年会特辑 新型户外无光消光剂M-70的应用探讨

本文介绍了一种适用于聚酯/TGIC体系粉末涂料的新型户外无光消光剂M-70。通过对M-70添加量、烘烤温度、聚酯匹配性、烘烤温度、等多因素全方位进行测试，得出使用该消光剂所制备的粉末涂料可获得5%（@60°）以上任意光泽，综合性能优异。...



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摘要：本文介绍了一种适用于聚酯/TGIC体系粉末涂料的新型户外无光消光剂M-70。通过对M-70消光剂添加量、烘烤温度、聚酯匹配性、烘烤温度、填料、储存稳定性、耐候性等多因素全方位进行测试，得出使用该消光剂所制备的粉末涂料可获得5%（@60°）以上任意光泽，涂膜表面平整光滑，综合性能优异。

1前言

高品质低光热固性粉末涂料的市场需求在稳步提升，这是人们回归自然的长期趋势。户外消光剂的需求也随之提升。在我国，一批前辈经过近30年的不懈努力，户外消光剂的研究和应用都有了较大的发展，并且形成了多个体系。例如蜡基锌盐类消光剂，聚丙烯酸缩水甘油酯(PGMA)树脂基消光剂，聚丙烯酸树脂基消光剂。但是这些消光剂仍有缺陷，目前，国内市场大量使用的户外消光剂缺点如下：

蜡-锌盐类消光剂通常光泽只能降至约30%（@60°）。当添加量教多（粉末总重的4%）时，用于深色涂膜表面时易形成一层蜡雾，手摸易产生印迹，并且烘烤过程冒烟，重涂性较差，影响施工。

聚丙烯酸缩水甘油酯(PGMA)树脂基消光剂和聚丙烯酸(PAA)树脂基消光剂的缺点是用量较大，而且对挤出设备及生产工艺要求严苛，生产中光泽极易波动，光泽可调性不佳，涂膜抗划伤差，储存稳定性很差。

此外，对目前户外消光剂的消光机理仍不明确，这也阻碍了户外消光剂的进一步发展和改进。本文以市场上新出现的丙烯酸树脂(PAA)-硫族微粒复合消光剂M-70为例，探讨了户外消光剂可能的消光机理，并测试了M-70的消光性能。

2户外消光剂M-70的消光机理

通常认为，当光线到达不透明的涂膜表面时，光线与物体表面发生多种作用。入射光中有一部分被吸收，这部分光主要决定了物体的颜色。另外一部分被反射，反射的部分使涂膜呈现光泽。如图1所示，漫反射发生的多少，决定了物体光泽的高低，光线发生漫反射，主要是由固体表面的粗糙程度决定。表面越粗糙，漫反射越严重，光泽也就越低。

加入M-70户外消光剂的粉末涂料，在熔融固化过程中，与粉末涂料自身形成相互配合的两种固化体系；硫族微粒复合物运动到涂膜表层并均匀分布，固化后形成凹凸不平的有序阵列，当入射光到达凹凸不平的涂膜表面时，发生光线的漫反射，从而实现了涂层的消光效果。



消光剂在户外粉末涂料体系中的迁移过程如图2所示，首先，通过螺杆挤出以后，消光剂颗粒在粉末涂料中均匀分布，烘烤过程中由于表面张力作用，绝大部分硫族复合微粒向表面迁移，并均匀分布，烘烤后，运动到涂料表层的硫族复合微粒和粉末涂料固化体系一起固化，每个消光剂粒子形成一个平滑的微观凹面，实现涂料的不平整化，从而实现消光。

3实验部分

3.1 主要原材料

• 户外消光剂：M-70，安徽景成化工科技有限公司
• 户外聚酯树脂：神剑SJ4#ET，擎天NH3307，产协EL6600A，DSMP4600，DSM P5300，光华GH2208，湛新2441-2。
• TGIC：三得利，宏大圣导，牛塘，华惠，扬州唯一，黄山晟丰，艾科赛林
• 炭黑：MA100，日本三菱
• 钛白粉：R706，美国杜邦

3.2 主要实验仪器与设备





3.3 测试工艺

• 预混合→熔融挤出→压片→粉碎→筛分→静电喷涂→固化
• 挤出条件：一区95℃ 二区110℃
• 固化条件：210℃/200℃/190℃/180℃*12min

3.4 测试配方

4实验数据分析

4.1 M-70消光性能与添加量的关系以及烘烤温度适应性

按照表2中的配方1制作样板，用不同的固化温度烘烤，得到涂膜光泽如图3所示。



按照表2中的配方2制作样板，用不同的固化温度烘烤，得到涂膜光泽如图4所示。



实验数据表明：

（1）随着消光剂用量的增加，光泽逐渐下降；聚酯A的黑色配方可低至7°左右；

（2）光泽随烘烤温度的下降而稍有上升，黑色配方较白色配方的上升幅度更小，不宜低于190℃烘烤，否则对光泽影响较大，最佳烘烤温度为200℃。

4.2 M-70对树脂的选择性

按照表2中的配方1，更换不同厂家的聚酯树脂制作样板进行测试，得到数据如图5所示。



按照表2中的配方1，把M-70添加量减到3.5%，并用不同厂家的聚酯树脂制作样板进行测试，得到数据如图6所示。

上述实验结果表明：M-70对树脂的适用性较广，消光效果明显；其中，5.5%添加量，NH3307，最低可消光至5°，DSM4600可消至4°，产协EL6600A可消至6°；3.5%添加量普遍能得到20°左右的光泽。

4.3 不同填料对光泽的影响

按照表2中的配方1，变换不同的填料制作样板进行实验得到数据如表3所示。



表3实验数据表明：不同填料对光泽影响较小，冲击性能和涂膜外观也保持较好，M-70对填料无明显选择性。

4.4 不同厂家的TGIC对M-70消光性能的影响

为了评估不同厂家TGIC对M-70消光性能的影响，我们按照表2中的配方1，变换不同厂家的TGIC制作样板进行实验，得到数据如表4所示。



表4数据表明：不同的TGIC，消光光泽的波动范围较小。

4.5 储存稳定性测试

储存稳定性是粉末涂料最基本的指标之一。为此我们进行了储存稳定性实验。将表2中的配方1做成的粉末放在恒温40℃条件下烘烤60天，测试粉末的储存稳定性，得到数据如表5。



数据表明：40℃条件下两个月，粉末状态始终是松散的，无结块现象；光泽较初始光泽无明显变化。在实验条件下，储存稳定性较理想。但是，在实际粉末涂料的储存过程中，应避免储存温度过高，保证良好的储存环境，以免粉末变质。

4.6 涂膜耐候性

综上实验数据证明，M-70的消光性能已经达到理想的效果，但是作为户外粉末涂料，如果涂膜没有优异的耐候性，再好的消光性能也是枉然。

为此，我们选取聚酯A、聚酯B搭配M-70并添加KC1020复合抗氧化剂进行人工加速老化实验；按表2中的配方3、配方4制作样板。按照ASTMG154测试标准，设定运行参数如表6。



实验结果见表7。



实验结果表明：M-70制备的粉末涂料能够满足一般工业品的耐候要求；在实际生产中，应根据需要，尽量选用耐候性较好的聚酯。

5结论

户外消光剂M-70具有较好的树脂适应性和稳定的消光性能，相对于聚酯/MA体系的消光剂，有其独特的优势。是一款优异的户外消光剂。

但是，M-70并不是无懈可击的，对聚酯的适应性，进一步提高粉末储存稳定性等问题还需要我们不断地努力去完善。这是我们今后研究这类消光剂的方向，解决这些问题对户外消光剂的发展有着重要的意义。

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