强的立体感。

 

    5 消光剂

 

    消光剂定义为一种专门设计用来降低粉末涂料光泽的产品 , 同时它又不会影响树脂体系的化学定量关系 .和液体涂料相比 , 粉末涂料的消光更加困难 ,采用同样的方法往往难以奏效 .在液体涂料中涂膜干燥时颜填料向表面迁移 , 由于颜填料聚集导致粗糙度增加而产生了既定的消光效果 ; 然而粉末涂料由于不含溶剂在固化过程中黏度相当大 , 那种从低黏度向固态相的迁移并不容易发生 , 颜填料无法在涂膜表面的大量聚积 , 因此粉末涂料的消光具有一定的特殊性 .

 

    粉末涂料的光泽可以大致划分为 5 个等级 : 高光[ high] >85 %、标准[ standard] 70 % -85 %、半光[semi -gloss or satin] 40 %-70 %、低光[ low] 15 %-40 %和无光[matt] <15 %.在整个粉末涂料系统中消光的品种占有相当大的比重 .一般而言粉末涂料的消光可通过以下几种方法来实现 .

 

    （1） 填料添加法（2） 添加不相容的物质（3） 干混法（4） 一次挤出法