粉末涂料常用助剂综述

粉末涂料常用助剂综述

（沈阳理工大学环境与化学工程学院辽宁沈阳110168）

关键字:粉末涂料、助剂、发展

摘要：本文从粉末涂料助剂的分类出发,介绍抗氧化剂、固化剂、固化促进剂、抗静电剂和电荷控制剂、防结块剂等,并给了详细的解释；阐述助剂在粉末涂料中使用的注意事项；并对粉末涂料助剂今后的发展提出了意见。

1 引言

粉末涂料了我国粉末涂料市场, 国产粉末涂料助剂应用也呈蓬勃发展之势,随着国家对涂料环保性的要求越来越高, 具有环保优势的粉末涂料的快速发展是不容置疑的, 相关的粉末涂料助剂的发展应用也空前繁荣, 新产品、新技术层出不穷。我国的粉末涂料助剂开发起源于上世纪80年代, 经过20多年来的发展, 国内专业生产粉末涂料助剂的企业已达十几家, 品种也由单一的品种逐渐走向系统化, 有些粉末涂料助剂品种已出口并进入国际粉末涂料市场。

划分粉末涂料助剂的方法有多种, 一般有两种分类: 一种是只改变聚合物的物理性能而不使聚合物的化学结构发生变化, 如消泡剂、润湿剂; 另一种是聚合物的化学结构发生了或多或少的变化, 如消光剂。具体更细一点的分类如表1。

表1 粉末涂料助剂分类

性能品种

提高涂膜稳定性能

提高涂膜力学性能

改善涂膜表面性能及状态

改变涂抹色光

抑制涂膜燃烧性

其它抗氧化剂、光稳定剂、热稳定剂、防霉剂、杀菌剂、防污剂、金属钝化剂

交联剂、固化剂、润湿剂、偶联剂

抗静电剂、表面改性剂、流平剂、消泡剂、花纹助剂荧光增白剂、消光剂、增光剂

阻燃剂、抑烟剂

脱漆剂、增香剂、分散剂、增泡剂、耐磨剂、防结块剂

2 下面重点介绍几样粉末涂料助剂：

2.1抗氧化剂(或热稳定剂)

抗氧化剂(或热稳定剂) 被用来防止在过烘烤中涂层的黄变。一般情况下,它们是空间位阻抑制型抗氧化剂和耐水解的有机磷酸盐的混合物。粉末涂料在受到高温烘烤或日光照射后会发生老化、黄变等现象严重地影响了产品的外观及性能,为了防止或降低这种趋势的发生,通常采用添加抗氧化剂或热稳定剂的方式来实现。虽然影响涂膜老化的因素很多,如树脂、颜料、添加剂的质量和类型、涂料的配方设计、生产工艺、温度、大气、湿度等自然因素,但适宜的添加剂的应用确实降低了这种趋势的发生。

抗氧化剂就是一种抑制或延缓聚合物氧化降解的物质。抗氧化剂的品种很多,功效也不尽相同,按其机理可分为两大类:一类叫链终止型抗氧化剂(chain - breaking antioxidant) ,此类抗氧化剂与高分子中产生的自由基反应中断链的增长,也称为主抗氧化剂;另一类叫预防型抗氧化剂(preventive antioxi2dant) ,该类抗氧化剂能抑制或减缓引发过程中自由基的生成,又称辅助型抗氧化剂。主抗氧化剂有受阻酚类,仲芳胺类,辅助型抗氧化剂有亚磷酸酯类、二硫代氨基甲酸金属盐类等。

2.2固化剂、固化促进剂

热固性粉末涂料的成膜是通过加入某种化学物质并使其在一定的条件下与基料树脂发生交联反应形成不溶、不熔的三维网状结构的高聚物来完成的。这一交联反应称之为固化反映，在此，起固化反映的化学物质称之为固化剂，而能使固化反应温度下降或速度加快的化学物质称之为固化促进剂。

热固性粉末涂料涂层作为一种高分子材料，其性能主要取决于使用基料树脂本身的结构及其聚集状态。而固化剂和固化促进剂对其聚集状态起着决定性的作用。故而，固化剂和固化促进剂的品种、用量及交联反应条件均为影响粉末涂料各种性质的关键因素之一。

2.3抗静电剂和电荷控制剂

通过加入抗静电剂和电荷控制剂可以降低粉末涂料和涂层的表面电阻率。尽管得到的结果类似, 但是这两种助剂的用途是不同的。抗静电剂是提高涂层向地面传送静电的能力,而电荷控制剂则是提高粉末上粉率和粉末向法拉第笼穿透的能力。

采用电晕放电装置通过放电吸附便可以使颗粒带电。但是这种充电效率是非常低的,因为电晕产生的空气离子中只有015 %吸附到粉末颗粒上。而剩余的空气离子则被迁移到工件上并在粉末层上聚集沉淀。粉末颗粒的电阻率越低,其带电效率越高,因此抗静电剂可以提高粉末颗粒的带电效率。这样就可以减少喷涂时间并可以降低工作电压。

高分子表面的高表面电阻致使产生的静电荷很难排泄出去,一般可以通过以下方式获得:

(1) 提高加工环境的湿度有利于抑制静电荷的产生和促使电荷的泄漏;

(2) 改善聚合物的结构,如引入极性化或离子化基团以提高导电性;

(3) 加入导电性材料,如金属粉、炭黑等;

(4) 添加抗静电剂提高材料的极性或吸湿性。

以上几种方法各具特点,其中湿气对材料的表面电阻或体积电阻影响很大,而添加金属粉末或改善高分子材料等不是在任何应用场合下都可以轻松获得的,有局限性,而添加抗静电剂的方法最简单易行。

抗静电剂按亲水基能否被电离可分为离子型和非离子型。如果亲水基电离后带负电则为阴离子型,带正电则为阳离子型,主要利用表面活性特征吸附空气中的水分,表面活性剂产生极化形成极薄的导电层,构成电荷泄漏通道。绝大多数抗静电效果取决于化合物结构和环境的相对湿度。与吸湿机理相比,添加抗静电剂所产生的润滑作用而由此降低的摩擦系数也抑制了静电荷的产生。抗静电剂的添加量和高分子结构及使用环境相关,过多的加入会导致喷涂效率的降低甚至产生不吸附现象。

有一些抗静电剂是含环氧类粉末的催化剂或者在固化时会产生黄变,因此需慎重选择。

由于粉末粒子的带电效率大约0.5 % ,其它大部分为自由离子,它们会随着喷涂过程吸附在被涂表面并产生累积直至排斥或放电为止,严重地影响了粉末的进一步沉积和凹槽面上粉率。而表面电荷调节剂可以平衡或改善被涂工件表面的自由离子的累积，从而改善喷涂效果，使厚膜涂装也成为可能。

2.4防结块(自由流动) 剂

二氧化硅,尤其是气相二氧化硅可采用后混合法与粉末涂料混合,是一种非常高效的防结块剂。

这些添加剂的颗粒是非常细的,一般在10nm -40nm 之间,可以和挤出的片料一起粉碎,也可以直接加入到粉碎好的粉末中。当选择共粉碎时,一些

特别细的颗粒会进入到收集袋中,但是人们还是希望使用这种方法,否则又要多一道工序。另外共粉碎与后混合相比可以提供更稳定、更长久的效果,因为在共粉碎过程中可以通过机械力使二氧化硅或氧化铝更好的吸附在粉末颗粒上。

而粉末的流动性能受阻总是要归因于粉末颗粒的物理接触。防结块剂之所以能够起到作用,是因为气相二氧化硅或氧化铝可以覆盖(或包覆) 在粉末初级粒子的表面上,并形成一个薄薄的、“单分子”的可滑动层。作为极小隔离层的球形二氧化硅可以产生一种“滚珠轴承”效应,使粉末颗粒滑动并滚动以提高粉末的