功能性粉末涂料的研究进展

2021-01-11郭剑桥虞宁虞金卫江苏江南绝缘粉末有限公司江苏溧阳213363

化工管理 2021年21期

郭剑桥，虞宁，虞金卫(江苏江南绝缘粉末有限公司,江苏溧阳 213363)

0 引言

功能性粉末是具有抗菌能力、耐腐蚀性能等特殊功能的粉末，将其与材料复合可以有效提升材料的功能性，涂料的使用环境较为特殊，其功能性需求较高，在涂料研发过程中积极结合功能性粉末材料技术可以有效提升涂料涂装作业的整体效果，尤其针对钢材料、医用材料等的涂料应用工作非常有益。

1 功能性粉末涂料及发展概况

不同的场合对涂料的应用要求不一样。功能性粉末涂料针对的是一些特定场合，可以很好的起到保护装饰的作用，同时还具有防辐射、防水、绝缘、耐高温、防腐蚀等非常多的特殊性能。实际应用中功能性粉末涂料可以分为抗菌型、耐热型、防腐蚀型、疏水型以及耐候型等多种类型，另外还有新兴的涂鸦型和防蚊型。随着时代的发展，粉末涂料的发展也得到了很大程度的推进，在生产工作中要让粉末涂料实现功能，就需要做好涂料的配方，根据实际状况来添加所需要的物质，根据配方内容来做好物质的规划，通过实际状况来改变物质的分子结构，使功能性粉末涂料能够真正发挥出自己的作用，涵盖人们生活的方方面面，比如可以用在军工设备、公路交通、管道设施、海洋设施以及能源设施等多项领域。技术的发展必然会让功能性粉末有更广阔的应用市场，而相关方面的法律法规也会日趋完善，粉末涂料会成为未来的应用趋势。从历史上来看，粉末涂料最早是从20世纪50年代起就开始生产并投入使用。普遍来说，国际上每一个国家都是本国生产粉末涂料、本国消费，以至于国际贸易量很小。我国是在1965年开始粉末涂料产业的发展和规划。该产业是在和家电、家具、建筑行业等一系列行业同步发展中逐渐完善成熟，并取得了很大的市场认可。同时，我国的粉末涂料产量和销量都进入了高速增长时期，其中2017年增长率13%。我国粉末涂料主要包含环氧聚酯粉末涂料，相对应的比较高档的氟碳、丙烯酸类涂料则比较少，在市场上占有比例不到1%。随着时间的推移，我国的粉末涂料市场出现了供大于求的局面，并且功能性涂料的发展处于一个缓慢的阶段，在实际应用中没有取得很好的效果。与之相对应的是，外资企业在高端粉末涂料上有80%份额，这代表着我国行业创新力不足，高端技术水平落后，还需要继续发展[1]。

2 功能性粉末涂料的种类及现状

2.1 重防腐粉末涂料

数据显示，每年各国都会因为腐蚀的问题出现很严重的损失，这部分损失占到了国民生产总值的2%～4%，实际危害性大于自然灾害以及其他事故损失总和。要想降低腐蚀造成的损失，可以从实际情况出发来做好零部件的防腐工作，及时的涂防腐涂层，根据实际状况来做好隔离工作。要注意结合具体情况来做好调整，从各个层面出发来确保涂层可以长期使用。通常来说防火涂料有不同的等级区分，分别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着力，实际应用上可以有更好地抵抗腐蚀介质渗透性的作用，并且也有化学抗性，耐久性较强，有很高的防腐价值，使用年限为30年，并且使用时防腐效果提升4～5倍。从业人员从各个施工条件的限制出发，主要将液体涂料用作重防腐涂料，应用在了建筑钢筋、石油天然气输送管、精密仪器、饮用水输送管以及铸铁阀门等种种位置，使其能够真正发挥对应的作用。

2.2 耐候性粉末涂料

实际应用时耐候性粉末涂料可以很好地经受环境的考验，即使在户外也可以很好地发挥功能效果。很多粉末涂料在应用时会因为污染、暴晒、温度等一系列的环境变化而出现老化降解，尤其是日晒暴晒是最常见的自然作用力，可以长期持续地破坏涂层。涂层树脂中含有可以吸收太阳紫外光的基团能够进一步导致聚合物链光化学降解反应，并出现聚酯涂层分子链断裂，最后导致黄变和褪色以及粉化。另外如果一个区域出现了酸雨，那么这些酸性物质可以和涂层的高分子成膜物等碱性物质以及金属化合物反应，然后出现降解，让涂层本身变色失光。同时也会出现锈蚀的情况。要让户外装饰能够持续发挥出对应的效果，就要重视耐候型粉末涂料的升级和应用，无论是在工程机械、交通运输还是室外装饰上，都要注意粉末涂料耐候性的控制，结合实际情况让耐候性粉末涂料能够更好地发挥出对应的作用。在业界学者研究中，通过无机复合粉末材料的配合能够提升耐候性涂料的效果。

2.2.1 实验配方

聚酯树脂P6 600，600 g；TGIC，45 g；润湿剂P588，10 g；安息香，3 g；蜡粉PE520 ，2 g；光亮剂701，5 g；硫酸钡，257 g；消光剂DT3 329，15 g；钛白粉TR33，60 g。这一涂料在检测中表现的耐冲击性为50 F。

2.2.2 实验过程

(1)依据配料表将各种原料按照相应的比例放入袋中，并充分摇匀，然后将配制好的原料倒入料斗中，将主电机打开后，缓缓挤出原料，双棍上接通冷却水以后，把挤出的物料导入棍筒上，缓慢拉出，收集约500～600 g的样品放入袋中，并将其敲碎。

(2)取出约200 g敲碎后的物料，放入电磨中充分研磨粉碎，再使用180目的筛网过筛。过筛后倒入带有喷枪的喷壶，将喷枪电压设置为50～70 kV，将充分研磨好的物料喷涂在去油污铁板基材上，厚度保持在100～200 μm之间，喷涂完毕后在200 ℃的温度下烘烤10 min左右。

(3)每个样品都喷涂三块样板，10 min后取出，在常温环境下冷却，冷却完毕后，使用相应的设备检测涂膜的实际厚度、光泽感以及颜色等。

2.2.3 实验结果

锐钛钛白粉是一种相对不太稳定的材料，在实验室操作1 000 h时会出现难以控制的色差变化，会给涂料整体涂抹效果造成影响，且导致漆膜整体光泽感降低，这主要是因为锐钛钛白粉材料表面离子具有一定的化学活性，随着试验推进会出现化学变化从而影响色泽，这也就会导致涂料出现老化问题，所以根据这一实验成果分析，在具体涂料生产中为了保证耐候性，钛白粉应尽量避免选用有化学活性的锐钛钛白粉，而尽量选择金红石钛白粉。

2.3 抗菌粉末涂料

实际应用中，抗菌性粉末涂料能阻止微生物生长繁衍，在使用过程中杀死微生物。很多公交车、医院等公共场合都会使用抗菌粉末涂料，以此来避免病菌污染及传播。相关的设计人员需要能够从实际情况着手，合理地使用有抗菌性能的涂层，根据实际情况来做好清洁工作，提升建筑物墙面的抗菌效果。目前来说，全世界对抗菌涂层的需求量越来越大，很多公司也都相继作出有抗菌性能的产品，然而实际应用中，这些抗菌涂层材料没有取得很好的效果，一些活性成分测试分析不够彻底，导致实际应用很容易出现耐久性减弱、以及抗菌剂流失的情况，最后丧失了抗菌的效果。而且在进行抗菌涂层设计的时候，存在着一些银离子等重金属，这些金属会对儿童产生危害。市面上依旧需要一款能够有很好的耐久性的、并且毒性低的抗菌涂层投入使用。相关企业以及从业者还需要持续的研发。

2.4 耐高温粉末涂料

不同产业有不同的环境。有一些行业和环节非常重视耐高温性。于是耐高温粉末涂料应运而生。这种类型的粉末量有比较好的耐热性能，同时投入实际使用时还有好的耐腐蚀性以及耐候性。涂料可以很好地应用在烹饪、大功率灯饰、高温炉、汽车零件等不同的领域，可以体现出比较好的应用效果。尤其是200 ℃以上的高温的时候，很多涂层会出现变黄褪色，这时候，如果粉末涂料可以耐高温，就可以更好地投入生产应用。

2.5 超疏水粉末涂料

超疏水性涂料是一种特殊的新型涂料，水滴接触角超过150°，与此同时滑动角小于10°，这导致水滴几乎可以呈球形，并且很顺利地通过滚动来清除带走整个涂层表面存在的尘土。这使得涂层具有很好的自我清洁能力，起到应用效果。除了自我清洁能力，疏水涂层还有很好的防腐蚀性，应用前景非常广阔。但是这其中有一个问题，那就是耐久性上达不到要求。要想使疏水涂层得到更好的发展，行业就需要从三个方向来做好技术层面的改进，首先就是要做好超疏水涂层的设计优化，使其更具备耐久性，可以很好地延长应用寿命。第二个方面是，可以选择降低疏水性的效果，但提高耐久性，从综合层面上让疏水性材料更好地发挥对应的作用。第三个方面是制备多功能粉末涂料，将不同的功能组合在一起，使粉末涂料同时具有疏水性、耐候性、防腐蚀性等等。这些思考方向实践起来非常困难，还需要持续努力、投入精力在研发和安排上[2]。

3 功能性粉末涂料未来发展

当前还有一种较为常见的新型功能性材料，就是自愈性粉末涂料，这种涂料材料的应用可以有效提升自愈功能粉末与涂料材料的节能效果，保证粉末土层整体自愈效果，当涂料结构发生的机械性破损时涂料中的功能性粉末可以释放出自愈合成成分对结构进行作用，从而保证涂层结构的稳定性，自愈性粉末涂料是未来功能涂料研究的重要方向。未来我国功能性粉末涂料研发还会向着更加环保以及功能性方向发展，汽车及船舶制造等行业的涂料应用中应积极应用功能性涂料，保证结构防护效果。