王 哲 ( 青岛美尔塑料粉末有限公司 )
摘要：本文探究了不同树脂固化剂含量、不同固化体系及交联密度、不同填料、不同增硬助剂、不同表面效果等对粉末涂料表面硬度及其他性能的影响，为提高粉末涂料硬度、抗划伤性能等方面的需求提供基础思路。
0 引言
粉末涂料以其绿色环保、利用率高、储运方便等优点，成为涂料行业近年来发展十分迅速的领域，表现出良好的发展趋势。特别是家电涂装领域，例如洗衣机、热水器、空调等机体外壳，粉末涂料展现出了优异的性能和外观。但粉末涂料喷涂的样件壳体在生产搬运、组装或使用过程中容易发生磕碰，导致涂膜表面碰伤、刮花，从而影响产品的使用和美观。因此，本文通过不同角度探究影响粉末涂料表面硬度的因素，从而为改善涂膜抗划伤性能提供一些基础思路。
1 实验部分
1.1 实验材料
聚酯树脂、环氧树脂、TGIC固化剂、B1530、流平剂、光亮剂、安息香、填料、钛白粉、颜料等，均为工业级别。
1.2 实验仪器
电子秤、双螺杆挤出机、研磨机、实验静电喷枪、鼓风干燥箱、光泽仪、冲击试验器、中华铅笔、铅笔硬度测试仪、耐盐雾实验箱等。
1.3 粉末涂料制备
按表1、2、3、7、9、11、13涂料配方制备粉末涂料，工艺流程为配料→预混→挤出→压片→粉碎→研磨→过筛→喷涂，喷涂样板采用镀锌板，然后经相应固化温度和固化时间得到涂膜样板，膜厚在60~90 μm之间。
1.4 性能测试
硬度：按照GB/T 6739-2022测定涂膜硬度，铅笔固定在750 g负载下以45 ℃角向下压在漆膜表面，逐渐增加铅笔硬度至涂膜表面产生破坏。
光泽：按照GB/T 9754-2007测定涂膜光泽，使用60°光泽计在涂膜表面的不同部位或不同方向读取6个数，分别记录，然后，取平均值。
冲击：按照GB/T 1732-2020测定涂膜冲击，判断涂膜有无裂纹、皱纹及剥落等现象。
耐盐雾：按照GB/T 10125-2021测定涂膜耐盐雾性能，判断涂膜是否有起泡、生锈、脱落等现象。
2 结果与讨论
2.1 不同体系及交联密度
影响涂膜硬度的关键在于树脂的选择，选择玻璃化转变温度高、交联密度大的树脂有助于提高涂膜的表面硬度。如表4所示，对于户内混合型体系来说，固化比例由6:4、5:5、4:6依次提高，涂膜硬度逐渐提高；如表5所示，对于户外纯聚酯体系来说，固化比例由93:7、92:8、90:10、88:12依次提高，涂膜硬度2H抗划伤性能也逐渐提高；如表6所示，对于聚氨酯体系，树脂羟值由低到高，涂膜硬度可由2H提升至3H。但超耐候体系的端羧基聚酯树脂，或者是聚氨酯体系的端羟基聚酯树脂，由于其刚性强、硬度高，会导致涂膜柔韧性下降而冲击性能变差。因此，为了避免过于追求硬度而忽视了涂膜的韧性，可以通过搭配其他树脂来平衡补强以提高涂膜整体性能。
2.2 不同树脂固化剂含量
树脂是粉末涂料的主要成膜物质，是决定粉末涂料性能的最重要成分，树脂品种的好坏决定着粉末涂料的产品质量。如表8所示，当涂膜树脂固化剂含量在55%时，铅笔硬度2H是可以通过的，但将树脂固化剂含量提高到75%时，涂膜硬度仅通过H，说明树脂固化剂含量过高会使漆膜偏软，降低涂膜的表面硬度。因此，为了保证涂膜具有一定良好的抗划伤性能，树脂固化剂含量不宜过高要适中。
2.3 不同填料
当树脂组分一定时，填料对涂膜硬度起决定作用。如表10所示，在树脂量比例较高的情况下，对比普通填料，增硬填料的加入可以提高涂膜的表面硬度由H至3H。但对于其他基础性能，例如光泽、冲击、耐盐雾等性能有较为明显的影响，会导致光泽降低、冲击开裂、耐盐雾变差等，因此增硬填料的添加量不宜过高。并且，增硬填料的莫氏硬度较高，添加量过大也会对挤出设备、磨粉设备等产生不可逆的严重磨损，使设备寿命大大缩短。
2.4 不同增硬助剂
如表12所示，不同厂家、不同增硬助剂之间成分有所差异，并且对提升涂膜表面硬度的能力是有限的，有一些助剂效果并不明显。而有些增硬助剂，例如助剂D，虽可以一定程度上提高涂膜硬度至2H，但会导致涂膜表面消光。因此普通高光泽粉末涂料想要提升至超高硬度比较困难。
2.5 不同表面效果
如表14所示，不同表面效果的粉末涂料涂膜硬度差异比较明显，硬度大小依次为：砂纹粉末>哑光粉末>高光粉末。哑光粉末和砂纹粉末硬度明显优于高光粉末，消光剂和砂纹剂能够增加涂料表面的粗糙度，赋予涂层更高的表面硬度。
3 结语
(1) 树脂的品质决定粉末涂料性能，树脂含量过高会导致涂膜硬度下降，设计配方时树脂含量要适中。
(2) 选择玻璃化转变温度高、交联密度大的树脂有助于提高涂膜的表面硬度，但刚性过强会导致涂膜韧性下降，可通过搭配其他树脂平衡补强。
(3) 增硬填料的加入可以明显提高涂膜的表面硬度，但添加量不宜过高，否则会影响涂膜其他基础性能并对生产设备造成磨损。
(4) 增硬耐磨助剂等对涂膜硬度的提升是有限的。
(5) 消光产品和砂纹产品的硬度要明显高于高光产品。
来源：粉末涂料与涂装2025年第五期
(0)
