消光粉在涂料中的应用

一、前　言  

    随着人民生活水平的不断提高,人们需要不同光泽的涂料。高档的亚光涂料,以其自然、高贵、优雅,吸引了广大消费者。另外,亚光涂层的表面可隐蔽轻微的漆膜缺陷,使外观均匀一致,而受到涂料制造商的欢迎。因此,如何针对所制备的涂料的特性,选用合适的消光剂,以达到预期的效果,成为涂料配方设计师的主要问题。对光泽的控制是一个成功涂料配方的重要组成部分。

二、消光粉平均粒径对涂料的影响

1、平均粒径与透明性的关系：  随着平均粒径的增大，透明性变差。这是因为，透明性是指物体透过可见光并散射较少的性质粉料的最佳粒径一般应为光线在空气中波长的1／2，即0．2～0．4 m。大于此值，粉料的总表面积减少光线的总散射能力降低，小于此值，粉料将失去对光线的散射能力。粉料通常是不同粒径的混合体，粒径在 0．01～50 m之间在体系中，消光粉的粒径越小，散射可见光越少，大量入射光线因发生绕射而透过消光粉，因此体系的透明性越好。但平均粒径太小，发挥消光作用的粒子就越少，起不到应有的消光作用。当平均粒径与涂膜的厚度协调的情况下，平均粒径越大，消光粉的消光效果越好。因此在选择消光粉时要同时考虑消光、透明与涂膜厚度的因素，通过做对比试验选择最符合要求的消光粉。2、平均粒径与防沉性的关系：  在相同的体系中，放置相同的时间，平均粒径大的体系，粉体下沉的速率快且容易形成硬沉淀。粒径的平方与沉降速率成正比，因此平均粒径越大沉降速率越快。3、平均粒径与消光性的关系：

  平均粒径越大，涂料消光效果越好；平均粒径越小，涂料透明性越好。在选用消光粉的过程中要通过系列的对比试验，使消光、透明性能都较好地满足实际使用要求。  平均粒径分布越小，会增加体系的黏度，沉降速率也会降低，在选用消光粉时最好同时考虑消光和沉降性的因素。

三、消光粉孔隙率对涂料的影响

  消光剂一般象小海绵一样,内部有许多孔隙。较高孔隙率的颗粒较轻,因而单位质量下的颗粒就较多,正因为这些颗粒产生了消光所需要的微粗糙度。相同粒径的情况下，孔隙率越高能够得到很高的消光效率。

四、消光粉表面处理对涂料的影响

1、有机蜡处理的消光粉，吸油量小，易分层沉降，但是软沉淀，而且有机物处理的消光剂比相当的无处理的消光粉的消光效率要低一些。

2、未处理的消光粉，吸油量大，触变性大，不易分层沉降，但是容易产生硬沉淀，透明性和消光性要好于相当的蜡处理消光粉。

五、消光粉在涂料中的分散方法  消光粉要达到消光效果，必须在漆膜的表面造成光线漫反射，否则消光效果不好。因此，消光粉尽量不要研磨，如果研磨或者高速长时间分散，会将消光粉的表面破坏，而且粒径也变太小了，这样的消光效果不理想，目前市场上的消光粉的粒径不会大于30微米，对于一般的面漆来说，已经足够了，消光粉一般不研磨的原因是消光粉自身的海绵状结构，过度研磨（或者分散）会破坏海绵状结构，形成光滑的切面，造成消光效率下降。消光粉研磨的话，消光能力会有影响的，一般消光粉的粒径在5-20um，不会对表面产生影响，如果有影响的话，加入时的步骤（在搅拌时加入）和油漆的粘度可以适当低点，除非消光粉的分散能力差，否则分散15~30min就达到要求。

  另外有时候在实验室分散细度可以达到要求，但是在实际生产就会出现细度问题，其主要原因分析是实验室剪切力高，而实际生产用的分散机，剪切力不够。

六、消光粉在涂料中的应用

  ㈠、聚氨酯漆(pu漆)：聚氨酯涂料是目前较常见的一类涂料，可以分为双组分聚氨酯涂料和单组分聚氨酯涂料。双组分聚氨酯涂料一般是由异氰酸酯预聚物（也叫低分子氨基甲酸酯聚合物）和含羟基树脂两部分组成，通常称为固化剂组分和主剂组分。

　根据含羟基组分的不同可分为：丙烯酸聚氨酯、醇酸聚氨酯、聚酯聚氨酯、聚醚聚氨酯、环氧聚氨酯等品种。

　此类漆漆膜光亮丰满、坚硬耐磨，耐油、耐酸、耐化学品和工业废气，电性能好，能和多种树脂混溶，可在广泛范围内调整配方，以满足不同需要。广泛应用于木器、汽车、飞机、机械、电器、仪器仪表、塑料、皮革、纸张、织物、石油化工等各个方面。

  目前消光粉应用量最大的也在聚氨酯漆上：

  1、木器家具漆：随着国外把哑光透明漆的概念带到中国来之后，国内对消光粉的需求量越来越大。目前应用在木器上的主要为醇酸聚氨酯，现在家具厂对透明度和手感的要求越来越高，所以涂料生产商会尽量把配方中消光粉的量减少以来增加透明度，选择防沉性较好的分散剂（比如byk-103），减少防沉剂的用量来增加透明度；尽量会用分散细度较好的消光粉来增加手感。一般3分光的添加量在5~7%点，5分光的添加量在3~5%点，7分光的添加量在1~2%点。按照对产品的要求，我司HM系列的产品可以应用，建议3分光用HM-1451A、HM-1481D，5分光和7分光用HM-1531D/HM-1651D。

  2、弹性漆：弹性漆属于聚酯聚氨酯，主要应用于汽车塑料构件、电动工具及电器等塑料部件上，这类产品除要求涂料具有较高的弹性、柔韧性及耐磨性外，还要求涂料具有长期户外使用的耐候性和耐水、耐酸、耐碱及耐有机溶剂性。其对消光粉的要求有：⑴消光性，要求在添加量6~7%时候消到10度以下。⑵透明度，在添加量6~7%不会发白，手掐不会留下白色的痕迹。⑶手感，对手感要求较高，目前国产的消光粉用在弹性漆上干燥速度比ok520慢，所以造成其手感较差，通过烘烤后也会感觉到有点不干。⑷防沉性：由于对透明度要求较高，一般不加防沉剂，目前国产的蜡处理消光粉产品基本上可以达到要求。目前市面上用在弹性漆中比较多的是格雷斯的CP4-8991，东曹的K-500、E-1011，DEGUSA的OK-520，OK-607,TS-100等等，我司HS-3451F、HS-370T产品在弹性漆上的应用，可替代部分国外产品。

  3、丙烯酸聚氨酯漆：主要用于户外木器漆、户外防腐漆和塑胶漆上。此类产品对消光粉要求不高，一般我司HM系列和HS系列的产品都可以应用。

  ㈡、氨基树脂漆：氨基漆的主要由两部分组成，其一是氨基树脂组分，主要有丁醚化三聚氰氨甲醛树脂、甲醚化三聚氰氨甲醛树脂、丁醚化脲醛树脂等树脂。其二是羟基树脂部分，主要有中短油度醇酸树脂、含羟丙烯酸树脂、环氧树脂等树脂。

1、酸固化醇酸脲醛树脂涂料，俗称酸固化漆（AC漆），由醇酸树脂，脲醛树脂，增塑剂、助剂组成，主要应用于木器上，施工性较差，国内已经接近淘汰。

2、氨基烤漆，可以分为醇酸氨基烤漆，丙烯酸氨基烤漆和聚酯氨基烤漆三类。一般汽车漆为丙烯酸氨基烤漆,卷材漆为聚酯氨基烤漆.醇酸氨基烤漆为较低档的烤漆一类.此类品种都需要加热固化，一般固化温度都在100℃以上，固化时间都在20分钟以上。固化后的漆膜性能极佳，漆膜坚硬丰满，光亮艳丽，牢固耐久，具有很好的装饰作用及保护作用。缺点是对涂装设备的要求较高，能耗高，不适合于小型生产。氨基烤漆主要用于汽车面漆、家用电器涂装、各种金属表面涂装、仪器仪表及工业设备的涂装。

  ㈢、醇酸树脂漆（醇酸调和漆）：由干性植物油改性的中油度醇酸树脂、催干剂、松节油与二甲苯的混合溶剂调制而成。漆膜具有较好的附着力和耐久性，能在室温下干燥，但耐水性较差，适宜室内木器及家具表面涂覆，并可作醇酸磁漆罩光用。由醇酸树脂、颜料、体质颜料、催干剂及有机溶剂等调制而成。性能介于醇酸磁漆和酯胶调和漆之间，主要用于建筑材料、木器金属等表面作装饰保护。

  ㈣、硝基漆（NC漆）：硝基漆是目前比较常见的木器及装修用涂料。硝基漆的主要成膜物是以硝化棉为主，配合醇酸树脂、改性松香树脂、丙烯酸树脂、氨基树脂等软硬树脂共同组成。一般还需要添加邻苯二甲酸二丁酯、二辛酯、氧化蓖麻油等增塑剂。溶剂主要有酯类、酮类、醇醚类等真溶剂，醇类等助溶剂、以及苯类等稀释剂。硝基漆主要用于木器及家具的涂装、家庭装修、一般装饰涂装、金属涂装、一般水泥涂装等方面。由于硝化棉本身就有消光性，所以NC清漆加1%的消光粉可以消到三分光。

  ㈤、环氧树脂漆(EP)：以环氧树脂为主要成膜物质的涂料称为环氧树脂漆。种类众多，各具特点。以固化方式分类有自干型单组分、双组分和多组分液态环氧涂料；烘烤型单组分、双组分液态环氧涂料；粉末环氧涂料和辐射固化环氧涂料。以涂料状态分类有溶剂型环氧涂料、无溶剂环氧涂料和水性环氧涂料。括各类特点有：附着力强，耐化学品性、防腐性、耐水性、热稳定性和电绝缘性优良，广泛用于建筑、化工、汽车、舰船、电气绝缘等方面。该漆经户外日晒会失光粉化，以用作底漆为宜。一般的环氧体系考虑到成本问题，基本上用滑石粉消光，只有一些高档的也可以考虑用消光粉，所以用消光粉较少。

  ㈥、氟树脂漆:1、以PTFE为主的高温烘烤型的四氟涂料，主要用于耐高温为主的厨具，主要产品是美国杜邦公司的TEFOLN，在深圳设有生产厂家。另外，日本大金在常州也建有生产厂，年产量约1500吨左右，这部分市场比较稳定，以国外厂家为主。2、是以PVDF为主的热熔型氟树脂涂料，主要用于铝型材和铝板表面的氟碳喷涂，具有耐防腐性、耐磨性、耐污染性、耐久性良好的最佳建材用面漆。3、以FEVE为主的常温固化交联型氟树脂涂料，主要与bayer的3390固化剂发生自反应，可以常温固化，应用领域以建筑外墙为主、钢结构防腐为辅。由于氟树脂本身有一定的消光性所以添加消光粉比较少，整个市场用量也很少。

  ㈦、UV漆：是一种在紫外线（ultraviolet，简称UV）的照射下能够在几秒钟内迅速固化成膜的涂料。是真正绿色环保的油漆，不含任何挥发物质，使用UV油漆生产的产品绿色、健康、环保。 ①UV漆膜是立体状结构，硬度大，耐磨性好，透明度好，产品耐刮碰、耐摩擦，经得起时间的考验。②机械化设备克服了人工操作中的人为因素，使产品色差较小，质量稳定。③制作过程中，将板材中的有害物质分解，并通过紫外线光固化机烘干处理，产品更健康环保。UV漆是目前应用比较广泛的家具漆和塑胶漆中，主要特点有：经过强紫外线光固化处理，色泽稳定，历久常新，有效解决褪色及色差问题；镜面纯平效果较好，并且漆膜饱满无桔皮；耐刮划，耐酸碱，不易变形。

    紫外光固化涂料较难消光，其消光能力取决于配方的本性、树脂的反应性以及固化的条件。通常,低的反应性和慢的固化条件有利于消光,高反应固化系统难以消光。配方中有影响固化条件的组分,如叔胺类的光协剂有损消光,因为它们会加速表面的固化。丙烯酸类的紫外光固化涂料的消光与传统的涂料体系相反,往往有机物处理以及小粒径消光剂有较大的消光效果。这可能是这些消光剂较轻,当涂膜较快固化时,容易形成微粗糙表面。不饱和聚酯类的紫外光固化涂料的消光较容易,与传统的消光剂机理相同。这是因为此类体系仍有一定的溶剂挥发而产生漆膜的收缩。影响UV漆消光的因素：①树脂选择 ，聚酯丙烯酸的比环氧和聚氨酯的消光性好，做低光泽比较适合，容易消光，还有消光粉的区别也很大，通常选择低吸油值高消光效率的消光粉，对于成漆的效果和成膜的消光比较好，目前做了一只全亚的效果最低能达到7-8度②单体的百分含量，官能度的多少③引发剂&助引发剂④蜡粉⑤消光粉⑥助劑主要是是添加消光粉，可以添加蜡粉，淀粉，脲醛树脂。

目前UV哑光和平光经常会出问题的有：

  1、消光性 ：①难消光，UV的消光难的关键原因是交联密度太高导致，因此要消光最简单的办法是降低交联密度，但这样通常会导致性能的下降，因此需要注意平衡，而且一般的消光粉起不到什么作用。②光泽不稳定，容易发花，造成消光不均匀。主要受漆膜加热干燥时间的影响，光泽也在变化，原因是消光粉的上浮；100%的UV需要考虑使用低吸油量的消光粉，吸油量需要特别的处理过，这样对黏度影响较小。③膜厚：从消光的机理来看,可以从消光粉的粒径与涂布的厚度相当,亚粉可以漂浮到上层呈现出凹凸面,对光散射而进行消光④选择好的润湿分散剂:哑光漆加入分散剂可有效降粘增加流动性,可以提高哑粉排列，从而改善消光效果。

  2、抗划伤不好，这个光靠哑光粉是不行的，需要加些PTFE蜡粉, PTFE蜡粉消光,而且可以增加耐摩擦.。一般来说，在哑UV体系，要做到好的手感和细腻度，以及抗刮伤，都会用到日系的蜡浆，如兴阳的CE-101,GIFU的T-10P-3，只是价格较贵，单靠消光粉，如Degssa,Grace,东曹的产品都不理想。

  3、防沉性：改进防沉降、储存性才能真正做出好的哑光UV；

  4、透明度消光粉：未处理的消光效率高，吸油量大，触变性大，沉降小。透明性好。蜡处理过的，吸油量小，易沉降（软沉降）。易分散，较未处理的透明性稍差。

  目前市面上用的比较多的是OK412.OK500.ok607格雷斯2105、2005，东曹E-1011，G-0511，涿昶u-100消光浆。目前根据不同的要求可以推荐我司HM-3750U、HM-3550U、HM-180L等系列的产品。  

㈧、水性漆：　随着环保问题的日益突出,传统的溶剂型涂料正在逐渐被一些环保型涂料所取代。水性涂料,特别是用于木器的水性涂料的发展,对二氧化硅消光剂的需求也越来越多。用传统的消光剂,在仔细控制条件下,可以对水性涂料进行消光,但比较麻烦,稍有不慎,就会产生许多问题。

  水性涂料用消光粉关键是工艺：必须先做成浆后加入乳液里的，制浆时根据吸油量加入相应的润湿分散剂、高速分散到细度合格为准的,目前国内用TS-100比较多。另外一个关键是防沉性问题：水性容易硬沉淀，建议客户加强防沉性可以加BYK-420。

  ㈨、粉末涂料：粉末涂料是一种新型的不含溶剂100%固体粉末状涂料。具有无溶剂、无污染、可回收、环保、节省能源和资源、减轻劳动强度和涂膜机械强度高等特点。近年来，随着用户对涂膜光泽观念的转变，国内半光、平光粉末涂料发展速度加快。据推算，我国粉末涂料产量中约5%~8%为平光、半光产品。

粉末涂料消光分为两大类

1、物理消光 即采用无机填料充填法降低涂膜光泽。但由于填料比树脂密度大1/4以上，要达到破坏涂膜平整度，得到粗糙表面的效果，则填料的用量比较大，其直接后果将是涂层的流平性、机械性能大大降低，故采用此方法不能将光泽降得很低。另外添加硬脂酸盐、蜡和金属盐复合物、金属有机化合物、与体系不容的聚合物等方法也可以实现物理消光的目的。2、化学消光 目前制备低光泽粉末涂料主要以化学消光为主，主要方法①配方中加入互不相容的添加剂或热塑性高聚物，来调节涂膜光泽的程度。其原理是造成组分成为非均相体系，使涂层表面均匀地分布着不互溶物料。破坏了原来的均相系统，经烘烤后就达到了降低涂膜表面光泽目的。②采用两种性能相似而具有不同活性的粉末涂料以适当比例互相混合。由于反应活性或是固化温度的差异，达到涂膜光泽的降低。③使用良种不同固化速度的固化剂。当一种固化剂首先与树脂组分交联形成固化膜，由于该固化剂用量不足，尚不能达到完全固化，而使涂层仍有一定的流动性，所以又进一步与第二种固化剂发生交联作用，当树脂在第二次固化后，涂膜表面收缩成不均匀状态发生消失涂膜。