功能性粉末涂料的研究進展

郭劍橋，虞寧，虞金衛(wèi)(江蘇江南絕緣粉末有限公司,江蘇 溧陽 213363)

0 引言

功能性粉末是具有抗菌能力、耐腐蝕性能等特殊功能的粉末，將其與材料復(fù)合可以有效提升材料的功能性，涂料的使用環(huán)境較為特殊，其功能性需求較高，在涂料研發(fā)過程中積極結(jié)合功能性粉末材料技術(shù)可以有效提升涂料涂裝作業(yè)的整體效果，尤其針對鋼材料、醫(yī)用材料等的涂料應(yīng)用工作非常有益。

1 功能性粉末涂料及發(fā)展概況

不同的場合對涂料的應(yīng)用要求不一樣。功能性粉末涂料針對的是一些特定場合，可以很好的起到保護裝飾的作用，同時還具有防輻射、防水、絕緣、耐高溫、防腐蝕等非常多的特殊性能。實際應(yīng)用中功能性粉末涂料可以分為抗菌型、耐熱型、防腐蝕型、疏水型以及耐候型等多種類型，另外還有新興的涂鴉型和防蚊型。隨著時代的發(fā)展，粉末涂料的發(fā)展也得到了很大程度的推進，在生產(chǎn)工作中要讓粉末涂料實現(xiàn)功能，就需要做好涂料的配方，根據(jù)實際狀況來添加所需要的物質(zhì)，根據(jù)配方內(nèi)容來做好物質(zhì)的規(guī)劃，通過實際狀況來改變物質(zhì)的分子結(jié)構(gòu)，使功能性粉末涂料能夠真正發(fā)揮出自己的作用，涵蓋人們生活的方方面面，比如可以用在軍工設(shè)備、公路交通、管道設(shè)施、海洋設(shè)施以及能源設(shè)施等多項領(lǐng)域。技術(shù)的發(fā)展必然會讓功能性粉末有更廣闊的應(yīng)用市場，而相關(guān)方面的法律法規(guī)也會日趨完善，粉末涂料會成為未來的應(yīng)用趨勢。從歷史上來看，粉末涂料最早是從20世紀(jì)50年代起就開始生產(chǎn)并投入使用。普遍來說，國際上每一個國家都是本國生產(chǎn)粉末涂料、本國消費，以至于國際貿(mào)易量很小。我國是在1965年開始粉末涂料產(chǎn)業(yè)的發(fā)展和規(guī)劃。該產(chǎn)業(yè)是在和家電、家具、建筑行業(yè)等一系列行業(yè)同步發(fā)展中逐漸完善成熟，并取得了很大的市場認(rèn)可。同時，我國的粉末涂料產(chǎn)量和銷量都進入了高速增長時期，其中2017年增長率13%。我國粉末涂料主要包含環(huán)氧聚酯粉末涂料，相對應(yīng)的比較高檔的氟碳、丙烯酸類涂料則比較少，在市場上占有比例不到1%。隨著時間的推移，我國的粉末涂料市場出現(xiàn)了供大于求的局面，并且功能性涂料的發(fā)展處于一個緩慢的階段，在實際應(yīng)用中沒有取得很好的效果。與之相對應(yīng)的是，外資企業(yè)在高端粉末涂料上有80%份額，這代表著我國行業(yè)創(chuàng)新力不足，高端技術(shù)水平落后，還需要繼續(xù)發(fā)展[1]。

2 功能性粉末涂料的種類及現(xiàn)狀

2.1 重防腐粉末涂料

數(shù)據(jù)顯示，每年各國都會因為腐蝕的問題出現(xiàn)很嚴(yán)重的損失，這部分損失占到了國民生產(chǎn)總值的2%～4%，實際危害性大于自然災(zāi)害以及其他事故損失總和。要想降低腐蝕造成的損失，可以從實際情況出發(fā)來做好零部件的防腐工作，及時的涂防腐涂層，根據(jù)實際狀況來做好隔離工作。要注意結(jié)合具體情況來做好調(diào)整，從各個層面出發(fā)來確保涂層可以長期使用。通常來說防火涂料有不同的等級區(qū)分，分別是一般防腐和重度防腐。其中，一般防腐的年限是5～10年，重度防腐有更好的附著力，實際應(yīng)用上可以有更好地抵抗腐蝕介質(zhì)滲透性的作用，并且也有化學(xué)抗性，耐久性較強，有很高的防腐價值，使用年限為30年，并且使用時防腐效果提升4～5倍。從業(yè)人員從各個施工條件的限制出發(fā)，主要將液體涂料用作重防腐涂料，應(yīng)用在了建筑鋼筋、石油天然氣輸送管、精密儀器、飲用水輸送管以及鑄鐵閥門等種種位置，使其能夠真正發(fā)揮對應(yīng)的作用。

2.2 耐候性粉末涂料

實際應(yīng)用時耐候性粉末涂料可以很好地經(jīng)受環(huán)境的考驗，即使在戶外也可以很好地發(fā)揮功能效果。很多粉末涂料在應(yīng)用時會因為污染、暴曬、溫度等一系列的環(huán)境變化而出現(xiàn)老化降解，尤其是日曬暴曬是最常見的自然作用力，可以長期持續(xù)地破壞涂層。涂層樹脂中含有可以吸收太陽紫外光的基團能夠進一步導(dǎo)致聚合物鏈光化學(xué)降解反應(yīng)，并出現(xiàn)聚酯涂層分子鏈斷裂，最后導(dǎo)致黃變和褪色以及粉化。另外如果一個區(qū)域出現(xiàn)了酸雨，那么這些酸性物質(zhì)可以和涂層的高分子成膜物等堿性物質(zhì)以及金屬化合物反應(yīng)，然后出現(xiàn)降解，讓涂層本身變色失光。同時也會出現(xiàn)銹蝕的情況。要讓戶外裝飾能夠持續(xù)發(fā)揮出對應(yīng)的效果，就要重視耐候型粉末涂料的升級和應(yīng)用，無論是在工程機械、交通運輸還是室外裝飾上，都要注意粉末涂料耐候性的控制，結(jié)合實際情況讓耐候性粉末涂料能夠更好地發(fā)揮出對應(yīng)的作用。在業(yè)界學(xué)者研究中，通過無機復(fù)合粉末材料的配合能夠提升耐候性涂料的效果。

2.2.1 實驗配方

聚酯樹脂P6 600，600 g；TGIC，45 g；潤濕劑P588，10 g；安息香，3 g；蠟粉PE520 ，2 g； 光亮劑701，5 g；硫酸鋇，257 g；消光劑DT3 329，15 g；鈦白粉TR33，60 g。這一涂料在檢測中表現(xiàn)的耐沖擊性為50 F。

2.2.2 實驗過程

(1)依據(jù)配料表將各種原料按照相應(yīng)的比例放入袋中，并充分搖勻，然后將配制好的原料倒入料斗中，將主電機打開后，緩緩擠出原料，雙棍上接通冷卻水以后，把擠出的物料導(dǎo)入棍筒上，緩慢拉出，收集約500～600 g的樣品放入袋中，并將其敲碎。

(2)取出約200 g敲碎后的物料，放入電磨中充分研磨粉碎，再使用180目的篩網(wǎng)過篩。過篩后倒入帶有噴槍的噴壺，將噴槍電壓設(shè)置為50～70 kV，將充分研磨好的物料噴涂在去油污鐵板基材上，厚度保持在100～200 μm之間，噴涂完畢后在200 ℃的溫度下烘烤10 min左右。

(3)每個樣品都噴涂三塊樣板，10 min后取出，在常溫環(huán)境下冷卻，冷卻完畢后，使用相應(yīng)的設(shè)備檢測涂膜的實際厚度、光澤感以及顏色等。

2.2.3 實驗結(jié)果

銳鈦鈦白粉是一種相對不太穩(wěn)定的材料，在實驗室操作1 000 h時會出現(xiàn)難以控制的色差變化，會給涂料整體涂抹效果造成影響，且導(dǎo)致漆膜整體光澤感降低，這主要是因為銳鈦鈦白粉材料表面離子具有一定的化學(xué)活性，隨著試驗推進會出現(xiàn)化學(xué)變化從而影響色澤，這也就會導(dǎo)致涂料出現(xiàn)老化問題，所以根據(jù)這一實驗成果分析，在具體涂料生產(chǎn)中為了保證耐候性，鈦白粉應(yīng)盡量避免選用有化學(xué)活性的銳鈦鈦白粉，而盡量選擇金紅石鈦白粉。

2.3 抗菌粉末涂料

實際應(yīng)用中，抗菌性粉末涂料能阻止微生物生長繁衍，在使用過程中殺死微生物。很多公交車、醫(yī)院等公共場合都會使用抗菌粉末涂料，以此來避免病菌污染及傳播。相關(guān)的設(shè)計人員需要能夠從實際情況著手，合理地使用有抗菌性能的涂層，根據(jù)實際情況來做好清潔工作，提升建筑物墻面的抗菌效果。目前來說，全世界對抗菌涂層的需求量越來越大，很多公司也都相繼作出有抗菌性能的產(chǎn)品，然而實際應(yīng)用中，這些抗菌涂層材料沒有取得很好的效果，一些活性成分測試分析不夠徹底，導(dǎo)致實際應(yīng)用很容易出現(xiàn)耐久性減弱、以及抗菌劑流失的情況，最后喪失了抗菌的效果。而且在進行抗菌涂層設(shè)計的時候，存在著一些銀離子等重金屬，這些金屬會對兒童產(chǎn)生危害。市面上依舊需要一款能夠有很好的耐久性的、并且毒性低的抗菌涂層投入使用。相關(guān)企業(yè)以及從業(yè)者還需要持續(xù)的研發(fā)。

2.4 耐高溫粉末涂料

不同產(chǎn)業(yè)有不同的環(huán)境。有一些行業(yè)和環(huán)節(jié)非常重視耐高溫性。于是耐高溫粉末涂料應(yīng)運而生。這種類型的粉末量有比較好的耐熱性能，同時投入實際使用時還有好的耐腐蝕性以及耐候性。涂料可以很好地應(yīng)用在烹飪、大功率燈飾、高溫爐、汽車零件等不同的領(lǐng)域，可以體現(xiàn)出比較好的應(yīng)用效果。尤其是200 ℃以上的高溫的時候，很多涂層會出現(xiàn)變黃褪色，這時候，如果粉末涂料可以耐高溫，就可以更好地投入生產(chǎn)應(yīng)用。

2.5 超疏水粉末涂料

超疏水性涂料是一種特殊的新型涂料，水滴接觸角超過150°，與此同時滑動角小于10°，這導(dǎo)致水滴幾乎可以呈球形，并且很順利地通過滾動來清除帶走整個涂層表面存在的塵土。這使得涂層具有很好的自我清潔能力，起到應(yīng)用效果。除了自我清潔能力，疏水涂層還有很好的防腐蝕性，應(yīng)用前景非常廣闊。但是這其中有一個問題，那就是耐久性上達不到要求。要想使疏水涂層得到更好的發(fā)展，行業(yè)就需要從三個方向來做好技術(shù)層面的改進，首先就是要做好超疏水涂層的設(shè)計優(yōu)化，使其更具備耐久性，可以很好地延長應(yīng)用壽命。第二個方面是，可以選擇降低疏水性的效果，但提高耐久性，從綜合層面上讓疏水性材料更好地發(fā)揮對應(yīng)的作用。第三個方面是制備多功能粉末涂料，將不同的功能組合在一起，使粉末涂料同時具有疏水性、耐候性、防腐蝕性等等。這些思考方向?qū)嵺`起來非常困難，還需要持續(xù)努力、投入精力在研發(fā)和安排上[2]。

3 功能性粉末涂料未來發(fā)展

當(dāng)前還有一種較為常見的新型功能性材料，就是自愈性粉末涂料，這種涂料材料的應(yīng)用可以有效提升自愈功能粉末與涂料材料的節(jié)能效果，保證粉末土層整體自愈效果，當(dāng)涂料結(jié)構(gòu)發(fā)生的機械性破損時涂料中的功能性粉末可以釋放出自愈合成成分對結(jié)構(gòu)進行作用，從而保證涂層結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，自愈性粉末涂料是未來功能涂料研究的重要方向。未來我國功能性粉末涂料研發(fā)還會向著更加環(huán)保以及功能性方向發(fā)展，汽車及船舶制造等行業(yè)的涂料應(yīng)用中應(yīng)積極應(yīng)用功能性涂料，保證結(jié)構(gòu)防護效果。

4 結(jié)語

總之，功能性粉末與涂料研發(fā)的結(jié)合可以有效提升涂料功能性以及應(yīng)用的整體效果，為各領(lǐng)域發(fā)展提供更大的技術(shù)保障，而在未來的研發(fā)過程中還應(yīng)積極投入資金提升納米粉末以及涂料的研發(fā)，同時還應(yīng)積極優(yōu)化粉末涂料的結(jié)合效果，為涂料技術(shù)有效發(fā)展提供更大助力。