【粉末信息】粉末涂料的消光原理及应用
根据应用的不同，有时需要半光泽或哑光粉末涂料。为了降低涂膜的光泽度，常用的消光剂包括超细二氧化硅、滑石粉、硬脂酸铝、硬脂酸钙和低分子量热塑性树脂。
2021-08
根据应用的不同，有时需要半光泽或哑光粉末涂料。为了降低涂膜的光泽度，常用的消光剂包括超细二氧化硅、滑石粉、硬脂酸铝、硬脂酸钙和低分子量热塑性树脂。为了获得消光效果，可以使用以下方法：
a.如果采用干混法混合不同固化速度的粉末涂料，则所得涂膜的光泽度会显著降低，并具有消光效果。因为高反应活性粉末涂料固化速度快，阻碍了慢固化连续相树脂的流平和反应，最终使固化涂膜失去光泽。虽然这种方法有效，但增加了生产工艺和成本。
b.添加热塑性树脂。在环氧粉末涂料中添加醋酸纤维素，在聚酯粉末涂料中添加细粉状低分子量聚乙烯和聚丙烯树脂，可以得到哑光粉末涂料。涂膜的光泽度受生产条件的影响。由于添加热塑性树脂会影响粉末涂料的储存稳定性，因此添加量限制在树脂量的2-3%。
c.使用具有消光效果的特殊固化剂。d.添加具有消光效果的填料。添加超细二氧化硅、滑石粉等填料可以显著降低光泽度。特别是填料的粒径对涂膜的光泽度影响很大，粒径越大，光泽度越低。需要注意的是，增加填料的用量会降低涂膜的平整度和机械强度。在环氧粉末涂料中，碳酸钙粒径对涂膜光泽度的影响如表所示。在丙烯酸和聚酯粉末涂料中添加超细二氧化硅和高岭土可以得到消光涂料。此外，添加聚乙烯石蜡和氢化蓖麻油等蜡也可以得到哑光涂料。
涂料消光原理及其应用 近年来，我国涂料行业蓬勃发展，涂料总产量跃居世界前列，形成了相关产业集群，积极推动传统涂装领域的科技革命和发展。在此期间，高光亮涂料以其鲜艳亮丽的色彩深受消费者喜爱，长期占据涂料市场的主导地位。然而，随着人们生活水平的不断提高，一方面，消费者觉得高光亮漆成膜后反光较强，对人眼有害；另一方面，消费者的审美观念越来越倾向于休闲、时尚和个性化。加上我国汽车和家电行业的蓬勃发展，这些因素导致对外观柔和的低光泽涂料的需求急剧增加。同时，如何生产具有消光性能的涂料也成为涂料设计师必须考虑的问题。
1.影响光泽度和光泽度的因素
1.光泽度和光泽度的测量 光线投射到物体表面时会发生反射，物体表面的反射能力称为光泽度。不同物体的表面光泽度不同。衡量物体表面反射光线能力的指标称为光泽度。光泽度用百分比表示。物体表面光泽度越高，其反射光线的能力越强，亮度越高。光泽度用光电光泽度计测量。根据光泽度的大小，涂料可分为亮光、亚光和哑光。涂料光泽度分类（以60°反射光泽度（即光入射角为60°）为例）：哑光漆：光泽度<10%；亚光漆：光泽度15-60%；亮光漆：光泽度>60%。
2.影响光泽度的因素
①涂膜表面的粗糙度 物体表面的光泽度与物体表面的粗糙度密切相关。当光线照射到物体表面时，一部分会被物体吸收，一部分会被反射和散射，一部分会被折射。物体表面粗糙度越小，反射的光线越多，光泽度越高。相反，如果物体表面不平整，散射光会增加，光泽度会降低。根据微表面理论，可以用公式h=λ/cosα计算人眼可以感知的亮物体表面粗糙度(h)，其中λ为人眼发出的光的波长；α为入射角。例如，当发射角为60°时，可以计算出h=1.1μm。当物体的表面粗糙度h大于1.1μm时，就会表现出不平整，降低光泽度。
②涂膜的成膜过程 涂料涂覆在物体表面后，通过溶剂的挥发（对于溶剂型涂料）固化成膜。涂膜的形成过程对涂膜的表面粗糙度和光泽度非常重要。在湿膜阶段，溶剂的挥发速度由溶剂在涂膜表面的扩散控制。当溶剂各组分的挥发速度相差不大时，有可能获得高光泽表面；相反，当溶剂组分在湿膜阶段的挥发速度不同时，会使高分子链倾向于卷曲，甚至析出，形成大小不同的颗粒或团聚体，使涂膜表面出现不平整。在干膜阶段，溶剂的挥发速度主要由溶剂在整个涂层中的扩散控制，也会影响涂膜表面的粗糙度。此外，在涂膜形成过程中，随着溶剂的挥发，涂膜会变薄收缩，涂料中一些悬浮的重粒子会在涂膜表面重新排列，造成涂膜表面不平整。
③颜料和细料的粒径和分布。涂料中颜料（填料）材料的粒径和粒径分布是影响涂膜光泽度的重要因素之一。人们在研究中发现，只有当颜料颗粒直径小于0.3μm时，才能得到高光泽涂膜。原因是：将分散在涂料中的颜料颗粒制成一定厚度的涂膜干燥后，只有最上层的颜料颗粒部分突出，粒径小于0.3μm的颜料离子造成的涂膜表面粗糙度不会超过0.1μm。当颜料平均粒径在3～5μm之间时，可以得到具有较好消光效果的涂膜。
除了以上三个影响涂层表面光泽度的因素外，颜料的体积分数（PVC）、颜料的分散性以及涂层的表面结构和表面反射特性也会影响涂层表面的光泽度。其中，随着颜料PVC的增加，涂膜表面的光泽度先下降，在颜料的极限体积分数（CPVC）处出现最小值，然后随着PVC的增加，光泽度也增加。当颜料种类和用量确定时，分散性越好，涂膜表面的光泽度越高。
二、涂料消光问题 消光是指采用一定的方法降低涂膜表面的光泽度。
1.消光原理 结合涂膜表面光泽度机理及影响光泽度的因素，人们认为消光就是采用各种方法破坏涂膜的平整性，增加涂膜表面的微观粗糙度，减少涂膜表面的光镜面反射。它可以分为物理消光和化学消光两种方式。物理消光的原理是：添加消光剂，使涂膜成膜过程中表面不平整，增加光的散射，降低反射。化学消光是通过在涂料中引入一些能够吸收光线的结构或基团，例如聚丙烯接枝物，来获得低光泽。
2.消光方法①消光剂 在今天的涂料工业中，人们普遍采用添加消光剂的方法。主要有以下几类：
(1)金属皂 金属皂是早期常用的消光剂，主要是一些金属硬脂酸盐，如硬脂酸铝、硬脂酸锌、硬脂酸钙、硬脂酸镁等，其中硬脂酸铝用得最多。金属皂的消光原理是基于其与涂料组分的不相容性，它以非常细小的颗粒悬浮在涂料中，在成膜过程中分布在涂膜表面，使涂膜表面产生微小的粗糙度，降低涂膜表面对光的反射，达到消光目的。
(2)蜡 蜡是一种较早使用且应用广泛的消光剂，属于有机悬浮型消光剂。涂料涂刷后，涂膜中的蜡随着溶剂的挥发而析出，并以细小的晶体悬浮在涂膜表面，形成粗糙的表面，散射光线，起到消光作用。蜡作为消光剂的特点是使用方便，且能赋予涂膜良好的手感、耐水性、耐湿热性和耐污性。但蜡层在涂膜表面形成后，也会阻碍溶剂的挥发和氧气的渗透，影响涂膜的干燥和复涂。未来的发展趋势是将合成聚合物蜡和二氧化硅一起使用，以获得最佳的消光效果。
(3)功能性细微材料 填料颜料，如硅藻土、高岭土、气相二氧化硅等，都是专门用作消光剂的功能性细微材料，属于无机填充型消光剂。涂膜干燥时，它们的微小颗粒会在涂膜表面形成微粗糙表面，降低光的反射，获得亚光外观。这类消光剂的消光效果受多种因素制约。以二氧化硅为例，用作消光剂时，其颗粒的孔容、平均粒径和粒径分布、干膜厚度以及颗粒表面是否经过处理等，都会影响其消光效果。实验表明，孔容较大、粒径分布均匀且粒径与干膜厚度匹配的二氧化硅具有较好的消光性能。
除了以上三种常用的消光剂外，一些干性油，如桐油，也可在涂料中用作消光剂。它主要利用桐油中共轭双键的高反应活性，使涂膜底层表面的氧化交联速度不同，从而在涂膜表面产生不均匀性，达到消光效果。
为了获得低光泽度，消光剂发挥着不可替代的作用。但在其使用过程中，仍存在许多有待改进的缺陷。例如，消光剂的选择和使用条件比较苛刻；消光剂的价格比较高，我国使用的消光剂大部分需要从国外进口，这使得低光泽涂料产品的价格也相应提高；国产消光剂多含有环状物质，因此 resulting coating film is prone to yellowing and poor baking resistance. How to produce a matting agent with good performance and moderate price is still one of the problems that paint workers need to solve.
3.消光树脂 树脂是涂料中不可缺少的组分，因此有人合成了消光树脂，并将其与其他树脂一起成膜以获得低光泽度。它可以避免使用消光剂，降低涂料成本。 国外已有相应产品上市，国内顾继先和姜其滨也对此进行了研究，合成了丙烯酸消光树脂，应用于粉末涂料，效果相当好，并消除了涂膜泛黄、耐烘烤性差等缺陷。其机理：一是利用消光树脂中的官能团与涂料组成中的固化剂在不同温度下固化产生顺序固化，造成涂膜表面收缩不均，从而破坏涂膜表面的平整度而产生消光。G9010消光树脂就是利用这种机理获得消光的。二是增大两种树脂之间的表面张力差，造成涂膜收缩不均产生微粗糙度。姜其滨合成的消光树脂就是因为这个原因产生消光效果。三是将相容性差的单体引入合成树脂中，涂膜成膜造成这些单体使合成树脂从涂膜中间析出，从而增加涂膜表面的微粗糙度而获得低光泽度。
三、展望 未来涂料市场上低光泽涂料将会吸引越来越多人的关注，这使得消光剂的问题更加重要。具有优良合成性能的改性消光剂（如用聚合物蜡处理过的二氧化硅等）和合成消光树脂无疑将成为研究的重点。
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