摘要：颜填料作为聚酯粉末涂料的重要组成分，对涂料性能和涂膜性能影响很大。文章通过大量试验研究发现，颜填料品种和用量的变化对涂料的胶化时间、熔融水平流动性、涂膜外观、硬度、抗冲击性、光泽、色差均有影响；同一品种颜料对不同固化剂体系的聚酯粉末涂料性能影响也有所不同。因此合理选择颜填料品种和用量对聚酯粉末涂料十分重要。1、前言聚酯粉末涂料是在我国粉末涂料品种中产量位居第二的最重要的耐候性粉末涂料，是由聚酯树脂、固化剂、颜料、填料和助剂等组成的热固性粉末涂料。虽然颜料和填料在聚酯粉末涂料中的作用不像树脂和固化剂那样重要，但是除了透明粉之外，大多数粉末涂料品种中都需要使用颜料和填料，他们也是粉末涂料配方中的重要组成部分。关于颜料和填料对粉末涂料的影响问题，我们在以前的文章中曾报道过。本文选择我国聚酯粉末涂料中常用的异氰脲酸三缩水甘油酯（简称TGIC）和β-羟烷基酰胺（简称HAA）固化的纯聚酯粉末涂料体系。研究了不同品种和规格的钛白粉、无机颜料、有机颜料和填料以及颜填料质量分数对粉末涂料胶化时间（决定粉末涂料的反应活性）、熔融水平流动性（决定粉末涂料的熔融粘度）、涂膜外观、光泽、抗冲击强度、铅笔硬度和色差等的影响，以便在设计聚酯粉末涂料配方时，根据用户的要求选择合适的颜料和填料品种和用量。2、实验部分2.1主要仪器和设备Φ30mm双螺杆挤出机；高压静电粉末喷涂设备；高速微细粉碎机；胶化时间和流动性测定仪；色差仪；光泽计等。2.2实验方法按一般实验室粉末涂料制备方法，经原料混合→熔融挤出→冷却→粉碎→过筛制粉；用高压静电粉末喷涂设备将其喷涂在0.3~0.5mm厚经打磨的冷轧钢板上，TGIC固化的聚酯粉末涂料在℃/20min条件下固化；HAA固化的聚酯粉末涂料在℃/15min条件下固化。2.3实验配方在聚酯/TGIC粉末中聚酯/TGIC比=92/8；聚酯/HAA粉末中聚酯/HAA比=93/7；流平剂用量均为成膜物（树脂＋固化剂）量的1.25%质量分数；光亮剂用量均为成膜物的1%质量分数；安息香分别为成膜物的0.5%和0.35%质量分数。在上述基本配方基础上，改变颜料、填料品种和颜填料质量分数进行试验。3、结果与讨论3.1钛白粉品种的影响3.1.1钛白粉品种对聚酯/TGIC粉末涂料的影响我们选择国产金红石钛白粉R、R、R和进口钛白粉R、R、R、CR。在粉末涂料配方中颜填料用量是35.0%质量分数，钛白粉为23.7%质量分数，上述钛白粉对聚酯/TGIC粉末涂料和涂膜性能影响的试验结果见表1。表1的试验结果表明，不同金红石钛白粉品种对粉末涂料熔融水平流动性、涂膜外观、光泽、铅笔硬度的影响没有明显的差别，然而对粉末涂料胶化时间、涂膜耐冲击强度和色差的影响有明显的差别。因此在选择钛白粉品种或改换品种时一定要考虑配方的匹配问题，还需要进行必要的调色工作。3.1.2钛白粉品种对聚酯/HAA粉末涂料的影响我们选择国产钛白粉R、R、R和进口钛白粉R、R、R、CR，在粉末涂料配方中颜填料用量为35.0%质量分数；钛白粉用量为23.8%质量分数，钛白粉品种对聚酯/HAA粉末涂料和涂膜性能影响的试验结果见表2。表2的试验结果表明，金红石钛白粉品种对粉末涂料胶化时间、熔融水平流动性、涂膜外观、光泽、铅笔硬度的影响没有明显的差别；但对涂膜抗冲击强度、色差的影响差异很大，同一种钛白粉在两种不同固化剂体系中的影响也明显不同。另外锐钛型钛白粉和金红石钛白粉对粉末涂料的影响差别更大，考虑到锐钛型钛白是不耐候的，故没有列出试验数据。3.2无机颜料品种的影响无机颜料是聚酯粉末涂料使用的重要颜料品种，其中白色钛白粉和黑色炭黑是最重要的品种，其他有色无机颜料品种少，色泽不太鲜艳。为此，我们除选用钛白粉外，还选择耐候铬*、氧化铁红、氧化铁*、炭黑等颜料。在炭黑配方中，颜填料用量是30.0%质量分数，炭黑用量是1.0%质量分数；其他颜料配方中，颜填料用量是35.0%质量分数，颜料用量是23.7%质量分数。3.2.1无机颜料品种对聚酯/TGIC粉末涂料的影响我们选择5种无机颜料分别配制聚酯/TGIC粉末涂料，这些颜料对粉末涂料和涂膜性能影响的试验结果见表3。表3试验结果表明，无机颜料品种对聚酯/TGIC粉末涂料胶化时间、熔融水平流动性的影响有明显的差别；对涂膜外观、光泽、抗冲击强度和铅笔硬度的影响差别更明显，特别是炭黑作为特殊的无机颜料，性质类似于有机颜料，添加量很少，在设计粉末涂料配方时应引起注意。3.2.2无机颜料品种对聚酯/HAA粉末涂料的影响我们选择5种无机颜料分别配制聚酯/HAA粉末涂料，这些颜料对粉末涂料和涂膜性能影响的试验结果见表4。表4试验结果表明，无机颜料品种对聚酯/HAA粉末涂料的胶化时间、熔融水平流动性、涂膜外观、光泽、抗冲击强度和铅笔硬度的影响有明显差别；对两种不同固化剂的聚酯粉末涂料影响也有很大的差别。因此在设计聚酯粉末涂料配方时，应当充分考虑无机颜料品种对聚酯粉末涂料和涂膜性能带来的影响，同时也应考虑同一种颜料对不同固化剂体系聚酯粉末涂料和涂膜性能的影响。3.3有机颜料品种的影响聚酯粉末涂料用的有机颜料除应具备一般粉末涂料用颜料的条件外，还必须具备优异的耐光性和耐候性，因此适用的颜料品种范围比较窄。我们选用常规的永固红（F5RK）、艳佳丽红（2BSP）、酞菁蓝（BGS）、酞菁绿、艳佳丽*（3RLTN）、永固*（OP-）等有机颜料，在聚酯/TGIC和聚酯/HAA粉末涂料中进行比较试验。粉末涂料配方中颜填料用量是35.0%质量分数；钛白粉用量为6.3%质量分数；有机颜料用量大约是1.0%质量分数。3.3.1有机颜料品种对聚酯/TGIC粉末涂料的影响我们选择6种有机颜料品种分别配制聚酯/TGIC粉末涂料，对粉末涂料和涂膜性能影响的比较试验结果见表5。表5试验结果表明，不同有机颜料品种配制的聚酯/TGIC粉末涂料胶化时间有明显差别，与无机颜料体系相比，胶化时间都明显缩短；然而粉末涂料的熔融水平流动性没有明显差别。有机颜料品种对涂膜光泽、抗冲击强度、铅笔硬度等的影响有一定的差别，只是这种差别与无机颜料体系相比小了很多。这是因为有机颜料的吸油量差别小，而且在配方中用量又较小。3.3.2有机颜料品种对聚酯/HAA粉末涂料的影响我们选择6种有机颜料品种分别配制聚酯/HAA粉末涂料，这些有机颜料对粉末涂料和涂膜性能影响的比较试验结果见表6。表6试验结果表明，不同有机颜料品种配制的聚酯/HAA粉末涂料胶化时间有明显的差别，与无机颜料体系比较胶化时间都明显缩短，说明有明显的胶化促进作用，然而粉末涂料熔融水平流动性没有明显的差别。有机颜料品种对涂膜光泽、抗冲击强度、铅笔硬度等的影响有一定差别，只是这种差别与无机颜料体系相比小了很多，这是因为有机颜料的吸油量差别小，而且在配方中用量又较小。另外，同一品种的有机颜料在不同固化剂体系中的影响也有明显的差别。因此在设计粉末涂料配方时，选择好有机颜料品种和固化剂体系对粉末涂料的涂膜性能十分重要。3.4填料品种的影响在聚酯粉末涂料中，除颜料外填料也是不可缺少的重要成分。我们选择粉末涂料中常用的沉淀硫酸钡、消光硫酸钡、轻质碳酸钙、超细高岭土、滑石粉、云母粉等填料，分别在聚酯/TGIC和聚酯/HAA粉末涂料中进行比较试验。在粉末涂料配方中，颜填料用量是32.8%质量分数；其中填料用量是23.5%质量分数，颜料为钛白粉和炭黑，灰色粉末涂料。3.4.1填料品种对聚酯/TGIC粉末涂料的影响我们选择6种填料品种分别配制聚酯/TGIC粉末涂料，这些填料对粉末涂料和涂膜性能影响的比较试验结果见表7。表7试验结果表明，不同填料品种对聚酯/TGIC粉末涂料的胶化时间和熔融水平流动性的影响有明显差别，而且对涂膜外观、光泽、抗冲击强度和铅笔硬度的影响有特别明显的差别。这是因为各种填料品种的化学组成、粒度、粒度分布、吸油量、硬度等化学和物理性能差别较大，对粉末涂料和涂膜性能的影响差也产生较大差异。因此在设计粉末涂料配方时，根据用户要求选择好填料品种是十分重要的。从填料品种对涂膜色差的影响来看，相互之间有一定差别，最大△E=1.12，说明这种差别不太大。3.4.2不同填料品种对聚酯/HAA粉末涂料的影响我们选择6种填料品种，分别配制聚酯/HAA粉末涂料，这些填料对粉末涂料和涂膜性能影响的比较试验结果见表8。表8试验结果表明，填料品种对聚酯/HAA粉末涂料胶化时间和熔融水平流动性的影响有一定差别，而且对涂膜外观、光泽、抗冲击强度和铅笔硬度的影响有特别明显的差异。这也是在聚酯/TGIC粉末涂料中需要特别说明的一点。填料品种对不同固化剂体系的影响也有一定的差别，在设计粉末涂料配方时，根据用户要求选择合适的固化剂体系和填料品种是必要的。3.5颜填料用量的影响在灰色聚酯粉末涂料中，我们选择颜填料用量分别为27.0%、30.0%、33.0%、36.0%和39.0%（质量分数），固定钛白粉和炭黑用量，只改变沉淀硫酸钡用量，在聚酯/TGIC和聚酯/HAA粉末涂料中进行比较试验。3.5.1颜填料用量对聚酯/TGIC粉末涂料的影响我们选择5种不同颜填料用量水平分别配制聚酯/TGIC粉末涂料，对粉末涂料和涂膜性能影响的比较试验结果见表9。表9试验结果表明，用同一种填料（沉淀硫酸钡）来调节颜填料用量时，对聚酯/TGIC粉末涂料的胶化时间、熔融水平流动性、涂膜外观、铅笔硬度没有明显的影响，然而对涂膜光泽、抗冲击强度、色差（最大△E=1.07）等有明显的影响。因此在设计粉末涂料配方时，从涂料成本和涂膜性能综合考虑，选择合适的颜填料用量也是必要的。3.5.2颜填料用量对聚酯/HAA粉末涂料的影响我们确定5种颜填料质用量水平，分别配制聚酯/HAA粉末涂料，对粉末涂料和涂膜性能影响的比较试验结果见表10。表10试验结果表明，用同一种填料（沉淀硫酸钡）来调节颜填料用含量时，对聚酯/HAA粉末涂料的胶化时间、熔融水平流动性、涂膜外观、光泽没有明显的影响，然而对涂膜抗冲击强度和色差（最大△E=0.93）有明显的影响。因此在设计粉末涂料配方时，从涂料成本和涂膜性能综合考虑，选择合适的颜填料用量是必要的。特别是用填料来调节颜填料用量应当从涂料成本和配色方便考虑，是比较科学的方法。这里还需注意的是，同样的颜填料用量对不同固化剂体系的影响规律也不完全相同。4、结论根据上述颜料和填料对聚酯/TGIC和聚酯/HAA粉末涂料影响的试验结果，我们可以得出如下结论：（1）颜料品种对聚酯粉末涂料和涂膜性能的影响有一定的差别，这种差别无机颜料大于有机颜料。（2）填料品种对聚酯粉末涂料和涂膜性能的影响差别较大，而且明显大于无机颜料；填料用量对涂膜抗冲击强度的影响较大，随用量的增加性能下降。（3）同一种颜料和填料在不同固化剂体系中，对聚酯粉末涂料和涂膜性能的影响也有一定差别。因此在设计聚酯粉末涂料配方时，根据用户要求选择好颜料和填料品种和用量以及固化剂体系是非常重要的。来源：南仁植薛志荣金顺玉杨志超（扬州三川实业有限公司）往期干货：粉末涂料的邦定技术与金属颜料的发展应用粉末涂料中颜料调色的理论与实践关于涂料用颜料的15个技术问题预览时标签不可点收录于话题#个上一篇下一篇
