1 前言
   粉末涂料始于 20 世紀(jì) 40 年代初， 是以粉末粒子形態(tài)涂裝并形成涂層的。 粉末涂料在生產(chǎn)和涂裝過(guò)程中沒(méi)有溶劑釋放、少污染，符合環(huán)保要求，涂裝過(guò)程中噴溢的粉末可以回收再利用，有利于節(jié)省資源，粉末涂裝易實(shí)施自動(dòng)化生產(chǎn)，可提高生產(chǎn)效率，粉末涂料和涂裝已成為發(fā)展迅速的涂料新產(chǎn)品和新工藝，現(xiàn)已成為公認(rèn)的符合 4E 型涂料產(chǎn)品。
   近幾年，隨著鋁型材行業(yè)飛速發(fā)展，熱轉(zhuǎn)印粉末涂料（俗稱(chēng)木紋粉末涂料）也得到快速發(fā)展，在中國(guó)市場(chǎng)上木紋粉末主要以聚酯/TGIC 類(lèi)型為主，也有很多粉末研究者對(duì)其進(jìn)行了大量的研究并在鋁型材上大量的應(yīng)用，技術(shù)比較成熟。但是隨著人們需求日益增加，聚酯/TGIC 熱轉(zhuǎn)印粉末已經(jīng)漸漸不能滿(mǎn)足客戶(hù)的需求， 這樣就需要更高檔的聚氨酯木紋粉末涂料來(lái)代替。聚氨酯木紋粉末涂料相對(duì)于聚酯/TGIC 木紋粉末涂料，具有流平更好、豐滿(mǎn)度好、轉(zhuǎn)印紋理更清晰逼真和無(wú)毒等特點(diǎn)， 因此很好的滿(mǎn)足了客戶(hù)對(duì)美觀(guān)、 性能和健康等三方面的需求。
 

2 聚氨酯木紋粉末涂料當(dāng)前應(yīng)用的狀況和特點(diǎn)
   聚氨酯粉末涂料做為粉末涂料中的一大類(lèi)，具有涂膜表面豐滿(mǎn)光潔、流平好、硬度高、耐候性?xún)?yōu)良、耐化學(xué)性和防腐蝕性好等許多的優(yōu)良的性能。目前主要應(yīng)用于冰箱、洗衣機(jī)和汽車(chē)等高檔產(chǎn)品中。在熱轉(zhuǎn)印方面，聚氨酯粉末涂料主要依靠其涂膜硬度高、交聯(lián)密度大、涂膜流平好和轉(zhuǎn)印圖案更清晰從而得到應(yīng)用。在鋁型材行業(yè)里，聚氨酯粉末涂料主要用做生產(chǎn)高檔產(chǎn)品，這很大的原因是由于目前國(guó)內(nèi)的聚氨酯固化劑主要依賴(lài)進(jìn)口， 價(jià)格昂貴， 導(dǎo)致聚氨酯木紋粉末只能小批量應(yīng)用， 而且聚氨酯木紋粉主要在低光澤方面應(yīng)用較多。 對(duì)于高光聚氨酯木紋粉在鋁型材中應(yīng)用較少的主要原因是:光澤高意味著其表面微觀(guān)上更平整， 就會(huì)造成撕紙較困難。而隨著聚酯/TGIC 高光木紋粉在鋁型材上大量應(yīng)用，由于此類(lèi)粉末整體上流平不是很好，手感粗糙， 所以客戶(hù)需要一種更高檔次的粉末涂料來(lái)滿(mǎn)足消費(fèi)者的需求。 本文主要探討應(yīng)用于鋁型材的高光聚氨酯木紋粉末涂料。
 

3 鋁型材用高光聚氨酯木紋粉末涂料配方設(shè)計(jì)
   本文中“高光”是指采用光澤儀的 60º 角測(cè)的光澤在 80%單位以上。 目前鋁型材熱轉(zhuǎn)印的方式主要是通過(guò)真空轉(zhuǎn)印方式，對(duì)于熱轉(zhuǎn)印粉末來(lái)說(shuō)，首先必須保證其不粘紙，其次需要流平好、機(jī)械性能優(yōu)良和耐沸水性能優(yōu)異才能適合應(yīng)用于鋁型材。聚氨酯木紋粉主要由羥基樹(shù)脂和封閉型多異氰酸酯組成， 而中國(guó)市場(chǎng)上封閉型多異氰酸酯主要以國(guó)外進(jìn)口的德固賽公司生產(chǎn)的 B1530 為主，羥基樹(shù)脂國(guó)內(nèi)外品種較多，大概分為三大類(lèi)，即低羥值樹(shù)脂（一般羥值在 30mgKOH/g-50mgKOH/g 之間） 、中羥值樹(shù)脂（一般羥值在90mgKOH/g-110mgKOH/g之間） 和高羥值樹(shù)脂 （一般羥280mgKOH/g-320mgKOH/g之間） 。所以需要先研究不同羥值樹(shù)脂對(duì)涂膜的影響。

從表 1 知， 羥基樹(shù)脂的羥值大小對(duì)涂膜的影響非常大， 整體上聚氨酯粉末的流平性都很好，但是隨著羥值的增大，其機(jī)械性能越來(lái)越差，硬度越來(lái)越高，轉(zhuǎn)印效果逐漸變好，耐沸水性隨之變差。對(duì)比配方 2#和 3#發(fā)現(xiàn)，中羥值樹(shù)脂的交聯(lián)密度和硬度已經(jīng)基本上能保證熱轉(zhuǎn)印效果良好，而且高羥值樹(shù)脂還具有機(jī)械性能太差、光澤較低和耐沸水性極差等特點(diǎn)，所以制備高光聚氨酯木紋粉末就不考慮高羥值樹(shù)脂。這樣對(duì)于配方 1#來(lái)說(shuō)，只要解決其轉(zhuǎn)印效果不太好的問(wèn)題，就能設(shè)計(jì)出來(lái)高光木紋粉末涂料。對(duì)于配方 2#來(lái)說(shuō)，也只要解決其耐沸水性能不好的問(wèn)題就能制備出高光木紋粉末。對(duì)于配方 1#，我們可以通過(guò)篩選不同廠(chǎng)家的低羥值樹(shù)脂來(lái)看涂膜效果是否有差異，也可以考慮添加增硬蠟粉來(lái)改善， 或是加入有機(jī)錫類(lèi)促進(jìn)劑來(lái)提高固化程度。 其探索實(shí)驗(yàn)如表2 和表 3。

   從表 2 可以看出，通過(guò)對(duì)比配方 4#、5#、6#知，進(jìn)口 A 樹(shù)脂的涂膜硬度略高一些；低羥值樹(shù)脂制備聚氨酯粉末的轉(zhuǎn)印效果有缺陷； 不同廠(chǎng)家的轉(zhuǎn)印紙質(zhì)量有輕微差異 （在此不多做討論） ；相對(duì)而言進(jìn)口 A 樹(shù)脂更加有利于制備高光聚氨酯木紋粉末；低羥值樹(shù)脂的耐沸水性都好。所以選定 5#配方為基礎(chǔ)配方，然后通過(guò)一些助劑來(lái)進(jìn)一步提高涂膜硬度和交聯(lián)密度。我們一方面通過(guò)添加增硬蠟粉來(lái)改善表面涂膜硬度，另一方面，由于粉末涂料固化的完全度不可能達(dá)到 100%， 所以加入有機(jī)錫催化劑可以提高聚合速度，那么在一定的固化時(shí)間內(nèi)，相當(dāng)于提高了固化程度，讓其更接近 100%，這樣就增加涂膜的交聯(lián)密度。其探索實(shí)驗(yàn)如下表 3。

從表 3 可以看出， 選用合適的增硬蠟粉可以改善涂膜硬度， 有機(jī)錫類(lèi)促進(jìn)劑對(duì)涂膜轉(zhuǎn)印效果起到一定的改善作用。配方 8#和配方 9#的各項(xiàng)性能都滿(mǎn)足鋁型材用高光聚氨酯木紋的要求。所以對(duì)配方 1#的改進(jìn)已經(jīng)達(dá)到了預(yù)想的效果，下面主要討論對(duì)配方 2#的改進(jìn)。對(duì)于以中羥值樹(shù)脂體系的高光聚氨酯木紋體系來(lái)說(shuō)， 由于其羥值明顯大于低羥值樹(shù)脂，因此根據(jù)上述實(shí)驗(yàn)知其交聯(lián)密度和涂膜硬度已經(jīng)達(dá)到轉(zhuǎn)印粉的要求，可以保證轉(zhuǎn)印效果優(yōu)異。根據(jù)配方 2#的實(shí)驗(yàn)結(jié)果知，此配方的缺陷主要是耐沸水性不好。我們分析認(rèn)為可能是由于中羥值樹(shù)脂的羥基相對(duì)于低羥值樹(shù)脂的羥值要多， 如果二者固化程度相同時(shí)， 中羥值樹(shù)脂相對(duì)殘留涂膜里的羥基較多，而羥基是親水基團(tuán)，所以中羥值樹(shù)脂耐沸水性不好。那么要想解決中羥值聚氨酯木紋粉末的水煮問(wèn)題就必須減少涂膜固化后的殘留羥基含量， 也就意味著要提高涂膜的固化程度。 所以我們可以通過(guò)對(duì)比不同廠(chǎng)家樹(shù)脂對(duì)涂膜的影響、 添加催化劑來(lái)增加固化程度和復(fù)配低羥值樹(shù)脂來(lái)減少最終涂膜中的羥基含量。其探索實(shí)驗(yàn)如表 4。

從表 4 可以看出， 不同廠(chǎng)家的中羥值樹(shù)脂的耐沸水性相差不大， 意味著其固化程度相差程度還不能夠通過(guò)耐沸水性的結(jié)果來(lái)進(jìn)行分辨。 根據(jù)表 3 實(shí)驗(yàn)知， 加入有機(jī)錫類(lèi)催化劑在一定程度上能夠增加交聯(lián)密度，但是通過(guò) 11#和 13#兩組實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，其增加的交聯(lián)密度不夠多， 在涂膜中仍殘留一定量的羥基造成耐沸水性不合格。 然后我們通過(guò)復(fù)配低羥值樹(shù)脂降低涂膜羥基含量來(lái)改善耐沸水性， 復(fù)配的低羥值樹(shù)脂的羥值盡量選用偏高一些的樹(shù)脂， 這樣既能保證不產(chǎn)生較大的反應(yīng)速度差又能保證不會(huì)降低太多的交聯(lián)密度， 從而滿(mǎn)足高光澤和轉(zhuǎn)印效果好的要求。隨著低羥值樹(shù)脂含量的增加，其表面硬度有輕微下降，流平基本上沒(méi)有變化，轉(zhuǎn)印效果變化不明顯且都比較好，耐沸水性能得到改善。所以綜合考慮耐沸水性和轉(zhuǎn)印效果，選擇低羥值樹(shù)脂與中羥值樹(shù)脂 1:1 復(fù)配可以制備滿(mǎn)足需求的聚氨酯粉末。根據(jù)以上實(shí)驗(yàn)和分析，我們得出配方 8#、9#和 15#都能制備出光澤高、耐沸水性能好、機(jī)械性能優(yōu)異和轉(zhuǎn)印效果好的聚氨酯木紋粉末涂料。 這三組配方中 8#和 9#比較接近， 與 15#在成本和轉(zhuǎn)印效果上有些差異。8#和 9#配方的優(yōu)勢(shì)是相對(duì)于 15#來(lái)說(shuō)，其成本較低，耐沸水性能更優(yōu)異；15#配方的優(yōu)勢(shì)是其涂膜表面硬度略高，交聯(lián)密度較大，轉(zhuǎn)印效果略好。所以在實(shí)際應(yīng)用時(shí)， 需要根據(jù)噴涂工藝及所使用的轉(zhuǎn)印紙的質(zhì)量來(lái)設(shè)計(jì)配方， 如果轉(zhuǎn)印紙的質(zhì)量較好，固化時(shí)間充足，可選用 8#或 9#配方生產(chǎn)，且有利于降低成本，也有利于提高鋁型材最終產(chǎn)品的耐水性；如果遇到轉(zhuǎn)印紙的質(zhì)量略差時(shí)，就需要參照 15#配方結(jié)構(gòu)進(jìn)行調(diào)試。

4.總結(jié)

綜上所述知，對(duì)于聚氨酯轉(zhuǎn)印粉末配方設(shè)計(jì)需要注意以下幾點(diǎn)：

1.必須設(shè)計(jì)合理配方使涂膜能夠充分固化；

2.增加涂膜硬度和交聯(lián)密度時(shí)要注意其對(duì)流平性、光澤和耐沸水性的影響；

3.設(shè)計(jì)配方時(shí)要通過(guò)轉(zhuǎn)印紙的質(zhì)量和轉(zhuǎn)印工藝合理調(diào)試配方，使其成本、轉(zhuǎn)印效果和涂膜外觀(guān)達(dá)到最好的平衡點(diǎn)。

聚氨酯木紋粉末涂料以其優(yōu)異涂膜外觀(guān)、 滑爽的手感及無(wú)毒等較全面的優(yōu)良的性能正在逐漸被人們認(rèn)識(shí)和接受。在國(guó)內(nèi)需求量也是越來(lái)越大，可以預(yù)見(jiàn)其發(fā)展的前景非常廣闊。目前制約其發(fā)展的主要因素就是其固化劑主要依賴(lài)進(jìn)口， 導(dǎo)致其價(jià)格昂貴， 不能大范圍的替代聚酯/TGIC 型粉末涂料。 所以現(xiàn)在需要國(guó)內(nèi)相關(guān)人士抓緊研制可取代昂貴的進(jìn)口聚氨酯固化劑，使聚氨酯粉末得到更好的發(fā)展。

(作者：劉飛 潘志學(xué) 黃超)