汽车铝轮毂用超耐候纯聚酯透明粉末涂料的研制

粉末涂料作为无溶剂涂料的代表，与水性涂料一起成为了近年来涂料行业发展的主流。粉末涂料用于汽车涂装的研究已进行了20多年，应用领域初于汽车零部件、汽车底漆、抗石击底漆等，直到20世纪90年代末期才批量用于轿车面漆和罩光面漆，成为真正意义上的车用涂料。丙烯酸透明粉末具有良好的外观和耐候性能，所以目前铝轮毂罩光大都用丙烯酸透明粉末。但是丙烯酸透明粉末因黏度低、流动大等原因对铝轮毂边角的覆盖性较差，致使铝轮毂的耐腐蚀性能较差，这一直是一个铝轮毂罩光亟待改善的问题。而聚酯透明粉末涂料相对于丙烯酸透明粉末涂料来说，边角覆盖性更好，从而具有更好的耐腐蚀性能。但是聚酯树脂相对于丙烯酸树脂具有折光系数高的特性和特点，由其制得的透明粉末涂料涂膜的透明性稍差，同时透明涂膜的流平性能也较差，所以目前聚酯透明粉末没有批量使用在铝轮毂罩光。本研究针对上述现有技术不足研究了聚酯树脂、固化剂和助剂对透明粉末的外观和性能的影响。

1.1 原材料

端羧基聚酯树脂（A、B、C、D、E、F）：工业级，进口；固化剂（a、b、c、d）：工业级，市售；粉末通用助剂（安息香、流平剂、增硬剂、紫外线吸收剂）：工业级，市售。1.2 主要设备

双螺杆挤出机（SLJ-30）：东辉；中药粉碎机（DFY-500）：温岭市林大机械；型磨粉系统（ACM-02）：烟台东源化工设备有限公司；静电喷枪（GPH-30）：诺信；高温烘箱：爱斯佩克环境仪器（上海）有限公司；氙灯人工加速老化试验仪(Q-SUN Xe-3-HS):美国Q-lab公司；盐雾试验箱(SH-90): 东莞昌鸿检测设备有限公司。

1.3 粉末涂料及涂层制备

按设计配方称取各组分，用中药粉碎机充分预混合完毕后，通过双螺杆挤出机在设定温度下进行熔融挤出，挤出片料经冷却、粉碎、过筛、静电喷涂、热固化成膜，对涂膜进行性能测试。

2.1不同聚酯树脂对透明粉末外观和性能的影响

因汽车铝轮毂罩光用粉末涂料有超耐候、高流平、高透明性的特性，故选择的聚酯树脂需要具备超高的耐候性、高流平性、高透明度，且不带色相。表1考察了几种端羧基聚酯树脂对纯聚酯透明粉末涂料涂层性能的影响。

表1  不同聚酯树脂制备的粉末涂层性能结果

由表1可以知道，若树脂反应活性过大，如聚酯树脂A和聚酯树脂E，涂层易出现橘皮；若树脂反应活性过小，如聚酯树脂B和聚酯树脂D，涂层的机械性能差。因此选择中等活性（胶化时间300~360s）的端羧基聚酯树脂。所选的几种聚酯树脂中，聚酯树脂C和聚酯树脂F在流平和机械性能上符合要求。但铝轮毂涂装要求罩光透明粉具有高透明度、高耐候性（一般要求氙灯老化1 800 h后保光率60%以上）和高耐腐蚀性（一般要求Cass盐雾试验240 h单边水泡直径少于2 mm），选择了中等活性的超耐候端羧基聚酯树脂F。

2.2 固化剂的种类对透明粉末外观和性能的影响

聚酯粉末涂料中常用的固化剂主要是异氰脲酸三缩水甘油酯（TGIC)、羟烷基酰胺（HAA），表2考察了几种固化剂对纯聚酯透明粉末涂料涂层性能的影响。

由表2可以看出，HAA相对于TGIC，在耐黄变性和耐候性上要相对较差，不适合用于透明粉末涂料。固化剂a和固化剂b在外观、耐候性和耐腐蚀性能上符合要求。但是固化剂a在耐冲击性能上相对于固化剂b差，选择了TGIC型的固化剂b。

2.3 流平剂对透明粉末外观和性能的影响

铝轮毂罩光用透明粉要求涂膜具有高流平性和高透明性，且不能带有色相，所以需要选择一种合适的流平剂，本研究选择几种国内外的流平剂进行试验，不同流平剂制备的粉末涂层性能结果见表3。

由表3可以看出，流平剂会影响涂层的外观和性能，分别添加这3种流平剂时，物化性能均符合要求。但添加流平剂2和流平剂3会使涂膜色相偏黄，且添加流平剂3时，外观产生轻微橘皮，不宜采用。所以选择了流平剂1。

在此基础上，对流平剂在配方体系中的合理用量进行了研究，具体性能结果见表4。

由表4可以看出，流平剂用量对涂层的外观及粉体的抗结团性能产生重要影响，控制流平剂用量为1.0%～1.5%情况下，能得到综合性能的涂层，且此时粉体的抗结团性能比较好。而当流平剂用量低于1.0%时,则涂膜容易产生缩孔或者橘皮；而当流平剂用量超出这一范围，虽然不会影响涂层的外观及物化性能，但使得涂层的透明度下降和粉体的抗结团性能变差。

2.4 紫外线吸收剂对透明粉末耐候性能的影响

粉末涂料配方中，紫外线吸收剂的作用是选择性吸收紫外线，将其转变成无害的热能或其他低能辐射消耗能量，从而使有害的紫外线能量代谢，不再破坏成膜物质高分子键。本研究选择几种紫外线吸收剂进行试验，具体性能见表5。

从表5可以看出，添加紫外线吸收剂对涂膜的物化性能无影响。添加紫外线吸收剂Ⅰ和Ⅲ时，可以明显提高耐候性能，但添加紫外线吸收剂Ⅲ会使涂层色相偏黄，不宜采用。所以选择紫外线吸收剂Ⅰ。

通过一系列试验得出，紫外线吸收剂用量为配方总量的0.2%~0.5%较为合适。另外同时添加0.3%~0.5%的抗氧剂可以更好地提高耐候性能和耐黄变性。

2.5 技术要求

通过对聚酯树脂、固化剂、助剂等的研究，已经成功制备出一种铝轮毂用超耐候纯聚酯透明粉末涂料。铝轮毂罩光用透明粉末涂装技术要求及结果见表6。

从表6和图1可以看出，本研究制备的铝轮毂用超耐候纯聚酯透明粉末涂料已经符合铝轮毂涂装技术要求，在耐腐蚀性能上更具优势，并且解决了丙烯酸透明粉末涂料边角腐蚀差的问题。

根据汽车铝轮毂的使用条件和相关技术标准，考察了聚酯树脂、固化剂和助剂对罩光用透明粉涂层外观和性能的影响。

本研究成功制备出一种铝轮毂用超耐候纯聚酯透明粉末涂料，解决了丙烯酸透明粉因边角覆盖性差导致耐腐蚀性能差的问题，促进了国内汽车铝轮毂涂装行业涂料制造与涂装技术的进步，降低了国内在汽车零部件制造领域的生产成本。