探究了建筑鋁型材用砂紋粉末涂料配方中聚酯樹脂類型的選擇、固化劑用量、顏填料類型的選擇對涂層耐候性能及耐水煮性能的影響，以及助劑對涂層紋理形態等的影響。

本研究得到適用于戶外建筑鋁型材涂裝的耐候型砂紋粉末涂料，且各性能指標均達到鋁型材相關國家標準要求。

金屬型材以其優異的耐久性、裝飾性和加工成型性等特點，廣泛用于建筑行業。而鋁型材因其加工性能佳、質輕等特點，占金屬型材用量的80%以上，因此粉末涂料在鋁型材方面的應用得到了迅速增長。

尤其是粉末涂料噴涂的鋁建材，與陽極氧化、電泳涂裝表面處理方法相比，對水和大氣的污染程度、能耗明顯降低。

涂膜的機械性能如硬度、耐磨性、耐酸性等指標卻大幅提高，使用壽命比普通陽極氧化鋁材高出1倍，且色彩豐富，更能體現建筑的多樣化、個性化。

目前粉末靜電噴涂已成為國內鋁型材表面涂裝中的熱點，型材用粉末噴涂結合熱轉印技術會使其更時尚，使粉末噴涂的型材具有更大的發展空間。

現在應用于鋁型材的粉末涂料大都是流平粉末涂料，其耐候性一般，但是涂覆了流平粉末涂料的鋁型材在搬運過程中以及其使用環境導致表面極易被刮花且易變色。

因此鋁型材用流平粉末涂料越來越成為非主流產品。而鋁型材用砂紋粉末涂料恰恰解決了這個問題，正在被大量使用。

鋁型材因具有大量的邊角，因此一般采用靜電噴涂的粉末涂料難以將鋁型材邊角完全涂覆，影響美觀；且由于鋁型材的特定使用環境，鋁型材粉末涂料必須具有良好的耐水煮性能，以避免其在使用過程中變色。

目前使用在鋁型材上的常規粉末涂料的邊角上粉率一般在40%左右，邊角上粉不足，影響邊角外觀；耐水煮的色差ΔE 一般在2.0 左右，目測已經能看出變色，影響使用。

因此，本文從粉末涂料的耐候性、耐水煮、邊角上粉等性能出發，針對鋁型材的使用環境研制出符合鋁型材使用的耐候性砂紋效果粉末涂料。

1、試驗部分

1.1 原材料

飽和羧基聚酯樹脂（工業級），國產樹脂A、國產樹脂B、國產樹脂C、進口樹脂D、進口樹脂E；

三縮水甘油基異氰脲酸酯（TGIC，工業級），鞍山潤德精細化工有限公司；

金紅石型鈦白粉（工業級），杜邦公司；

硫酸鋇（BaSO4，工業級），國產；

粉末涂料通用顏料（工業級），汽巴（Ciba）公司；

粉末涂料通用助劑（流平劑、安息香、脫氣劑等，均為工業級），國產。

1.2 主要設備

Ф30型雙螺桿擠出機、萬能中藥粉碎機、ACM 磨粉系統、小型靜電噴涂設備、激光粒度分布儀、沖擊試驗儀、鹽霧試驗箱、氙燈人工加速老化試驗儀等涂料及涂層性能檢測設備。

1.3 粉末涂料及涂層制備

按比例稱取飽和羧基聚酯樹脂、異氰脲酸三縮水甘油酯、填料、常規助劑、砂紋劑、膨潤土、增電劑、顏料，置于混料缸，充分混合并破碎，得到預混物料；

預混合后的物料進入雙螺桿擠出機擠出，擠出機加熱溫度控制在80～120℃；擠出后的物料經壓片、冷卻、粉碎機粉碎成粒徑（等效粒徑D50）為20～45μm的粉體，然后篩分、包裝。噴涂工藝參數見表1。

2、結果與討論

2.1 聚酯樹脂的選擇

試驗選取了國產樹脂A、國產樹脂B、國產樹脂C、進口樹脂D以及進口樹脂E 等不同廠家的聚酯樹脂產品，按照相同配方設計制備涂層樣板， 進行氙燈老化與耐水煮性能測試，得到的老化試驗數據見表2，耐水煮性能見表3。

從表2可知，國產樹脂B、進口樹脂E 制備的涂層耐老化性能較好，其次是國產樹脂C。從鋁型材用粉末涂料對耐候性能要求高的特點出發，選用國產樹脂B的產品作為涂料的樹脂成分。

由表3可以看出，采用聚酯樹脂B時2h的耐水煮試驗色差能夠達到0.5 以內，目測已經看不出變化，性能優良。

其次，試驗選取國產樹脂B廠不同酸值類型（20～25、30～38、40～ 50mgKOH/g）聚酯樹脂，鞍山TGIC固化劑，選擇砂紋劑、膨潤土及填料硫酸鋇、鈦白粉等。

按照鋁型材用砂紋粉粉末涂料設計，得到在酸值為30 ～38mgKOH/g的樹脂綜合性能最為優越。

其原因可能是酸值偏低時交聯密度不足，固化不夠完全，機械性能稍差，酸值增大時，聚酯樹脂反應活性將增大，反應速度過快，涂層固化得過快，紋理效果難以控制。

而且飽和羧基聚酯樹脂是由多元醇與多元酸縮聚制得的，高酸值聚酯樹脂的制備通常需添加偏苯三酸酐類的原材料，而該類物質會使涂層的耐候性能降低，因而考慮到耐候性方面，不適宜選擇酸值太高的聚酯樹脂。

綜上所述，本試驗選用國產樹脂B廠酸值在30～38mgKOH/g范圍內的飽和羧基聚酯樹脂。

2.2 固化劑用量的影響

本試驗選用酸值為30～38mgKOH/g的飽和羧基聚酯樹脂（國產樹脂B），添加鈦白粉、砂紋劑、膨潤土等，按照鋁型材用粉末涂料設計配方，對比了TGIC用量對涂層相關性能的影響，試驗結果見表4。

從表4不難看出，當固化劑用量比較少時，涂層的耐化學品性能和物理性能相對較差，這是由體系固化不完全造成的，但是當固化劑用量超過一定的程度，不但會增加配方成本，還會因為膠化速度急劇增大而影響涂層紋路的效果。

另外不同樹脂生產廠商生產的聚酯樹脂酸值的范圍各有差異，即使是同一公司的同一產品，不同的生產批次其酸值也或多或少存在一些變動。

所以在設計配方時，應當根據所選用聚酯樹脂酸值的具體情況，首先計算固化劑的理論用量，然后在此理論基礎上通過具體試驗進行驗證，并最終確定實際固化劑用量。

本試驗選取的酸值為30～38mgKOH/g的聚酯樹脂，對其選取鞍山TGIC 作為固化劑，推薦14.5～15.5g/200g樹脂的配方用量。

2.3 填料的影響

制備鋁型材用耐候型砂紋粉末涂料時，因其耐候性能要求較高，填料通常選用硫酸鋇。

硫酸鋇有天然硫酸鋇（重晶石，250目）、8000鋇（8 000目）、沉淀硫酸鋇（10000 ～ 20000目）幾種，在使用中，通常通過選用硫酸鋇的種類來調節砂紋粉的紋路大小與形態，見表5。

加入填料的量越多，相對應的吸油量也就越大，通常鈦白粉的吸油量在20%～22%，硫酸鋇的吸油量在10%～15%，吸油量越大，涂層凸凹程度就越強；

硫酸鋇的粒度大小決定了它的吸油量的多少，沉淀硫酸鋇的粒度最小，在2～5μm范圍，其比表面積最大，吸油量也越大，因此凸凹程度也越強。

2.4 顏料對耐水煮性能的影響

對于一些純色的粉末涂料，耐水煮測試后色差容易控制，能達到0.5 左右，多采用耐候型無機顏料，如：鐵黑、碳黑、鉻黃、鐵紅、鈦藍、鈦青、群青、鈦綠等。

對于一些鮮艷的粉末涂料，耐水煮時色差較大，主要選擇一些耐高溫性能較好的有機顏料。試驗研究了不同種類的顏料耐水煮性能的差別，見表6。

由表6可以看出，對于1#、2#、3# 試樣，顏色越來越鮮艷時，耐水煮時其色差變化越來越大，說明顏色越鮮艷其耐水煮性能越差；

對于3#、4# 試樣，3#采用無機紅顏料，4#采用有機紅顏料，4#的色差變化大于3#，說明有機顏料的耐水煮性能稍差，因此對于一些鮮艷顏色的調試應盡量選用一些耐高溫的有機顏料。

2.5 砂紋粉紋路的研究

一般通過砂紋粉配方中的砂紋劑與膨潤土來控制紋路的粗細、光澤、凸起程度，也通過樹脂的反應性來控制紋路的凸起程度，通過粉末粒度大小來調節紋路的粗細，見表7。

、

由表7可以看出，當砂紋劑在0.5%～1.0%范圍時涂層紋理逐漸減小，當達到1.5%時，砂紋紋理又開始變大。可以通過調節膨潤土的量在一定程度上調節紋路凸起程度與光澤高低。

2.6 耐候型鋁型材砂紋粉末涂料的配方及性能

通過上述針對聚酯樹脂、固化劑種類及用量、填料種類及助劑用量的篩選和研究，應用于鋁型材的節能環保耐候型粉末涂料配方構成及性能指標見表8～9。

具體生產時可依據用戶的需要添加對應的顏料及其他功能性助劑，可得到外觀與顏色各異的涂層。

3、結語

耐候型砂紋粉末涂料以其良好的耐刮傷性能，在鋁型材行業中的使用越來越廣泛，并逐步替代之前的流平粉。由于鋁型材的特定使用環境，鋁型材粉末涂料必須具有良好的耐水煮與耐候性能。

來源：廣州擎天材料科技有限公司