粉末涂料的成膜依靠熔融狀態(tài)下樹脂的流動并相互粘連而成，熔體黏度高，限制了其自由流動，流平效果稍差，有輕微橘皮產(chǎn)生。改善粉末涂料流平性，形成外觀良好的涂膜，一直是粉末涂料界所關(guān)注的重點。因此，探討影響粉末涂料流平性因素，優(yōu)化配方設(shè)計，改進設(shè)備和施工工藝，改善粉末涂料涂膜的外觀，具有重大的現(xiàn)實意義。

    1流平機理

    粉末涂料是一無溶劑的均勻體系，必須熔融后才能附著在被涂物上面，流平后固化成膜，一般需要經(jīng)過三個過程[1]：

    (1)從單獨的粉末顆粒，聚集成為一層連續(xù)的、不平整的膜，此過程稱為聚集過程；

    (2)從連續(xù)不平整的表面流淌形成較為光滑與平整的表面，即流平過程；

    (3)熔融的涂液通過交聯(lián)反應(yīng)，黏度不斷提高，最后固化為堅硬的涂膜，稱為固化過程。

    流平過程所需要的時間描述可采用Nix方程和Orchand關(guān)系式來表示[2]：

    A、融結(jié)階段：t=f(η×Re/r)(1)

    式中：t?時間；η?涂料的熔融黏度；Re?涂料顆粒平均曲率半徑；r?表面張力；

    B、流平階段：

    式中：△t?流平時間；λ?兩峰間距離；η?熔融黏度；an/at?流平前后峰高之比；r?表面張力；x?涂層厚度。

    從式(1)、(2)中可以看出：影響粉末涂料流平的因素主要是樹脂的熔融黏度、表面張力、顆粒粒徑、涂層厚度、固化溫度與時間等，下面就這些因素進行討論。

    2影響粉末涂料流平性因素

    2.1涂料樹脂

    粉末涂料樹脂的玻璃化溫度、熔融溫度決定了粉末涂料的流動性能與貯存穩(wěn)定性，這與相對分子質(zhì)量及其分布有關(guān)。要獲得較好的涂膜，樹脂的相對分子質(zhì)量分布越窄越好。相對分子質(zhì)量分布過寬意味著存在相對分子質(zhì)量過小或過大的樹脂，不能與涂料的其他組分很好地相融，在這樣的條件下高溫烘烤時，涂層間的混融性不好，涂層的表面張力就達不到平衡，微粒間的作用力將產(chǎn)生排斥或收縮的運動，而熔融流動時間是有限的，它們之間不可能有充分的流平時間，隨著涂層的固化，涂膜表面會出現(xiàn)縮孔、橘皮等缺陷。因此，應(yīng)選擇熔融黏度低、粉末涂料膠化時間長、熔融水平流動性大的樹脂；但是從涂膜物理機械性能來說，流平時間短而交聯(lián)固化時間長的機械性能較好，二者應(yīng)兼顧。另外聚酯粉末產(chǎn)品在貯存過程中容易結(jié)塊，噴涂時易出現(xiàn)流掛、橘皮、針孔等現(xiàn)象，這是由于聚酯樹脂玻璃化溫度(Tg)不適合所致。生產(chǎn)實踐檢驗，聚酯樹脂Tg控制在50～65℃范圍內(nèi)，既能保證涂層豐滿，有良好的流平性，也能使粉末涂料在40℃以下貯存4～6個月不結(jié)塊，具有一定的穩(wěn)定性。

    2.2流平劑

    流平劑是對于得到平整涂膜外觀不可缺少的成分。流平劑均勻地分散到粉末涂料中，粉末靜電噴涂到工件烘烤固化時，它能降低涂料系的黏度及表面張力，使熔融涂料在未固化前增加流動性，并在涂料熔融流動過程中經(jīng)表面遷移，逐漸由分子內(nèi)部部分地遷移到涂膜表面而形成一單分子層，使整個表面增加了定向分子結(jié)構(gòu)的密度，使涂膜表面平整、光滑，避免成膜過程中形成縮孔。丙烯酸酯流平劑的用量對A90162SF75粉末涂料外觀的影響如表1所示。

    表1流平劑的用量對涂膜流平性的影響(目測法)

    從表1可知，當(dāng)配方中沒有流平劑或流平劑用量少時，涂膜流平性很差，涂膜全板縮孔或者個別縮孔，而用量在樹脂的110%以上時，可以得到無縮孔的平整涂膜。但過多加入流平劑會降低粉末涂料的貯存穩(wěn)定性，且流平劑容易浮到涂膜表面，降低涂膜的耐污染性和光澤，流平劑用量為樹脂和固化劑總質(zhì)量的1.0%～1.3%較適宜。

2.3脫氣劑

    在粉末涂料中常用的脫氣劑是安息香，其在熔融狀態(tài)下具有很低的表面張力，能有效地消除粉末涂料在固化反應(yīng)時生成的小分子化合物，以及粉末中含有水分或被涂工件表面吸附的揮發(fā)物在烘烤過程中逸出形成的針孔、氣孔等缺陷。消泡機理可簡述如下[3]：首先是消泡劑和氣泡的接觸，再是消泡劑在氣泡界面上的展布，然后是消泡劑進入氣泡或置換氣泡膜，最后是氣泡破滅。但是安息香在高溫下會變色或分解，將影響涂膜顏色，同時消泡劑用量較大雖然有良好的消泡效果，但涂膜表面會出現(xiàn)大量的魚眼紋和光澤下降等缺陷。表2為A9016SF75中安息香加入量對涂膜質(zhì)量的影響，從表中可知安息香的用量為樹脂用量的0.5%左右較理想。

    表2安息香用量對涂膜的影響

    注：鋁型材用A9016SF75I涂料配方，樣板涂膜厚度60～70μm。

    2.4顏料

    不同顏料對聚酯粉末涂料膠化時間、熔融水平流動性的影響有明顯差別。其主要原因是不同顏料在粉末涂料體系中的分散性不同，而且由于顏料吸油量、化學(xué)結(jié)構(gòu)的差異，使得它們對粉末涂料的熔融黏度和化學(xué)反應(yīng)活性也有不同的影響，使粉末涂料膠化時間和熔融水平流動性產(chǎn)生差別。顏料用量對粉末涂料和涂膜性能也有影響。炭黑和有機顏料的吸油量大，在滿足著色力和遮蓋力的前提下，應(yīng)該盡量減少使用量，以利于涂膜外觀的改進和產(chǎn)品成本的降低。一般情況下，顏料用量過多，粉末涂料的熔融黏度將增加，熔融水平流動性降低，涂膜流平性變差，對涂膜耐沖擊性產(chǎn)生負面影響。但如果顏料用量不足，將使涂膜遮蓋力達不到要求。對于一些著色力強、遮蓋力差的有機顏料而言，必須與遮蓋力強的無機顏料配合使用才能得到平整性和遮蓋力均好的粉末涂膜。

    2.5粉末粒徑

    涂膜的表面外觀還受粉末粒子的大小及分布所影響。粒子越小，其熱容量越低，熔融所需時間也就越少，從而可較快聚結(jié)成膜進而流平，產(chǎn)生較好的外觀；而大的粒子熔融所需時間較小粒子要長，產(chǎn)生橘皮的機率也就越大。粉末粒徑也是粉末涂料極其重要的一個質(zhì)量指標(biāo)，它影響著產(chǎn)品的外觀質(zhì)量、粉末上粉率[4]、穩(wěn)定性及機械性能等。圖1為A9016SF75鋁型材專用粉末涂料的粒徑分布圖。

    圖1純聚酯A9016SF75鋁型材專用粉末涂料粒徑分布圖

    從圖1可知，粉末粒徑小于10μm粉末涂料(超細粉)<10%，超細的粉末流動性、帶電性差；粒徑大于90μm的粉末顆粒3%，粒徑太大，涂膜的外觀質(zhì)量下降，橘皮嚴(yán)重，粉末涂料的粒徑控制在20～80μm較適合靜電噴涂的要求。

    2.6烘烤固化

    粉末固化成膜工藝，是指因靜電而吸附在工件表面的粉末，通過固化處理而轉(zhuǎn)變成符合質(zhì)量要求的涂膜工藝。工件在固化過程中需經(jīng)過升溫、保溫、冷卻三個階段，在烘烤固化溫度條件下，控制熔融流平的時間應(yīng)長些，熔融水平流動性大的較好，有利于粉末涂層的流平，烘烤升溫過快，固化時間太短，流平差都會導(dǎo)致橘皮明顯。但是就涂膜物理機械性能而論，膠化時間短的性能較好，不過涂膜流平性相應(yīng)要差一些。圖2為安塑材料有限公司(鋁型材)的生產(chǎn)爐溫控制曲線(采用Data爐溫檢測儀檢測)，使用A9016SF75鋁型材專用粉末涂料，多年實踐證明在該條件下固化的鋁型材產(chǎn)品外觀效果良好，機械性能也好。從圖2可以看出，型材從進爐開始8min時間預(yù)熱升溫后達到固化溫度(200℃)，保持20min固化，27min后出爐，整個加溫過程30min，保證了預(yù)熱溫度和時間及固化溫度和時間，確保鋁型材涂膜外觀及機械性能。

圖2爐溫曲線分布圖

    圖2爐溫曲線分布

    3結(jié)語

    粉末涂料的流平性受流平助劑、成膜樹脂的結(jié)構(gòu)和固化機理影響。提高粉末涂料的流平效果，生產(chǎn)應(yīng)用中常采用添加適當(dāng)?shù)牧髌街鷦x用低熔融黏度的樹脂體系，增大涂層的表面張力，提高涂膜固化溫度，延長固化時間，增加涂層的厚度，減小粉末顆粒粒徑等措施。但粉末涂料流平性的機理比較復(fù)雜，影響涂料流平性的因素也較多，有些因素是相互矛盾相互制約的，需要綜合考慮，在保證涂膜的機械性能的基礎(chǔ)上，盡可能獲得流平性能優(yōu)異的涂膜。