沈业鹏，高 亮，邱小雪，郑晓平 ( 南京天诗新材料科股份技有限公司 )
摘要：蜡在粉末涂料中的迁移是其发挥功能的关键机制，迁移至涂层表面后会显著影响粉末涂料的多项性能。本文研究了不同种类及粒径的蜡粉在聚酯树脂体系中的迁移性及其对涂层性能的影响。发现微粉聚乙烯蜡比颗粒聚乙烯蜡的在涂层表面迁移状态更加均匀，使其在高光配方中聚乙烯蜡粒径越小光泽越高及耐磨更好， 而在砂纹配方中聚乙烯蜡粒径越小光泽越低。
0 引言
粉末涂料作为一种含100%固体成分的无溶剂防护性涂料，因具有绿色环保、粘接强度高和力学性能优异的特点被广泛应用于家用电器金属外壳、户内外金属家具、高速公路护栏、金属建筑材料和其他金属材料[1-3]。中国是粉末涂料应用大国，市场规模约占全球整体规模的50%。
在粉末涂料中，产量最大的是环氧粉末，其优点是耐腐蚀性强，对金属附着力好，并有良好的机械性能和装饰性能，缺点是耐光性差，不宜在室外条件下使用[4]。聚酯粉末除了具有环氧粉末的优点外，还有较好的耐光性，因此，发展速度很快，且在粉末涂料中的比重正在不断增加，是很有发展前途的粉末涂料品种[5]。
随着应用的深入和领域的扩大，人们对其涂膜性能的要求也越来越高，即要求具有良好的装饰效果，还要求具有良好的使用效果，包括硬度高、耐刮花等。以往提高涂膜硬度的方法主要是选用硬度高的颜料或提高填料的用量，这样往往会以牺牲涂膜的其他性能为代价，而且其耐刮花性能改善不大。为了提高涂膜的耐磨性和表面滑度，在涂料中通常采用添加聚合物蜡的方法，但聚合物蜡微粉在粉末涂料生产中的迁移及应用机理则研究的较少。
粉末涂料中的“迁移现象”是指在固化过程中，某些低分子量组分(如蜡、助剂、未反应单体等)从涂层内部向表面移动的过程。而蜡在粉末涂料中的迁移是其发挥功能的关键机制，迁移至涂层表面后会显著影响涂料的多项性能。这种影响既有积极的功能性作用(如改善涂膜的表面性能)，也可能在特定情况下带来不利的影响(如影响重涂附着力)。
本文为了研究不同种类的蜡粉在粉末涂料体系中的 “迁移现象”，从蜡粉与聚酯树脂的相互作用角度出发，分析了不同种类的蜡粉在聚酯树脂体系中迁移性的研究及其对涂层性能的影响。
1 实验材料及方法
1.1 原材料
主要原料及试剂如表1：
表1 主要原料及化学试剂
1.2 实验设备
主要仪器如表2：
表2 主要仪器及设备
1.3 未固化树脂片的制备
将蜡以2%的添加量加入到聚酯树脂粗粉(P9402)中并混合均匀，在双螺杆挤出机(Ⅰ区温度：90 ℃、Ⅱ区温度： 110 ℃)进行挤出压片。
在40 ℃及超声的条件下用乙酸乙酯将树脂片中的蜡洗出，用光学显微镜观察挤出后蜡粉的分散状态。
1.4 粉末涂料的制备
将不同的蜡分别在砂纹及高光配方体系中(表3)混合均匀，在双螺杆挤出机(Ⅰ区温度：90 ℃、Ⅱ区温度：110 ℃)进行挤出压片，经粉碎后(过150目)进行静电喷涂(电压：26 kV，膜厚：60~80 μm)，再以200 ℃的条件高温固化10 min。
表3 砂纹配方与高光配方
1.5 测试与表征
60°光泽度测试：使用光泽度仪(BGD 516/3型)根据标准GB/T 9754-2007进行60°光泽度测试。
磨耗测试：使用漆膜磨耗仪(BGD 523/S型)根据标准GB/T 1768-2006进行测试。
2 结果与讨论
蜡粉的原始粒径及状态见图1及表4，未固化树脂片中的洗出的蜡的粒径及状态见图2及表4。
图1 蜡粉的原始状态显微镜图
表4 挤出前后蜡粉粒径表
由图1、图2及表4可知，较细的蜡粉(PEW-0391H-6、 NEW-0401、L-812)在经过110 ℃双螺杆螺杆挤出后，蜡粉 并未发生“迁移”，而是被均匀分散在聚酯基体中，而较大粒径的蜡(PEW-0391H-30、PEW-0391H)在双螺杆旋转产生的剪切力、压缩力和混合力的作用下使得聚乙烯蜡在挤出过程中熔化，冷却后生成纤维状晶体，其粒径(D50)集中在 11~15 μm，明显比微粉(PEW-0391H-6)挤出后的颗粒大的多(微粉颗粒基本无明显变化，D50仍集中在6 μm左右)，这 也会造成后续应用上涂层性能上带来的差异[6]。真正的“迁移”发生在后续的高温固化阶段，当涂层冷却时，蜡从内部向表面迁移，形成功能性表层。所以挤出的作用是“混合和分散”，而固化的热过程才是“迁移”的驱动力。
图2 挤出后蜡粉的分散状态显微镜图
2.2 涂层性能分析
涂层性能数据见表5。
表5 涂层测试数据
通过对涂层的性能测试，结合不同细度聚乙烯蜡在经过挤出机的未固化聚酯树脂片中的分散状态分析，可以分析认为微粉聚乙烯蜡比颗粒聚乙烯蜡的在涂层表面迁移状态更加均匀，所以在高光配方中聚乙烯蜡粒径越小光泽越高及耐磨更好[7]。而在砂纹配方中聚乙烯蜡粒径越小光泽越低[8-10]，因为粒径较大的蜡可能会在一定程度上促进树脂局部更好流平，使砂纹粉的光泽有所增加。
3 结论
本文研究不同种类及粒径的蜡粉在粉末涂料体系中的 “迁移现象”，发现微粉聚乙烯蜡比颗粒聚乙烯蜡的迁移性更强，能更快迁移至涂层表面使得微粉聚乙烯蜡比颗粒聚乙烯蜡的在涂层表面迁移状态更加均匀。由于聚乙烯蜡颗粒(PEW-0391H、PEW-0391H-30)在未固化的树脂片中分散的粒径比细粉聚乙烯蜡(PEW-0391H-6)较粗，所以在高光配方中聚乙烯蜡粒径越小光泽越高及耐磨更好，聚酯-PEW-0391H-6的光泽可达97.5，磨耗仅为30 mg。而在砂纹配方中粒径较大的蜡可能会在一定程度上促进树脂局部更好流平，使砂纹粉的光泽有所增加。
参考文献
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来源：粉末涂料与涂装2025-5
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