欧阳建群，高庆福，陈嘉壕，马会刚
广州擎天材料科技有限公司
摘要：主要针对易清洁粉末的使用环境和使用要求，从易清洁粉末疏水疏油原理出发，选择合适的树脂、异氰酸酯与助剂，探讨了不同树脂配比对易清洁效果的影响。最终研制出具备优良耐候性能、耐溶剂性能优异、疏水性能和疏油性能良好的易清洁粉末涂料。
0、引言
随着空气污染和粉尘污染的日益严重，城市中的马路防护栏，广告展示牌的表面涂层等正在遭受越来越严重的侵蚀。这些需要不断的清洗才能保证涂层表面的清洁和整个城市的整洁效果。此过程需要耗费大量的人力和物力。此外，目前家用的抽油烟机下面大多采用粉末喷涂，还有金属餐桌表面，采用的也是粉末涂料喷涂。由于使用的是普通的户内粉末涂料，油污需要频繁的清洗过程，不仅造成水资源的浪费，还会耗费不少的人力。所以，易清洁粉末涂料的使用变成了必然的选择，其主要功能是高速公路护栏、大桥护栏、广告展示牌，抽油烟机和金属餐桌涂装上此材料后，灰尘或油污等污染物不易粘附，同时粘附后可通过自来水或者雨水容易冲洗掉。疏水性涂层主要有两种：一种是将涂层表面微观结构做粗糙，类似于荷叶表面结构，即仿“荷叶效应”涂层；另一种则是调节涂层表面能，使之与水的表面能差距拉大，即低表面能超疏水涂层。
易清洁涂层按机理主要有3大类:疏水型、亲水型和光催化型。根据水在材料表面润湿性能的不同，把对水接触角θ＞90°的材料为疏水材料，θ＞150°的材料为超疏水材料；把对水接触角θ＜90°的材料为亲水材料，把对水接触角θ＜10°的材料为超亲水材料。“荷叶效应”是水在荷叶表面呈现水珠的形状，德国植物学家Barthlott W研究发现,荷叶表面对水的接触角高达160°，具有超疏水的效果。荷叶表面是由粗糙表面的乳突及表面蜡晶结构微观构成，表面粗糙。粒径较大的灰尘等粒子不能嵌入其中，外荷叶表面凹陷的部分也被空气占据，加上微米结构的乳突和表面蜡晶结构的协同作用，水分与荷叶表面与与其接触角极小，从而不能将其润湿只能在表面形成水珠。Barthlott W把此发现应用到涂料中，成功制备了疏水性易清洁涂料。后来有很多专家也对此做了许多研究，也取得了较好的效果。
1、试验部分
1.1 主要原材料
所用原料及基础配比如表1所示。
1.2 试验设备
双螺杆挤出机、ACM微磨粉设备、小型高速中药材粉碎机、冲击试验仪、静电喷枪、烘箱、盐雾试验箱、测厚仪、硬度仪、油性笔、氙灯人工加速老化仪。
1.3 试验方法
按配方准确称取各组分，用小型高速中药材粉碎机混合均匀，用双螺杆挤出机挤出，破碎后高速粉碎机粉碎，过180目标准筛，获得粉末涂料组合物。然后将所得的粉末涂料进行静电喷涂，固化条件为200℃/15min，然后进行各项性能测试。
1.4 性能测试
性能指标及测试标准及方法如表2所示。
2、结果与讨论
根据荷叶表面的超疏水性和和自清洁效应，结合荷叶表面是由粗糙表面的乳突及表面蜡晶围观结构构成的特点，同时结合氟碳涂层树脂表面低自由能特点，结合改性纳米氧化硅，配合低表面能的氨基改性低聚物的使用，使涂层表面出现了良好的疏水疏油性能，获得了易清洁粉末涂料。
2.1 端羟基聚酯树脂的选择
易清洁粉末涂料可用于抽油烟机、全铝家居、大桥防护栏、户外通讯设备、地铁交通轨道线等器材的喷涂，对涂层的易清洁性能，耐候性能，耐溶剂性能具有较高的要求，同时要求涂层具有较高的装饰性。聚氨酯树脂耐溶剂性能优异，固化后的涂层表面细腻，耐磨，丰满度高，具有较高的装饰性能。不同端羟基聚酯的反应速度不一致，交联密度也不一致。选用了几种羟值不同的端羟基聚酯树脂进行了性能对比，结果见表3。
由表3的结果可以看出，高羟值聚酯树脂的效果最为优异，中羟值聚酯树脂效果中等，低羟值聚酯树脂效果最差，这是因为高羟值聚酯树脂的交联密度最高，整个涂层致密度高的缘故。随着羟基树脂的羟值减低，涂层的致密性逐渐降低，所以涂层的耐沾污性能逐渐下降，水接触角也逐渐下降，光老化效果也逐渐变差。对于同一范围羟值树脂来讲，不同树脂之间的结构，生产方式存在区别，所以光老化效果也不一样。单独选用高羟值聚酯树脂的成本较高，所以对比了几种不同的高羟值树脂和进行高羟值树脂和中羟值树脂的搭配，进行了性能对比，结果见表4。从表4可以看出，由高羟值树脂A与中羟值树脂C的搭配较好，水接触角的和单独使用高羟值树脂基本一致，所以选用了高羟值树脂A与中羟值树脂C进行搭配组合。
2.2 氨基改性低聚物的选择
氨基改性低聚物是易清洁粉末涂料成膜物的重要组成部分，主要用于改善涂膜表面的平整度，可改善涂层的消泡功能，可以有效降低涂层表面张力，降低熔融过程中的体系的黏度，对涂层的表面张力具有重要的影响，疏水疏油良好的涂层，表5对比了几种不同氨基改性低聚物的影响。
将1#、2#、3#、4#配方的得到的涂层用油性笔书写后得到表面状态见图1。
从表5实验数据不难看出，在树脂相同、固化时间相当的基础上，粉末体系黏度在合适的范围内，不同氨基改性低聚物的水接触角不一致，氨基改性低聚物P1和P2的效果最好，表面张力最低，同时能有效提高涂层各材料间的润湿性能，具有优异的输水疏油性能。由于氨基改性低聚物P2的成本较高，故选用了氨基改性低聚物P1作为体系的流平助剂。
2.3 改性纳米疏水二氧化硅的影响
改性纳米二氧化硅通过如下制备方法制备得到：隔绝氧气，将纳米疏水二氧化硅分散在弱酸性乙醇溶液中，得分散液；隔绝氧气，在分散液中加入全氟辛基--三乙氧基硅烷，回流反应、冷却后加入氨基硅烷偶联剂进行偶联反应，得氨基硅氧烷偶联剂改性的纳米疏水二氧化硅微粒。在易清洁粉末涂料中加入不同用量的改性纳米二氧化硅，然后进行性能对比，结果见表6。
从表6可以看出，随着改性纳米二氧化硅用量的增加，喷涂后固化的涂层对水的接触角不断增大，涂层的疏水性能越来越好。当改性纳米二氧化硅加入量为3%，涂层对水的接触角从107°提高到136°，此时涂层的输水效果最佳，当继续增加改性纳米二氧化硅，涂层的流平性能受到影响，涂层输水性能下降，为了获得疏水效果好的易清洁粉末涂料，建议改性纳米疏水性二氧化硅的添加量为1%~4%之间。
2.4 与氟碳树脂进行复配
氟碳树脂由于引入的氟元素电负性大，碳氟键能强，氟碳粉末树脂中C-F化学键能为485kJ/mol，具有特别优越的各项性能。耐候性、耐热性、耐低温性、耐化学药品性， 而且具有独特的低表面能和低摩擦性。在易清洁粉末涂料中加入氟碳树脂，可以提高涂层的耐候性能和不沾性能，实验结果见表7。
对表7所得的粉末涂料进行相同测试，即随着氟碳树脂的用量逐渐增加，涂层对水的接触角先增大后减少。涂层的耐老化性能逐渐变好，端羟基聚酯树脂总量与氟碳树脂比例为为4∶1到1∶1，水接触角效果较为优异，超过1∶1，水接触角逐渐减少，由于氟碳树脂成本较高，为了获得疏水效果好的粉末涂料，同时具有良好的自清洁效果，端羟基聚酯树脂总量与氟碳树脂比例控制为4∶1到1∶1。当氟碳树脂用量继续增加，高羟值聚酯树脂与氟碳树脂比例超过1∶1时，会导致涂层的交联密度不够，涂层的致密性不够，影响涂层的疏水疏油性能。
3、 结语
通过上述研究发现：采用改性纳米二氧化硅能够有效的提高涂层的水接触角，但是加入量不能过多，过多会影响涂层的流平性能和水接触角。另外，氟碳树脂加入之后，能提高涂层水接触角、显著提高涂层耐候性能，但是成本过高，应根据性能和施工方面的要求，适量添加。
通过高羟值聚酯树脂，配合固化后表面能低的氟碳树脂，同时配合改性纳米氧化铝的使用，形成了一种耐候性能极佳的自清洁粉末涂料，同时由于高羟值使固化后的交联密度大，涂层结构紧密，配合氟碳树脂的低表面能、疏水疏油的效果，整个涂层形成一个更加致密的整体，同时具有优良的耐候性能，抗污染能力。可用于防腐蚀，耐候性能、抗污染要求高的交通设备，户外通讯设施，户外空调等设备。
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