摘要

砂紋型粉末涂料在防火門上噴涂固化后，用折彎機折彎加工時性能差，涂膜容易出現開裂、掉皮等現象。

通過對聚酯樹脂固化條件、樹脂總量、涂膜厚度、助劑的加入量調節以及粉末產品的粒徑大小等因素的綜合分析，制備防火門用抗折彎砂紋粉末涂料。

防火門的外表是使用涂料進行裝飾和防護的涂料在線coatingol.com。粉末涂料涂裝相對傳統的溶劑型涂料涂裝具有生產效率高、工藝簡單、環境友好、原材料利用率高、易實現自動化涂裝等優勢，因此越來越多的廠家選用粉末涂料作為防火門涂裝的首選。

防火門傳統粉末涂料涂裝工藝為：鈑金剪折沖焊→酸洗磷化→填充→膠合→折彎→粉末涂裝→烘烤固化。

該工藝先將門板加工成型最后再進行涂裝，可避免加工過程中對涂膜造成的破壞，對粉末涂料柔韌性能要求低。

但由于防火門膠合工藝需要在夾層中添加蜂窩紙、巖棉、玻璃棉、硅酸鋁等材料，工件質量增大，吊裝困難。

夾層還會吸收大量的熱量，延長了工件升溫時間，降低生產效率。新的防火門涂裝工藝為：鈑金剪折沖焊→酸洗磷化→粉末涂裝→烘烤固化→填充→膠合→折彎成型。新工藝要求粉末涂料具有高柔韌性、抗折彎性能。

防火門上應用的粉末涂料產品多種多樣，平光粉、皺紋粉、砂紋粉和轉印粉等均有涉及。砂紋型粉末涂料花紋美觀、裝飾性強，還可以彌補和遮蓋工件表面粗糙、不平整等缺陷，該類粉末涂料廣泛應用于防火門涂裝。

砂紋粉末涂料由于紋理的形狀在折彎時形成密集應力集中點，折彎后形成裂痕，大量微小裂痕造成涂膜的開裂、掉皮。

粉末涂料理想的固化條件為工件升溫到190～200℃后保溫10～15min。由于防火門工件較大，連續生產作業時工件固化溫度和時間受到限制，經過對多廠家實際測量，實際固化條件在185℃、10min，冬季施工溫度和時間更低，固化條件在180℃、8min。

本文從以上兩個難點出發，制作高柔韌性能的砂紋粉末涂料，一是0T折彎不開裂(涂層在彎曲面外側，180°對折)。

二是適用苛刻的固化條件，固化條件在180℃、8min滿足大部分的用戶應用。本文以聚酯樹脂為基料，通過配方調節和生產工藝控制，以期獲得質量穩定的抗折彎砂紋粉末涂料。

1 實驗部分

1.1 主要原材料

聚酯樹脂(SJ4#E、SJ4700、SJ4800)：工業級，安徽神劍；固化劑(TGIC)：工業級，鞍山潤德；流平劑(KC758)：工業級，安徽景成化工；硫酸鋇(沉淀硫酸鋇)：工業級，嘉信化工；硅灰石(800目)：工業級，上海輝潮；砂紋劑(816)：工業級，杭州中順；有機膨潤土：工業級，安吉；柔韌劑(F-105)：工業級，蘇州帕特納。

1.2 實驗設備及儀器

電子天平(TC3K)：常熟市雙杰測試儀器廠；雙螺桿擠出機(SFJ-32N)：煙臺遠豐機械有限公司；多功能粉碎機(YB-700)：永康市速鋒工貿有限公司；高壓靜電噴(CQ-SJ5)：深圳市成企鑫科技有限公司；電熱鼓風干燥箱(WGL-125B)：天津市泰斯特儀器有限公司；激光粒徑分布儀(BT-9300H)：丹東市百特儀器有限公司；涂膜沖擊器(QCJ)：天津鴻聚利試驗設備廠；涂膜劃格儀(QFH)：天津市精科材料試驗機廠；T型彎曲試驗機(QZW)：精科；杯突試驗儀：德國BYK；耐濕熱試驗箱：英國sheen；鹽霧試驗箱(F-120S)：東莞市精卓儀器有限公司；膜厚測試儀(4500B)：尼克斯。

1.3 抗折彎砂紋粉末涂料參考配方

根據客戶施工環境和固化條件，確定抗折彎砂紋粉末涂料參考配方，具體如表1所示。

1.4 粉末涂料的制備

按照表1配方稱取原材料，充分預混合后在擠出機中熔融擠出，擠出機轉速50Hz，一區溫度95℃，二區溫度105℃，冷卻后壓片，初破碎后用多功能粉碎機破碎，過手篩制得粉末涂料。

1.5 性能測定

將制取的粉末涂料分別使用靜電噴槍均勻涂覆在尺寸為50mm×120mm×0.3mm馬口鐵板上，膜厚控制在(60±10)μm，噴涂后放入固化爐中烘烤固化，180℃、保溫8min后取出樣板。

樣板置于(23±2)℃及相對濕度50%±5%的恒溫恒濕環境中，按標準測試各項性能。參照GB/T1732—93《漆膜耐沖擊測定法》，采用涂膜沖擊器(QCJ)進行測試。

參照GB/T13448—2006標準第7部分彎曲試驗的測試方法，采用T型彎曲試驗機進行測試。參照ISO8130-8：1994《粉末涂料第8部分：熱固性粉末涂料貯存穩定性的評定》，采用電熱鼓風干燥箱(WGL-125B)進行測試。

2 結果與討論

2.1 聚酯樹脂的選擇

粉末涂料行業中使用的聚酯多是飽和型的，由多元醇和多元酸通過聚酯化反應合成，體系繁多，用途各異。從端基的結構分為端羧基聚酯樹脂和端羥基聚酯樹脂。

端羧基聚酯的酸值從20～100mgKOH/g酸值不同性能不同，應用于不同的粉末涂料中。

本文采用的為低、中酸值(20～45mgKOH/g)的聚酯用異氰脲酸三縮水甘油酯(TGIC)作固化劑制備耐候性優異的聚酯粉末涂料。但TGIC屬于限制類產品，今后使用中須注意。

選取3種不同反應速度的聚酯樹脂，按照參考配方在180℃、8min條件下固化反應。在相同條件下進行耐沖擊性、膠化時間、0T彎曲、貯存穩定性的測試，選取適應的聚酯樹脂，實驗結果如表2所示。

由表2可以看到，SJ4800的固化速度緩慢，在180℃、8min條件下涂膜沒有充分反應，耐沖擊性和0T彎曲很差。

SJ4#E的固化速度相對較慢，在180℃、8min條件下涂膜沒有充分反應，耐沖擊性和0T彎曲相對較差。

SJ4700反應速度快，在180℃、8min條件下能充分固化，耐沖擊性和0T彎曲通過，但是SJ4700的活性高，貯存穩定性差。

將SJ4#E、SJ4700兩種聚酯按質量比1∶1混合搭配，得到的涂膜在180℃、8min條件下，耐沖擊性和0T彎曲通過，貯存穩定性無變化。

綜上所述，選用聚酯SJ4#E、SJ4700(1∶1)制作砂紋粉為宜。

2.2 樹脂量選擇

樹脂量的控制可由顏基比調節。樹脂量加量少時，增加了粉末涂料的熔融黏度，降低了分子運動速度和固化速率，延長固化時間，涂膜在規定條件下固化不足，機械性能差。

選取3種不同含量的樹脂份，按照參考配方在180℃、8min條件下固化反應。在相同條件下進行光澤、砂紋效果、0T彎曲的測試，選取適應的樹脂量，實驗結果如表3所示。

由表3可以看出，樹脂量為50%時噴涂出的板面砂紋粗糙，光澤低，0T彎曲開裂。樹脂量為60%時噴涂出的板面砂紋細膩，光澤較低，0T彎曲無開裂。

樹脂量為70%時噴涂出的板面砂紋平滑，光澤亮，0T彎曲無開裂。其他條件不變的情況下，隨著樹脂量的提高粉末的上粉率逐漸增加，體系的黏度越低，表現出的砂紋效果越差，光澤越高，失去了磨砂的效果。

樹脂量太低，粉末上粉效果差，砂紋的粗糙度更強，0T彎曲易開裂。適宜的樹脂量能夠控制材料成本。

綜上所述，60%的樹脂量應用在防火門抗折彎砂紋粉末的綜合效果最好。

2.3 涂膜厚度

涂膜厚度是檢測被保護工件實際應用和質量的重要測量方法，厚度的大小對被涂工件的各項性能有重要影響。

選取3種不同噴涂厚度的樣板，按照參考配方在180℃、8min條件下固化反應。在相同條件下進行硬度、砂紋效果、耐沖擊性、0T彎曲的測試，確定適當的膜厚，實驗結果如表4所示。

由表4可以看出涂膜厚度在50～70μm時，板面砂紋細膩，硬度、耐沖擊性符合標準，0T彎曲無開裂。涂膜厚度在70～90μm、90～110μm時，板面砂紋粗糙，硬度、耐沖擊性符合標準，0T彎曲開裂。砂紋粉噴涂越厚，表面越粗糙，0T彎曲效果越差，因此砂紋粉不適合厚涂。

綜上所述，抗折彎砂紋粉涂膜厚度控制在50～70μm為宜。

2.4 助劑用量確定

柔韌性助劑在粉末產品中具有良好的耐沖擊性和拉伸性能，對產品的附著力、彎曲起到很好的調節作用。

選取3個不同加量的比對，按照參考配方在180℃、8min條件下固化反應。在相同條件下進行硬度、耐沖擊性、砂紋效果、0T彎曲的測試，確定適應的加量，實驗結果如表5所示。

由表5可以看出不加入柔韌性助劑粉末的耐沖擊性和硬度能夠達到要求，0T彎曲稍差。加入0.5%柔韌性助劑粉末的耐沖擊性、硬度和0T彎曲均能達到要求。

加入1.0%柔韌性助劑粉末的耐沖擊性、硬度和0T彎曲也能達到要求。砂紋粉自身的拉伸性能很差，隨著柔韌助劑的加入，0T彎曲拉伸效果開始變好，加入量的逐漸加大后沒有明顯變化。

綜上所述，加入柔韌性助劑，用量在0.5%為宜。

2.5 粒徑控制影響

粉末涂料粒徑分布會影響涂料的流平性、上粉率、回收率。一般來說，涂層粒徑越小，越有利于其固化時的流平性，涂膜的外觀也越平整、光滑。

同時涂料顆粒粒徑小也可以降低涂層的厚度，同等質量的涂料就可以涂裝更大面積，但是粉末涂料的粒徑也不是越小越好。

粉末粒徑小則帶電性差，導致上粉率下降，所以需要嚴格控制顆粒的粒徑分布。砂紋粉對粒徑的要求更加苛刻，影響表面的砂紋效果和上粉率。

選取3個不同中位粒徑的產品，按照參考配方在180℃、8min條件下固化反應。在相同條件下進行耐沖擊性、砂紋效果、0T彎曲和貯存穩定性的測試，確定合適的粒徑，實驗結果如表6所示。

由表6看出粒徑在28μm時，出來的砂紋細膩，0T彎曲、耐沖擊性符合標準，但貯存穩定性差。粒徑在35μm時，出來的砂紋細膩，0T彎曲、耐沖擊性符合標準，貯存穩定性無變化。

粒徑在45μm時，出來的砂紋粗糙，耐沖擊性符合標準、0T彎曲裂，貯存穩定性無變化。相同的產品粒徑不同，在0T彎曲、耐沖擊性性能上變化不大，粒徑越大砂紋效果越粗糙，粒徑越小砂紋效果越細膩，但是粉末的貯存穩定性逐漸變差。

綜上所述粉末產品粒徑D50控制在35μm為宜。

3 產品性能檢測結果

通過上述實驗確定適應產品的配方，參照HG/T2006—2006進行涂料性能檢測，具體性能檢測結果如表7所示。

4 結語

(1)聚酯樹脂的反應速度對抗折彎砂紋粉末涂料的影響較大，經實驗確定聚酯m(SJ4#E)∶m(SJ4700)＝1∶1搭配使用。

(2)樹脂量、涂膜厚度對抗折彎砂紋粉末涂料有一定影響，經實驗確定60%樹脂量，涂膜厚度控制在50～70μm。

(3)柔韌性助劑對抗折彎砂紋粉末涂料的影響較大，加入量的逐漸加大后沒有明顯改觀。確定加量在0.5%。

(4)粒徑大小對抗折彎砂紋粉末涂料的0T彎曲有一定影響，選用中位粒徑在35μm，得到的涂膜細膩，貯存穩定性好。

(5)通過對聚酯樹脂的篩選、樹脂用量調節、涂膜厚度對比、助劑加入量調整和粒徑的控制得到了在180℃、8min固化完全、0T彎曲好、砂紋細膩的防火門用抗折彎砂紋粉末涂料。