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粉末涂料的消光原理及其應(yīng)用
2022-10-13 1242根據(jù)用途有時(shí)需要半光或無(wú)光的粉末涂料。為了降低涂膜光澤，常用的消光劑有超細(xì)二氧化硅、滑石粉、硬脂酸鋁、硬脂酸鈣、低分子熱塑性樹脂等。要得到消光效果，可以采用如下方法：
a、將固化速度不同的粉末涂料，用干混合法進(jìn)行混合，那么所得涂膜的光澤明顯下降，起到消光作用。由于反應(yīng)活性高的粉末涂料迅速固化，使連續(xù)相的固化較慢的樹脂流平和反應(yīng)受到阻礙，終固化涂膜失去光澤。雖然這種方法有效，但增加制造工序和成本。
b、添加熱塑性樹脂。在環(huán)氧粉末涂料中添加醋酸纖維素，在聚酯粉末涂料中添加細(xì)粉末狀低分子量聚乙烯、聚丙烯樹脂可以得到消光粉末涂料。涂膜光澤受制造條件的影響。因?yàn)闊崴苄詷渲奶砑?，將影響粉末涂料的貯存穩(wěn)定性，所以添加量限于樹脂量的2—3%。
c、用有消光作用的非凡固化劑。d、添加有消光作用的填料。添加超細(xì)二氧化硅、滑石粉等填料使光澤顯著下降。非凡是填料的粒度對(duì)涂膜光澤有很大影響。粒度越大光澤越低。要注重的是增加填料的用量，會(huì)使涂膜的平整性和機(jī)械強(qiáng)度下降。在環(huán)氧粉末涂料中，碳酸鈣粒度對(duì)涂膜光澤的影響見(jiàn)表。在丙烯酸、聚酯粉末涂料中添加超細(xì)二氧化硅和高嶺土能得到消光涂料。除此之外，添加聚乙烯石蠟、氫化蓖麻油等蠟狀物也能得到消光涂料。
涂料消光原理及其應(yīng)用近幾年以來(lái)，我國(guó)的涂料工業(yè)方興未艾，涂料總產(chǎn)量也躍居世界的前列，形成了一個(gè)與此相關(guān)的產(chǎn)業(yè)群體，積極推動(dòng)著傳統(tǒng)涂裝領(lǐng)域的技術(shù)革命和發(fā)展。在這期間高光澤的亮光涂料以其色澤鮮艷、明亮等優(yōu)點(diǎn)深受消費(fèi)者的喜愛(ài)，并在相當(dāng)長(zhǎng)的時(shí)間內(nèi)一統(tǒng)著涂料市場(chǎng)。但是，隨著人們生活水平的不斷提高，一方面消費(fèi)者感覺(jué)到了高光澤的亮光涂料成膜后反光比較嚴(yán)重，對(duì)人的眼睛有害；另一方面消費(fèi)者的審美觀念越來(lái)越傾向于休閑、時(shí)尚和個(gè)性化。再加上我國(guó)汽車和家電行業(yè)蓬勃發(fā)展的需求。這些因素就導(dǎo)致了人們對(duì)具有柔和外觀的低光澤涂料的需求急劇增加。同時(shí)，也使得如何生產(chǎn)具有消光性能的涂料成為涂料設(shè)計(jì)師們必須考慮的問(wèn)題。
一 光澤及光澤的影響因素1. 光澤和光澤的測(cè)定光線投射到物體的表面會(huì)發(fā)生光線的反射，物體表面對(duì)光線的反射能力稱為光澤。不同物體表面的光澤不一樣，衡量物體表面對(duì)光線反射能力的大小，稱為光澤度。光澤度用百分?jǐn)?shù)表示。物體表面的光澤度越高，它反射光線的能力就越強(qiáng)，亮度也就越高。光澤度的大小通過(guò)光電光澤儀進(jìn)行測(cè)定。根據(jù)光澤度的大小，可以將涂料分為亮光、亞光、無(wú)光等幾種。涂料光澤度的分類(以60°的反射光澤（即光線入射角為60°）劃分為例)：無(wú)光涂料：光澤度＜ 10 ％；亞光涂料：光澤度15～60％；亮光涂料：光澤度＞ 60 ％。
2. 影響光澤的因素① 涂膜表面的粗糙度物體表面光澤和物體表面的粗糙程度緊密相關(guān)。光線射到物體表面上時(shí)，一部分會(huì)被物體吸收，一部分會(huì)發(fā)生反射和散射，還有部分會(huì)發(fā)生折射。物體表面的粗糙度越小，則被反射的光線越多，光澤度越高。相反，假如物體表面凹凸不平，被散射的光線增多，導(dǎo)致光澤度降低。人視覺(jué)能感受到的光亮物體表面的粗糙度(h)，利用微表面理論知識(shí)，可以根據(jù)公式：h ＝ λ／cosα算出來(lái)，式中入為人射光的波長(zhǎng)；α為入射角。例如人射角取60°時(shí)，可以算出h=1.1μm，當(dāng)物體表面粗糙度h大于1.1μm時(shí)，會(huì)表現(xiàn)凹凸不平，光澤度降低。
② 涂膜的成膜過(guò)程涂料涂刷在物體表面上后，通過(guò)溶劑的揮發(fā)而固化成膜（針對(duì)溶劑型涂料而言）。涂料涂膜的形成過(guò)程對(duì)涂膜的表面粗糙程度和光澤至關(guān)重要。在濕膜階段，溶劑的揮發(fā)速率受溶劑在涂膜表面的擴(kuò)散控制，當(dāng)溶劑的各組分揮發(fā)速率差別不大時(shí)，有可能得到高光澤的表面；反之，當(dāng)溶劑的各組分在濕膜階段的揮發(fā)速率不相同時(shí)，它會(huì)使聚合物分子傾向于形成卷曲，甚至析出，變成大小不一的顆?；驁F(tuán)狀物，涂膜表面呈現(xiàn)出凹凸不平。在干膜階段，溶劑的揮發(fā)速率主要受溶劑在涂抹整體里的擴(kuò)散控制，也會(huì)對(duì)涂膜表面的粗糙程度產(chǎn)生影響。此外，在涂膜的形成過(guò)程中，隨溶劑的揮發(fā)，涂膜會(huì)變薄并收縮，涂料中的一些懸浮的重粒子就會(huì)在涂膜表面重新排列，造成涂膜表面的不平整。
③ 顏料、細(xì)料的粒度和分布涂料中顏(填)料的顆粒大小和粒度分布是影響涂膜光澤的重要因素之一。人們?cè)谘芯恐邪l(fā)現(xiàn)，當(dāng)顏料顆粒的直徑小于0.3μm時(shí)，才可以獲得高光澤的涂膜。原因?yàn)椋悍稚⒃谕苛现械念伭项w粒在制成一定厚度的涂膜，并干燥后，僅有上層的顏料顆粒局部地上突，顆粒直徑小于0.3μm的顏料離子所造成的涂膜表面粗糙度不會(huì)超過(guò)0.1μm。當(dāng)顏料的平均顆粒直徑在3～5μm之間時(shí)，可以得到消光效果較好的涂膜。
除以上三個(gè)因素可以影響涂膜表面的光澤外，顏料的體積濃度(PVC)，顏料的分散性以及涂膜表面結(jié)構(gòu)和表面反射特性等因素也會(huì)影響涂膜表面的光澤。其中，隨顏料的PVC增大，涂膜表面的光澤度先是降低，在顏料的極限體積濃度(CPVC)處出現(xiàn)極小值，然后伴隨著PVC的增大，光澤度也變大。當(dāng)顏料種類和用量確定后，分散越好，涂膜表面的光澤度越高。
二 涂料的消光問(wèn)題消光就是利用一定的方法使涂膜表面的光澤度降下來(lái)。
1. 消光原理結(jié)合涂膜表面光澤產(chǎn)生的機(jī)理和影響光澤的因素，人們認(rèn)為消光就是采用各種手段，破壞涂膜的光滑性，增大涂膜的表面微觀粗糙度，降低涂膜表面對(duì)光線的反射?？梢苑譃槲锢硐夂突瘜W(xué)消光兩種方式。物理消光的原理為：，加入消光劑，使涂料在成膜過(guò)程，表面產(chǎn)生凹凸不平，增大對(duì)光的散射和減少反射。化學(xué)消光是靠在涂料中引入一些例如聚丙烯接枝物質(zhì)類能吸收光線的結(jié)構(gòu)或基團(tuán)來(lái)獲得低光澤。
2. 消光方法① 消光劑在現(xiàn)今的涂料行業(yè)，人們普遍采用的是加入消光劑的方法。主要有以下幾類：
(1) 金屬皂金屬皂是早期人們常用的一種消光劑，它主要是一些金屬硬脂酸鹽，像硬脂酸鋁、硬脂酸鋅、硬脂酸鈣、硬脂酸鎂等等。其中硬脂酸鋁應(yīng)用的多。金屬皂的消光原理是基于它和涂料成份的不相容性，它以非常細(xì)的顆粒懸浮在涂料中，成膜時(shí)則分布在涂膜的表面，使涂膜表面產(chǎn)生微觀粗糙度，降低涂膜表面光的反射而達(dá)到消光目的。
(2) 蠟蠟是使用較早應(yīng)用較為廣泛的一種消光劑，它屬于有機(jī)懸浮型消光劑。在涂料施工完畢后，隨溶劑的揮發(fā)，涂膜中的蠟析出，以微細(xì)的結(jié)晶懸浮在涂膜表面，形成一層散射光線的粗糙面而起到消光作用。蠟作為消光劑的特點(diǎn)是使用簡(jiǎn)便，并且可以賦予涂膜良好的手感和耐水、耐濕熱、防沾污性。但蠟層在涂膜表面形成后也會(huì)阻止溶劑的揮發(fā)和氧氣的滲人，影響涂膜的干燥和復(fù)涂。今后的發(fā)展趨勢(shì)是合成高分子蠟與二氧化硅并用，使其獲得佳消光效果。
(3) 功能型細(xì)料體質(zhì)顏料，如硅藻土、高嶺土、氣相二氧化硅等都是專用作消光劑的功能細(xì)料，它屬于無(wú)機(jī)填充型消光劑。在涂膜干燥時(shí)，它們的微小顆粒會(huì)在涂膜表面形成微粗糙面，減少光線的反射獲得消光外觀。這類消光劑的消光效果要受到很多因素的制約。以二氧化硅為例，它在用作消光劑時(shí)，其顆粒的孔體積、平均粒徑及粒徑分布、干膜厚度以及顆粒表面是否經(jīng)過(guò)處理等因素，都會(huì)影響到它的消光效果。實(shí)驗(yàn)表明較大的孔體積、粒徑分布均勻并且粒徑大小和干膜厚度相匹配的二氧化硅，其消光性能較為優(yōu)良。
除以上三類常用的消光劑外，有些干性油，如：桐油也可以在涂料中做為消光劑使用。它主要是利用桐油中共軛雙鍵的高反應(yīng)活性，使涂膜底面不同的氧化交聯(lián)速度使涂膜表面產(chǎn)生凹凸不平而達(dá)到消光效果。
涂料為獲得低光澤，消光劑起了不可替代的作用。但它在使用過(guò)程中，仍存在著諸多缺陷等待改進(jìn)，如消光劑的選取和使用條件較為苛刻；消光劑的價(jià)格偏高，國(guó)內(nèi)用的消光劑多數(shù)需從國(guó)外進(jìn)口，這就使得低光澤涂料的價(jià)格也隨之上漲；國(guó)內(nèi)生產(chǎn)的消光劑因多含有環(huán)瞇類物質(zhì)，因此所得涂膜易泛黃，耐烘烤性差。如何生產(chǎn)性能優(yōu)良價(jià)位適中的消光劑，仍是涂料工作者需要解決的問(wèn)題之一。
3. 消光樹脂樹脂是涂料必不可少的一種成份，因此就有人合成出消光用樹脂，利用它和其它樹脂作用成膜獲得低光澤。可以避免使用消光劑，降低涂料成本。國(guó)外已有相應(yīng)的產(chǎn)品上市，國(guó)內(nèi)的辜繼先和姜其斌等人也都對(duì)此做了研究，并先后合成出丙烯酸系消光樹脂，用在粉末涂料中，效果頗佳，并消除了涂膜易泛黃，耐烘烤性差等缺陷。它的機(jī)理：一是利用消光樹脂中官能團(tuán)和涂料組成中的固化劑與另外樹脂固化溫度的不同，產(chǎn)生先后固化，使涂膜表面產(chǎn)生不均勻收縮，從而破壞涂膜表面的光滑性，產(chǎn)生消光。G9010消光樹脂就是利用此機(jī)理獲得消光。二是增大兩種樹脂之間的表面張力差，使涂膜收縮不均勻產(chǎn)生微粗糙度。姜其斌合成的消光樹脂就是有此原因才產(chǎn)生消光效果。三是在合成樹脂中引入相容性差的單體，涂料成膜使這些單體會(huì)促使合成樹脂從涂膜中部分析出，從而增大涂膜表面的微觀粗糙度，獲得低光澤。
三 展望低光澤涂料在未來(lái)的涂料市場(chǎng)中會(huì)越來(lái)越引起人們的關(guān)注，這就使得消光問(wèn)題愈加重要。合成性能優(yōu)良的改性消光劑(如用高分子蠟表面處理的二氧化硅等)和合成消光樹脂無(wú)疑將成為人們研究的重點(diǎn)。
