罗成、方俊 华佳涂料
摘要：对长效易擦拭、抗涂鸦粉末的反应机理进行阐述，并通过试验探讨长效抗涂鸦粉末的配方设计，并对产品的机械性能、易擦拭性能进行表征。
1 引言
涂鸦这个词源自于意大利，意为“在坚硬的表面上划线”，作为一种艺术形式的表达，已经存在了几千年。然而，尽管有些涂鸦是真正的艺术作品，但随着时间的推移，现在涂鸦大多被认为是一种破坏行为，人们往往将涂鸦和暴利、犯罪联系起来，涂鸦不仅影响外观，更会对物体产生不可逆转的损坏。清除涂鸦也是非常昂贵的，据报道，葡萄牙铁路公司每年清洁火车车厢内涂鸦的费用就达到304000欧元。所谓抗涂鸦、易擦拭粉末涂料是将粉末涂料静电喷涂在工件上，按设定的温度、时间固化后，涂膜不仅具有常规粉末涂料的装饰性、保护性、耐候性等，涂层表面的涂鸦可以被轻易的清除，另外，涂膜的光泽、颜色不会发生明显改变。
2 应用领域及标准、测试方法
易擦拭、抗涂鸦粉末涂料广泛应用于市政公共设施、家具、医院、电子、仪器仪表、五金装饰、汽车等领域，例如：汽车轮毂、抽油烟机、户外护栏、家庭铝制家具、学校、医院公共桌椅等。美国材料协会在2000年发布了抗涂鸦性测试方法的标准，ASTM D6578-00 Standard for determination of Graffiti Resistance，该标准方法原理是将涂鸦材料施于涂层表面，经过一定时间后按规定的清洗方法清洗涂鸦表面，用可清洗级别来表示涂层的抗涂鸦性能。标准中清洗方法包括人工法和洗刷机法两种。住建部在2011年出台了建筑工程行业产品标准JG/T 304-2011《建筑用防涂鸦抗粘贴涂料》，该标准适用与建筑室外、城市公共设施等使用具有抗涂鸦功能的涂料，标准中选用3种代表性的涂鸦材料：墨汁、油性记号笔和喷漆，分别涂布于涂层表面，24h后对涂鸦进行人工清洗。清洗材料按清洗能力弱-中-强依次排布分别为：无绒面布、1%水性清洗剂、柑橘基清洗剂（有效成为为柑橘、柚子、柠檬类水果中提炼的烃类溶剂）和酒精。如弱清洗材料无法清除涂鸦，则选择较强清洗材料试验，并按清洗材料评定抗涂鸦等级如下：表1 JG/T 304-2011抗涂鸦等级评定
3 易擦除、抗涂鸦反应机理
抗涂鸦粉末涂料与其他产品的主要区别在于经它涂装的表面可形成一层致密的低表面能结构,使得污染物难以在漆膜表面附着并且难以渗透进去，从而获得较好的抗涂鸦效果。易擦除粉末涂料既要降低其本身的附着力,还要考虑如何把污染物从底材的界面上分离开。这些因素包括底材的湿润性、原子间的吸引力和分子间的相互扩散性。易清洁、抗涂鸦粉末涂料按保护特性分为牺牲性防涂鸦涂料、半永久性防涂鸦涂料和永久性防涂鸦涂料。牺牲性、半永久性防涂鸦涂料通常由蜡构成，蜡和污染物一同去除，这一方法最大的问题是清洁效果随清除次数变差。永久、长效性粉末涂料，涂层寿命长，使用安全的中性清洗剂就可多次去除涂层表面的涂鸦、张贴物或其他污染物，而不丧失涂层本身的性能。永久性易擦除、抗涂鸦粉末涂料具有以下共同特点：
(1）涂层表面能低，表现为疏水、疏油，涂鸦难以附着；
(2）易于清除粘附于表面的污染物；
(3）涂层具有一定的防腐蚀、抗老化性能，可应用在户外；
4实验部分
实验原材料及试验
实验挤出机：35机，螺杆排布：中等排布，挤出温度，按不同体系设定；检测设备：爱斯派克牌低温烘箱（0-250℃）、上海化工研究所，树脂A：羟值35-45mgKOH/g，树脂B：羟值75-85mgKOH/g，树脂C：羟值120-150mgKOH/g，树脂D：羟值250-300mgKOH/g，固化剂为Degussa的B1530，NCO含量14.8-15.7%，流平剂、安息香、填料、钛白粉等为市场常用成熟材料，试验结果如下：
表2 不同羟值树脂成膜性能对比
聚氨酯粉末涂料的一个突出优点是超级流平，高度光滑和平整的表面可以阻止污染物的渗入，残留在涂膜表面的喷漆或类似的糊状物就可以方便地利用清洗剂将其除去。显然要具备这样的性能，涂层要求具有高光滑度和高交联密度。从以上结果可以看出，低羟值树脂机械性能较好，但抗涂鸦性能较差，随着羟值的增加，抗涂鸦性能逐步提高，当使用羟值为300的聚酯树脂设计配方时，对墨汁、油性记号笔都能较容易的清除，但机械性能恶化，冲击只能达到30cm正冲，这是因为高羟值树脂成膜物交联密度太大、涂膜硬度过高引起的。采用羟值35mgKOH/g树脂A和羟值300mgKOH/g树脂D混搭设计配方，成膜性能对比如下：
表3 高/低羟值树脂混搭成膜性能对比
从以上结果可以看出，随着高羟值树脂用量的提高，涂膜光泽呈高光-半光-无光下降趋势，当用量高于3:1后，机械性能下降，抗涂鸦性能并没有随着交联密度的增加而提高，这是因为低光的涂膜表面有许多微观的不平整，污染物可以渗入涂膜内，抗涂鸦性能降低，从试验结果看，最佳配比A:D=4:1。
抗涂鸦助剂的应用当采用聚氨酯体系高低羟值搭配，并添加不同含量的的抗涂鸦助剂，所得涂膜测试结果如下：表4 不同抗涂鸦助剂添加量性能对比
从实验结果看，抗涂鸦助剂添加量达到1%后，耐油性记号笔的重复次数均＞50次，涂膜长效易清洁效果优异。但添加量超过1%，涂层的机械性能显著下降，表现为冲击性能变差，抗涂鸦助剂的最佳建议添加量为1%。防涂鸦助剂的应用源自于自然界生物的功能，例如荷叶效应，这主要得益其荷叶表面特殊的形貌和疏水性，特殊的表面形貌阻止污物与荷叶表面亲密接触，疏水性则使荷叶产生疏水作用，所以水滴会在其表面上滚落，并携带污物落下。
图1 杨氏公式
图2 接触角与疏水、亲水性
从杨氏公式可以看出，当接触角＞90°，涂膜呈现较好的疏水性，抗涂鸦助剂应用在粉末涂料中，能降低涂层的表面张力，其与水滴接触角约为160°，涂膜表面滑爽，并能赋于涂料防涂鸦性能。当油性笔或喷漆涂鸦在涂膜表面，字迹收缩，并且可以被无绒棉布很轻易的擦除。
图4 油性笔重复20次抗涂鸦测试
图5 油性笔擦拭
图6 涂层上铁红用水冲洗
图7 涂层油污对比
注：右图为抗涂鸦样板，与普通样板相比，油污收缩，不易流动，表明其涂膜表面张力较小，而普通样板油污铺展面积较大。
图8 喷漆在抗涂鸦样板上测试效果
注：抗涂鸦样板，与普通样板相比，喷漆可以被无绒棉布很轻易的擦去
5结论
涂鸦属全球性问题，同时给涂料行业带来了巨大挑战。虽不能完全制止涂鸦者，但使用抗涂鸦粉末，不仅能保护底材，而且使涂鸦清理起来容易得多。
从实验结果看，采用聚氨酯体系高低羟值搭配，并添加1%的抗涂鸦助剂，所得涂膜具有优异的长效易擦拭、抗涂鸦性能。
来源：2017中国粉末涂料行业年会
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