解决粉末涂料涂膜耐候性问题研究

解决粉末涂料涂膜耐候性问题研究随着国民经济的快速发展，粉末涂料在户外的应用越来越普遍。从而使作为防护与装饰的粉末涂料涂层，其耐候性和耐久性也受到越来越多的关注，特别是如天花板、幕墙板、饮水机、空调机、洗衣机、铝型材等室内外用品的涂膜，在自然环境中会发生一系列变化，具体表现为光泽下降、颜色变暗淡，涂膜表面出现锈点或裂纹，开始轻微粉化……

粉末涂料的涂层随着时间的延长，其性能逐渐降低的现象称为老化；在自然环境中，粉末涂料受周围自然因素如日晒、雨淋、氧化、冷热变化以及微生物等的作用，而产生的老化现象称为自然老化。粉末涂料抑制或延缓自然老化的能力称为耐自然老化性，简称耐老化性，也叫耐候性。

影响粉末涂料耐候性的因素很多，其中包括树脂、固化剂、颜填料，以及其它助剂的结构和性能等内部因素；以及日光（主要是紫外线）的作用、大气的组成（氧、臭氧、工业烟雾等）、湿度（包括酸雨、盐雾等）、温度变化等自然因素（外部因素）。紫外线辐射是粉末涂料自然老化的主要原因，大气中的氧是促进自然老化的重要因素。在紫外线和氧的作用下，引发粉末涂料产生自动氧化反应，即氧化连锁反应，使粉末涂料降解。水和热加速了此反应，起着光氧化的促进作用。被污染的大气中含有稠环芳烃化合物（即分子中含有多个苯环的化合物），及粉末原材料中的微量杂质，是粉末涂料光氧降解的敏感剂。这

些反应的组合和对粉末涂料老化的影响程度，随着环境的不同而异，同时也随着粉末涂料化学组成及物理结构的差异而不同，导致粉末涂料耐候性差别很大。因此，各种因素的影响都不能忽视，只有了解各种因素对粉末涂料是怎样起作用的，抓住主要矛盾，才能找出提高其耐候性的对策。

1、光稳定剂的种类和作用

1.1光稳定剂的定义

光稳定剂是提高分子材料稳定性的一种物质，它能够阻止高分子材料发生光氧老化，大大提高它们的使用寿命。

光稳定剂能够抑制或减弱光降解作用，提高聚合物和复合材料耐光性能的物质，由于大多数光稳定剂都吸收紫外光，所以，习惯上也常把这类物质称为紫外线吸收剂。光稳定剂对于防止复合材料的光老化、延长它们的使用寿命效果非常显着，而且用量也很小，一般仅为聚合物质量的0.01%～0.5%。

1.2光稳定剂的种类和作用

光稳定剂大致可以分为4类，即紫外线吸收剂、猝灭剂、自由基铺获剂和光屏蔽剂。

1.2.1紫外线吸收剂

在紫外线危及粉末涂料涂层之前，它们能强烈地、有选择性地优先吸收对粉末涂料涂层危害极大的高能量紫外线，并将其转换成无害的低能辐射，防止紫外光对粉末涂料的降解作用。

它能先于树脂成份吸收紫外线的辐射能量，通过它自身原子中电子结构的重排，将辐射能转换成热能而耗散于大气，一旦释放出热能原子又回复到原来状态；

1.2.2猝灭剂（能量转移剂）

它具有使所放出的热能不致损伤粉末涂层的功能。它不直接吸收入射的紫外线，只是待粉末涂层内蓄贮到一定能量时，才吸取会致使粉末涂层降解的过多能量，把这部分能量以热的形式转移到周围的大气中。

1.2.3自由基捕获剂

这类光稳定剂能捕获高分子中所生成的活性自由基，从而抑制光氧化过程，达到光稳定目的。当粉末涂料涂层吸收紫外线能量，并分解产生导致自动氧化反应的活性自由基后，自由基捕获剂能捕获这些自由基，并通过化学反应使之转变为稳定的高分子化合物，从而使光氧化反应终止。

1.2.4光屏蔽剂

能减少紫外线对材料的透射作用，是最经济实用的添加材料。

2、提高粉末耐候性的途径及光防护机理

由于粉末涂料的固化温度在200℃左右，在自然环境中，一般温度不会使粉末涂料产生热老化。太阳光对粉末涂料及其它高分子材料都能引起不同程度的破坏，导致涂膜降解，使得制品的外观及性能变坏。对粉末涂料危害最大的是290nm～

400nm的紫外线，日光对粉末涂料的降解作用是光和氧这两

种物质的综合效应，通常称之为光氧化降解作用，或光氧老化。粉末涂料经日晒吸收光后，涂层是否稳定、是否断裂、氧化，取决于粉末涂料所选择材料吸收波长的能量。若吸收的光能大于键离能，就会发生粉末涂料涂层分子间的链断而使性能变劣，即出现粉化、脆裂、变色等现象。

粉末涂料的自然老化是一个复杂的过程。要抑制此过程的进行，延长使用寿命，提高其耐候性能，可从以下三个方面解决。

2.1选择耐候性好的树脂和固化剂

主要是选择更高一级的树脂，如：户外聚酯树脂、丙烯酸树脂、聚氨酯树脂、氟树脂及相应的固化剂等。

2.1.1纯聚酯体系

纯聚酯体系目前应用于户外耐候的粉末涂料主要有两种，一种是聚酯/tgic体系，一种是聚酯/primid体系。

聚酯/tgic粉末的突出优点在于它的耐候性。目前在户外涂

装领域，它已成为人们优先发展的品。具有耐候性好、耐热性好、抗黄变等众多优点。聚酯/tgic粉末涂料的最致命的缺点是固化剂tgic高毒性、环境破坏性和遗传毒性，其次是外观不如聚氨酯粉末涂料。

聚酯/primid体系是由于tgic存在对人体或皮肤的刺激，而

开发的替代品。该体系具有安全无毒，反应活性稳定、易带电，储存稳定性好，用量少等优点，缺点是易泛黄，易产生针孔。

2.1.2丙烯酸体系

丙烯酸粉末涂料的主要优点：由于丙烯酸树脂色浅，可配制透明和鲜艳的浅色，且涂膜光亮、丰满、硬度高，不易划伤，耐污染性好，优异的保光保色性，有非常漂亮的外观。它的主要缺点是其价格偏高，涂膜的冲击性能较差，与其它粉末涂料体系相溶性差。但其耐候性级别与聚酯/tgic体系几乎一样。

2.1.3聚氨酯体系

聚氨酯是一种含氨基甲酸酯键的聚合物，聚氨酯粉末涂料是由羟基聚酯、封闭型多氰酯、颜填料及助剂等组成的热固性粉末涂料。聚氨酯粉末涂料具有优良品质的涂膜、极佳的性能，已经在建材外用部件和空调器等家电领域获得了广泛的应用，在我国，聚氨酯粉末涂料的性能正在被人们所认识，所占的比例会逐步增加。

其户外爆晒性和物理机械性能均可与纯聚酯/tgic粉末涂料相媲美。目前，国内粉末涂料厂家很少选用此类型的粉末涂料，除固化剂价格昂贵外，此类型的粉末涂料还存在如下的缺点：在固化成膜过程中，要释放封闭剂，造成烘烤环境的空气污染，气味难闻；涂膜不宜过厚，否则易使涂膜产生针孔、气泡等毛病；烘烤固化温度高。

2.1.4氟树脂体系

氟树脂粉末涂料作为建筑外装饰用涂料，用于高层和超高层建筑物，具有极佳的耐光和耐化学品的性能，不但具有抗污染性，还具有自清洁能力，可数年保持光洁如新的涂膜。热固性