应用于粉末涂料的高效能消光填料

作者：William Mertens, SCR-Sibelco NV Plantin en 

Moretuslei 1A, B-2018 Antwerp, Belgium.

粉末涂料之所以能在市场上风行数十年而不衰，主要归功于这项技术拥有传统溶剂型涂料和较新工艺（例如高固含和水性涂料）无法企及的几大优势：

• 不含挥发性有机化合物 (VOC)

• 涂料损耗最小（其过喷的粉末可循环使用）

• 无废水产生

粉末涂料适用于室内和室外应用，并且光泽度范围非常广泛（从高光、丝光或蛋壳光泽到全哑光）。一般来说，光泽度取决于涂层厚度和填料的添加量。除添加量外，填料的颗粒形状、平均粒径和粒径分布对光泽度的影响也很大。最粗粒径 (D97）和平均粒径 (D50）一般用来显示填料粒径分布的特征。

在室外应用中，通常使用沉淀硫酸钡、天然硫酸钡（重晶石）和氢氧化铝（ATH）作为具有化学惰性的功能性填充料。粒径极小的填充料可用于呈现高光泽。当粒径越大，光泽度就越低。如果希望达到全哑光的视觉效果，填充料的作用会变小，但仍然非常重要。通过混合不相容的树脂可以达到全哑光效果，但最终还必需使用填充料（如硫酸钡和ATH）和蜡消光粉来微调光泽度。

然而，使用蜡粉消光有其缺点。除了蜡粉的成本较高之外，使用这些添加剂还可能导致加工和应用问题，例如漆膜过滑、重涂性不佳、密封胶附着力差（用于窗框时）。使用重晶石和/或ATH并配合其特别设计的粒径分布，可以很好地控制光泽和消光，不会导致此类问题，这种方式在工艺和经济上都更具吸引力。

矽比科的 Portaryte B 和 Portafill A 填料采用高纯度及高白度的天然重晶石和合成氢氧化铝个别加工而成，并配合经特别设计的粒径分布，以满足不同的客户需求。

基本性质

Portafill A 和 Portaryte B 的基本性质对比（表1）

硫酸钡的主要优点在于其化学惰性和极低的吸油量，可以形成具良好流平及高耐性能的涂层。粉末涂料一般按重量出售，硫酸钡的高比重 (4.4 g/cm3) 相较其他填料而言也是一个明显优势。但如果以粉末涂料的覆盖面积而言，高比重填料反而会成为一种劣势。这种情况下，建议使用比重为 2.4 g/cm3 的氢氧化铝（ATH）。此外，与硫酸钡相比，ATH在耐热水和耐水斑方面的表现明显更出色。

用ATH取代硫酸钡时，比重也是一个重要参数，反之亦然。这会显著影响粉末涂料的比重和填料在配方中的相对体积。当填料体积改变，涂料的颜料体积浓度（PVC）也会随之变化。根据这种变化的大小，PVC 可能接近临界颜料体积浓度 (CPVC)，甚至高于 CPVC。在后一种情况下，会导致涂料固化后其性能明显变差（如耐腐蚀性、光泽度等）。

粒径分布 

如上文所述，填料的粒径分布可以用来控制涂层的光泽度。在对比化学成分相同且生产流程相同的填料时，下列说法均正确：

• 产品越精细（D 97 和 D 50 越低），可达到的光泽度越高。

• 产品越粗糙（即 D 97 和 D 50 越高），可达到的光泽度越低。

下表所示为现有的 Portaryte B 和 Portafill A 产品系列：（表2）

Portaryte B40/10 和新研发的 Portafill A25/10 都采用了特殊的生产工艺，以取得最优化的粒径分布。这两支产品可达到的光泽度远远低于您根据粒径分布所预测的目标。

与普通产品等级相比，Portaryte B40/10 和 Portafill A25/10 可以：

• 达到较低光泽度；或

• 在较低的填料添加量下达到相同光泽度；或

• 减少蜡粉添加量，但仍能达到同样低的光泽度，同时避免蜡粉的以下缺点：

 - 漆膜过滑

 - 重涂性不佳 

 - 密封胶附着力差（用于窗框时）

 - 提高成本。

除上述优点外，Portafill A25/10 还能够：

• 提高挤出机的吞吐量，因为Portafill A25/10 可以改善流动性致加速从装料斗排出

• 缩短材料在挤出机内的停留时间，从而降低了树脂在挤出机内聚合所形成的粗颗粒风险。

示例 

为了证明填料粒径分布在控制光泽方面的通用性，我们对聚酯型粉末涂料做了两项研究。

于聚酯型面漆中不同等级 Portaryte B 的产品比较

以下配方均由外部调配和评估：（表3）

涂覆和固化后测量光泽度 @60°：（图1）

研究结果显示，Portaryte B3 的光泽度最高，可与沉淀硫酸钡等级（ Blanc Fixe）相媲美。

产品越粗糙（即D97越高），可达到的光泽度越低。Portaryte B40/10 提供更进一步降低光泽度的方法。

这是因为该产品的粒径分布经过特殊处理及优化。

于聚酯型面漆中不同等级 Portaryte A 的产品比较

使用相同体积添加量的 Portafill A 做了类似实验，并与之前 Portaryte B 的实验结果做比较。以下配方均由外部调配和评估：（表4）

涂覆和固化后测量光泽度 @60°：（图2）

实验结果显示，矽比科的 ATH-Portafill A7 可以用于对光泽度要求较高的应用领域，其光泽度接近使用最细重晶石-Portaryte B3可达到的光泽度。 

另一方面，与 Portafill A40 相比，尽管 Portafill A25/10 的 D 97 略低，但其光泽度比 Portafill A40 有效降低了6个单位（-8%）。

同样地，与 Portaryte B40/10 相似，经过特殊优化的粒径分布对于此消光性能改进至关重要。

结论

硫酸钡

• 事实证明，使用重晶石可以精确控制高至中等范围的光泽度。

• Portaryte B40/10 则在消光和整体性能方面表现最佳。它可在不使用消光蜡粉的情况下达到低光泽度，同时避开蜡粉的缺点，例如漆膜过滑、光泽度不匀、附着力差、重涂性差等问题。

• 如需达到高光泽度，Portaryte B3 则是目前最有效的重晶石产品。

氢氧化铝（ ATH）

• 如果不希望使用比重较高的重晶石或者是在需要改进耐水斑的应用领域中，可选择用ATH来控制光泽度。

• Portafill A7 是矽比科 ATH 产品系列中粒径最细的产品，因此可提供最高的光泽度。

• Portafill A25/10 则适用于需要满足最佳消光效果的应用领域。它可以：

- 达到较低光泽度；或

- 在较低的填料添加量下达到相似光泽度；及 /或

- 在减少蜡粉添加量下，仍能达到同样低的光泽度，同时避免蜡粉的缺点：

• 漆膜过滑、

• 重涂性差、 

• 密封胶附着力差（用于窗框时）及

• 提高成本。

- 提高挤出机的吞吐量,因为 Portafill A25/10 可以改善流动性致加速从装料斗排出

- 缩短材料在挤出机内的停留时间，并降低了树脂在挤出机内聚合而产生粗颗粒的的风险。

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