PPG公司汽车粉末涂料专利技术综述

杨晓飞 袁 琳

（国家知识产权局专利局专利审查协作河南中心，河南 郑州 450002）

PPG公司汽车粉末涂料专利技术综述

杨晓飞 袁 琳

（国家知识产权局专利局专利审查协作河南中心，河南 郑州 450002）

助剂和颜填料作为粉末涂料领域的常用添加剂，对涂料性能有重要的影响。助剂是涂料工业的“味精”，用于赋予某种特定性能；颜填料用于保证涂料具有良好的遮盖力、丰富的色彩，还能赋予涂膜良好的理化性能。

涂料；助剂；颜料；填料

1 前言

21世纪环境保护备受全球关注，并成为人类最迫切的研究课题，涂料也逐步由溶剂型涂料向水性涂料、无溶剂涂料等环保涂料方向发展。粉末涂料不含挥发性溶剂，减少了在施涂和固化过程中释放到大气中的挥发性有机物，是一种典型的环保型涂料。粉末涂料具有很优良的耐腐、耐热、耐冲击和耐磨性，颜色的选择范围也很宽，如光泽从高到低，金属色的、透明的涂层等。汽车面漆和底漆是粉末涂料在汽车行业的一个亮点。

目前，汽车粉末涂料的生产厂家主要有美国的PPG、德国的巴斯夫、日本的杜邦等。PPG是世界上汽车粉末涂料的龙头公司之一，图1是PPG公司汽车粉末涂料的专利申请量的年变化。从图1可以看出，PPG的汽车粉末涂料的研究从2000年之前的萌芽状态，到2000年逐渐开始进入研究的热点。本文以PPG公司为切入点，针对PPG公司在汽车粉末涂料领域中助剂、颜填料的技术演进行了梳理，有助于了解汽车粉末涂料的助剂和颜填料的技术发展历程，加深对汽车粉末涂料技术的理解。

2 助剂和颜填料的技术演进

助剂是涂料工业的“味精”，加入少量就能对涂料性能产生重大影响；涂料中的颜填料中不仅能保证涂料具有良好的遮盖力、丰富的色彩，还能赋予涂膜与施工各项特殊功效。以下对PPG汽车粉末涂料专利技术助剂和颜填料的演进过程进行分析。

图1 PPG公司汽车粉末涂料年专利申请量变化

2.1 助剂的改进

PPG在汽车粉末涂料领域，有关助剂的申请主要分为以下几个模块：流变改性剂改进、催化剂改进、表面活性剂改进和其他助剂改进。

2.1.1 流变改性剂

流变改性剂的作用：能够改善多分散体系流变性能。例如，可以防止涂料储存过程中颜料、填料的沉淀，避免涂装过程中涂料的溅落、流挂，改善涂膜的流平性能等。专利申请US5229458A采用由马来酸酐共聚物或者取代的马来酸酐共聚物以及选自环烯和脂肪族烯的共聚物体通过伯胺或醇化学改性而成的共聚物作为流变改性剂，很大程度的提高粉末涂料和其涂覆层之间再涂附着力，同时控制缩孔现象。专利申请US5212245A采用具有6-20个碳原子的烷基基团的烷基丙烯酸酯或者甲基丙烯酸酯和羟烷基或甲基丙烯酸酯作为流变改性剂，得到涂料组合物消除了针孔、缩孔现象，而且具有比较好的平整性。专利申请CN1214069A的流变改性剂为一种由可聚合烯烃不饱和单体聚合制得的共聚物，增强了粉末涂料组合物的流变性能，得到了更光滑的涂层。专利申请US6197883B1提供了一种由至少一个不含羟基的乙基不饱和可聚合单体以及至少一个含羟基的乙基不饱和可聚合单体组成的共聚物作为流变改性剂，改善了涂膜的表面平滑性能，提高了粘合力以及表观性能。

2.1.2 催化剂

催化剂能有效缩短树脂合成反应的时间，对提高企业的生产效率有着重要的意义。专利US5244944A在热固性粉末涂料组合物中添加了一种季铵盐或其氢氧化物，该物质在较低的温度下能够催化交联反应，提高了粉末涂料的低温固化性能。专利US6251999B1提供了一种用于环氧基涂膜固化的羧酸锡盐加合物催化剂，所得催化剂在极低的浓度下仍具有较好的催化效果，固化过程无苯产生，所得涂膜具有较好的表观性能、稳定性和耐久性。专利US2012088895 A1主要针对锡化合物催化剂的水生毒性的问题，提供一种包含具有至少一个为烷基的取代基的三取代的膦作为催化剂，可使催化反应在低温下进行并提高反应速率。

2.1.3 表面活性剂

表面活性剂可以改善两相物质之间的的界面性质，可起润湿、渗透、净洗、增溶、起泡、消泡等作用。专利US6046276A以及专利US6274672B1均提供了一种具有多种官能团的聚硅氧烷聚合物，其作为粉末涂料中的表面活性剂，可以促进各组分之间的互溶性，提高涂层的抗丝状腐蚀性能。

2.1.4 其他助剂

涂料中的助剂除了上述物质之外还有很多种类，不同种类的助剂可以改善涂料不同的性能。例如，专利US005939491A涉及硬化剂改进，所述硬化剂为可含有多种反应性官能基的有机聚硅氧烷，以及含有可与聚硅氧烷的官能基反应的官能基，尤其可用在室温及加热硬化条件下皆可硬化的涂料组合物，具有能够延长适用期，改良粘结时间，附着力，抗损伤性及耐蚀性等性质。专利US6184279提供了一种针孔消除剂，其具有类似安息香的结构，可以消除固化时来自空气气体或溶剂释放造成的表面缺陷，以及减少黄变等。专利US2003212209A1提供了一种介质共聚物作为抗剥落添加剂，可以赋予涂料与基材比较好的粘附力，在汽车应用中具有较好的耐燃油性。专利US2004/0071972A1提供了一种抗氧剂，该抗氧剂由亚磷酸和双环氧化物反应获得，可以阻止热氧化反应，降低视觉效应。

2.2 颜填料的改进

颜料和填料是涂料的重要组成部分，颜料除了为涂膜提供色彩装饰外，还可以为涂料提供更多的物理和化学性能的改善，如遮盖性、耐候性、耐温性、光泽及机械强度等。填料在涂料中主要有两方面的作用：一是“填充”作用，降低成本；二是通过加入填料改变涂膜或漆料的物理和化学性质。

2.2.1 颜料

PPG在汽车粉末涂料领域对颜料的主要集中在2000年以后。角色差性是看得见颜色随照射或观察角度变化而改变的效应，角色差性颜料应用于汽车涂层，为研究的一方面。专利申请US2003125416A1报道了有色组合物含有载体和粒状形式的着色剂，着色剂含有保持在基体中的颗粒的有序周期性阵列，基体和颗粒的折光指数差为至少约0.01。进一步地，专利申请US2005056189A1提供一种涂料组合物，该组合物形成的涂层随观察角度的不同而具有不同的色效应。其包括具有着色剂和反射颜料的树脂基料，该着色剂当暴露于可见光时吸收第一波长的可见光并产生第二波长带的荧光。

颜料按化学组成分类，可分为有机颜料和无机颜料。专利申请US2010298472A1公开了具有丙烯酸树脂的无机和有机颜料的涂料，含有由均定义为颜料的固体有机和无机物质颗粒组成的化合物。可以使用预涂覆颜料的单色颗粒对诸如聚乙烯、聚丙烯、PET、ABS和聚苯乙烯以及各种配方的聚氨酯弹性体的塑料聚合物进行着色。其可以单独和/或与其他预涂覆颜料一起混合，以产生预定色彩。

2.2.2 填料

通过选择不同种类和数量的填料，可有效改善涂料的贮存性能和施工性能，提高涂膜的机械强度、耐磨性、耐水性、抗紫外线性、隔热性和抗龟裂性等。

专利申请US2002137872A1提供了一种涂料组合物，其包括成膜树脂、0.1-15μm的纯净颗粒，颗粒可以为有机颗粒或无机颗粒，其中，有机颗粒为硅碳颗粒，无机颗粒包括硅石、碱性硅酸铝、硼硅酸盐玻璃粉、氮化物、氧化物、石英、锆石等。另外，专利申请US2003229157A1提供了一种粉末涂料组合物，并探讨了经过表面改性的颗粒对涂层耐刮擦性能的影响。其中，颗粒物包括硅石、氧化铝、碱性硅酸铝、硼硅酸盐玻璃粉、氮化物、氧化物、石英、锆石等，该申请展示了经过改性的填料对涂层表面张力和耐刮擦性能的影响，可用于汽车领域。

进一步地，专利申请US2004116585A1研究了氨基塑料树脂和纳米硅石颗粒作为添加剂，对涂层耐刮擦性能的影响。专利申请US2005/0249939A1公开了一种改进的耐擦伤和耐划伤性的涂料组合物，包括分散在成膜树脂中的平均颗粒尺寸为0.1～50微米的许多颗粒，其中，与不存在颗粒的涂层相比，所述颗粒具有为涂层赋予更大耐擦伤和/或耐划伤性的硬度。所述颗粒可包括有机颗粒(如金刚石颗粒)，或可包括无机颗粒(如二氧化硅、氧化铝)。

在汽车领域，透明面漆通常需要涂层厚度不超过75微米，然而，随着涂层厚度的降低，涂层的外观也相应变差，为了获得一种在涂层厚度很薄的情况下，仍然具有优异的性能的涂料组合物（比如外观，耐腐蚀性），专利申请US2003/0166758A1公开了一种可固化的粉末涂料组合物，其具有平均粒径小于100nm的颗粒。该颗粒由氧化铝和二氧化硅组成，足够量的颗粒提高了涂料流平性，该涂料可用于有颜色的底漆和透明涂层。

导电组合物也是研究较多的方向，就制备具有导电性能或屏蔽性能的涂料组合物，专利申请US2007/ 0034839A1提供了一种含有导电填料的预成型组合物。该屏蔽组合物用在航空或航天飞行器机身中，用于减少电磁干扰。专利申请US2010286307A1公开了一种轻质颗粒以及含有它们的组合物，其包括涂布有薄涂层的外表面的颗粒，该颗粒是轻质的，用于飞机或直升机。

填料能够改善组合物的机械性能，经过改性的填料可以进一步改善其性能，US2013079445A1报道了一种生产经处理的填料的方法，其包括：(a)用包括特定结构的有机硅烷材料的处理组合物来处理未经处理的填料的浆料，该未经处理的填料没有预先干燥；和(b)干燥该经处理的填料浆料。通过该方法制备的经处理的填料用于制备橡胶配合组合物和轮胎，能够显著改进客车轮胎的滚动阻力、磨损和牵引。

3 总结

本文基于目前公开的PPG公司的相关专利申请，简要分析了PPG公司在助剂和颜填料方面的专利申请量、助剂和颜填料的研究热点和改进方向；随着汽车粉末涂料行业的快速发展，关于助剂和颜填料对涂料性能的改进也是今后研究的重要方向。

Summarization of Patented Technology for Automotive Powder Coating

Yang XiaofeiYuan Lin
(Paten Examination Cooperation Center of the Patent Office,SIPO,Zhengzhou Henan 450002)

As the commonly used additives,the performance of the powder coating is influenced greatly by the addi⁃tive,pigments and fillers.Additive which is regarded as MSG in the field of paint is used to give a specific perfor⁃mance.Pigments and fillers are used to ensure the excellent hiding power and rich colors,but also to give good physi⁃cal and chemical properties for the film.

paint;additive;pigment;filler

U465.9

A

1003-5168（2016）12-0075-03

2016-11-30

杨晓飞（1987-），男，硕士，审查员，研究方向：材料领域发明申请的实质审查；袁琳（1989-），女，硕士，审查员，研究方向：材料领域发明申请的实质审查（等同于第一作者）。