越來越多的涂料用戶賞識(shí)粉末涂料的無污染、儲(chǔ)存安穩(wěn)、易運(yùn)輸、節(jié)約資源和高效率等優(yōu)點(diǎn)，需求支持下粉末涂料種類日漸趨多，應(yīng)用范圍廣泛，從小尺度零部件到各種大型設(shè)備的涂裝均能看到粉末涂料的身影。商場(chǎng)預(yù)計(jì)，到2026年全球粉末涂料商場(chǎng)規(guī)模預(yù)計(jì)將到達(dá)150億美元，復(fù)合年增長(zhǎng)率為6.8％。
值得注意的是，我國(guó)粉末涂料首要包括環(huán)氧、聚酯以及環(huán)氧/聚酯粉末涂料，高檔的丙烯酸、聚氨酯和氟碳粉末所占比例很小，比例不到1%。外資生產(chǎn)企業(yè)占有我國(guó)高端粉末涂料商場(chǎng)80%的比例，國(guó)內(nèi)大部分粉末涂料企業(yè)創(chuàng)新力缺乏，技術(shù)水平相對(duì)落后，生產(chǎn)的粉末涂料以一般粉末涂料為主?，F(xiàn)在，一般粉末涂料商場(chǎng)現(xiàn)已出現(xiàn)供大于求的局勢(shì)，商場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)的加重，中心競(jìng)爭(zhēng)力缺乏的企業(yè)被商場(chǎng)淘汰。這促進(jìn)企業(yè)不得不轉(zhuǎn)型晉級(jí)，將目光會(huì)集到高端粉末商場(chǎng)，向具有特別功用的功用性粉末涂料開展，以滿足特定用處的外表涂裝。
功用性粉末涂料是指適用于特定場(chǎng)合、具有特別功用的粉末涂料。它在傳統(tǒng)的保護(hù)和裝修效果基礎(chǔ)上，賦予了涂料包括絕緣、防腐、防水、耐高溫和防輻射等多種特別性能。按照功用可分為防腐蝕型、耐候型、耐熱型、疏水型和抗菌型粉末涂料等多種類型。一起隨著粉末涂料的開展，也正在涌現(xiàn)如防蚊型、抗涂鴉型等新式的粉末涂料。功用性粉末涂料涵蓋了人類日子的方方面面，例如，防腐蝕粉末涂料覆蓋管道設(shè)備、動(dòng)力設(shè)備、公路交通、海洋設(shè)備和軍工設(shè)備等領(lǐng)域。但是，我國(guó)功用性粉末涂料開展較為緩慢，除裝修型、防腐型、耐候性粉末涂料外，其它功用性粉末涂料均開展不大。基于此背景，本文要點(diǎn)對(duì)重防腐粉末涂料、耐候性粉末涂料、抗菌性粉末涂料、耐高溫粉末涂料、疏水粉末涂料和自愈型粉末涂料6種功用性粉末涂料進(jìn)行介紹。
重防腐粉末涂料
世界各國(guó)每年因腐蝕形成的直接損失約占其GDP的2%~4%，損害超越自然災(zāi)害和各類事端的損失總和。為避免零部件被腐蝕，人們選擇在在外表涂敷防腐涂層，阻隔資料與外界環(huán)境的觸摸，保護(hù)涂層內(nèi)部的金屬資料，保證零部件的長(zhǎng)期運(yùn)用。
資料顯示，防腐涂料分為一般防腐涂料和重防腐涂料：一般防腐涂料，運(yùn)用年限為5~10年；重防腐涂料比較于一般防腐涂料具有良好的附著力、反抗腐蝕介質(zhì)的滲透性，或?qū)Ωg介質(zhì)具有化學(xué)抗性，而且涂膜本身具有較強(qiáng)的耐久性，從而為被涂膜資料提供抗腐蝕性，運(yùn)用年限可以到達(dá)30年以上，防腐效果提升4~5倍。常見的防腐粉末涂料分為一般改性防腐涂料、熔結(jié)環(huán)氧粉末涂料和環(huán)氧富鋅粉末涂料。
常見的重防腐粉末涂料種類及改性方法
其它常見的防腐涂料如環(huán)氧型、聚酯-環(huán)氧型、丙烯酸型經(jīng)改性后也可作為重防腐涂料。
目前重防腐粉末涂料主要是通過物理屏蔽實(shí)現(xiàn)對(duì)材料的保護(hù)作用，包括基料樹脂、顏料和填料改性；同時(shí)使用厚涂、多涂或復(fù)合涂層的涂裝方法，生成一層甚至多層致密的保護(hù)膜，提升涂層的重防腐性能。（納米鐵鈦粉、石墨烯、金剛砂以及化學(xué)改性樹脂的使用也能進(jìn)一步提高樹脂的防腐能力。）
由于施工條件等限制，現(xiàn)今重防腐涂料仍以液體涂料為主。環(huán)保化、高性能、多功能和低能耗是今后重防腐涂料的發(fā)展方向。
耐候性粉末涂料
耐候性粉末涂料指的是能經(jīng)受室外環(huán)境考驗(yàn)、長(zhǎng)期保持其裝飾和保護(hù)功能的粉末涂料。暴露在戶外的粉末涂料會(huì)因日光曝曬、濕度、溫度和污染物質(zhì)（如酸雨）等多種因素的影響而發(fā)生老化降解。像日光曝曬會(huì)導(dǎo)致涂層發(fā)生黃變和褪色、甚至粉化；淋和冷凝會(huì)使涂層出現(xiàn)變色、失光和銹蝕現(xiàn)象。目前粉末涂料在戶外的應(yīng)用日趨廣泛，如交通運(yùn)輸、室外裝飾、工程機(jī)械等，對(duì)粉末涂料的耐候性提出了更高的要求。
粉末涂料的耐候性能提高取決于樹脂種類、顏填料、助劑的選擇和配套使用。一方面可以選擇合適的基料樹脂或?qū)蠘渲男圆⑦x擇合適的固化劑。如聚酯/TGIC體系、聚酯/HAA體系、丙烯酸酯、聚氨酯、聚偏二氟乙烯(PVDF)、氟碳及有機(jī)硅改性聚酯體系等。另一方面可以加入一定量的抗氧化劑、紫外線吸收劑和自由基捕獲劑等來減緩?fù)繉拥睦匣?，?guó)內(nèi)已經(jīng)開始系統(tǒng)地將添加劑用于提高粉末涂料耐候性的研究。
常用的耐候粉末涂料樹脂種類
耐候性粉末涂料用樹脂種類繁多，但普遍耐久性較差。而氟碳粉末涂料（含氟樹脂的粉末涂料的統(tǒng)稱）由于其本身特點(diǎn)表現(xiàn)出優(yōu)良的耐候性能，廣泛應(yīng)用于高端建筑鋁型材領(lǐng)域、電氣電子和航天航空等領(lǐng)域，生產(chǎn)施工工藝成熟，是當(dāng)世界公認(rèn)的超耐候涂料品種。熱固性氟碳粉末涂料性能（如耐候性、耐腐蝕性等）遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于聚酯、環(huán)氧粉末涂料。
然而，氟碳粉末涂料具有優(yōu)異的耐候性能，卻在市場(chǎng)中占比很小，國(guó)內(nèi)尚未形成氟碳粉末涂料的系列產(chǎn)品。仍然存在很多問題尚待解決: 包括優(yōu)化氟碳粉末涂料的生產(chǎn)工藝和降低生產(chǎn)成本；提高氟碳粉末涂料的外觀、光澤度和耐沖擊等性能。開發(fā)出具優(yōu)異性能的超耐候粉末涂料仍然是具有挑戰(zhàn)性的一項(xiàng)任務(wù)。
抗菌粉末涂料
抗菌粉末涂料是指可以殺死微生物或者阻礙微生物生長(zhǎng)繁殖的粉末涂料。在日常生活中，普通的消毒液等滅菌產(chǎn)品只能起到短暫的殺菌作用，但如果通過提升物體表面涂層本身的抗菌性能，就可以使涂層可自行抑制微生物在表面的生長(zhǎng)，能夠保持表面的長(zhǎng)期清潔。
抗菌涂層中起主要作用的是抗菌添加劑。大部分有機(jī)抗菌材料為液體，應(yīng)用受限；無機(jī)類抗菌劑，包括銀離子和銅離子等。這類抗菌劑雖然起效較慢，但其具有低毒性、耐熱性、持續(xù)性、抗菌廣譜和不會(huì)產(chǎn)生抗藥性等優(yōu)點(diǎn)。PPG、巴斯夫等公司已經(jīng)將銀離子加入到粉末涂料中。
可惜的是，無機(jī)抗菌劑具有與高分子聚合物的相溶性較差、溶解性不好、殺菌慢和變色等缺點(diǎn)，難以滿足人類生活的需要。因此，抗菌型粉末涂料逐漸從單一型發(fā)展到復(fù)合型抗菌粉末涂料。另外，抗菌劑制備方法仍有許多問題亟待解決。例如，現(xiàn)在廣泛使用的銀系抗菌劑的流失問題，使得抗菌涂層的耐久性減弱…所以，開發(fā)具有耐久性、低毒性等優(yōu)異性能的通用抗菌涂層仍然是一項(xiàng)具有挑戰(zhàn)性的任務(wù)。
耐高溫粉末涂料
隨著粉末涂料的應(yīng)用范圍不斷變大，一些極端環(huán)境對(duì)粉末涂料提出了更高的要求，從而促進(jìn)了耐高溫粉末涂料的開發(fā)。該類粉末涂料不僅具有較強(qiáng)的耐熱性能，而且具有耐腐蝕性和耐候性等優(yōu)良性能，廣泛應(yīng)用于烹飪組件、大功率燈飾、鍋爐、烘箱、高溫爐和汽車零件等多種耐高溫設(shè)備。
目前市場(chǎng)上一般的粉末涂料的長(zhǎng)期耐溫性較低，在200℃及以上的高溫時(shí)，涂層會(huì)出現(xiàn)褪色、黃變和粉化等現(xiàn)象。故一般把能夠承受200℃以上的溫度的粉末涂料稱之為耐高溫粉末涂料。了解到，成膜物質(zhì)的選擇是決定粉末涂料的耐溫性的關(guān)鍵因素，當(dāng)下技術(shù)上主要的通過物理改性和化學(xué)改性獲得耐高溫粉末涂料：
物理改性指通過有機(jī)硅樹脂、氟樹脂與聚酯/環(huán)氧樹脂混合，或者通過加入合適的固化劑和顏填料，得到耐高溫粉末涂料；
化學(xué)改性則是通過化學(xué)方法對(duì)樹脂進(jìn)行改性，改變高分子聚合物的結(jié)構(gòu)，增加聚合物的相對(duì)分子質(zhì)量，以使樹脂可以耐高溫。
聚酯樹脂是最常見的成膜樹脂，但是由于聚酯樹脂主鏈大量C-O鍵的存在，導(dǎo)致普通聚酯樹脂在高溫條件下會(huì)發(fā)生粉化、脫落，因此要通過改性來提升聚酯粉末涂層的耐熱性能。而且聚酯樹脂與顏填料、有機(jī)硅樹脂的混溶性較差，流平性不好；環(huán)氧樹脂也是一種常見的成膜樹脂，為了增強(qiáng)環(huán)氧樹脂粉末涂料的耐熱性能，可以對(duì)環(huán)氧樹脂粉末進(jìn)行改性或加入合適的固化劑和顏填料。
超疏水粉末涂料
疏水性涂料通常指的是一種低表面能涂料，涂料表面的靜態(tài)水接觸角θ大于90°，而超疏水性涂料是一種具有特殊表面性質(zhì)的新型涂料，水滴在其表面的接觸角超過150°，滑動(dòng)角小于10°，幾乎成球形，很容易通過滾動(dòng)帶走涂層表面塵土，因而具有良好的自清潔能力。
構(gòu)建超疏水涂層主要通過2種方法:
（1）采用低表面能物質(zhì)如有機(jī)氟、硅樹脂和含活性基團(tuán)的長(zhǎng)鏈脂肪烷烴修飾粗糙的基底表面，降低表面自由能。
（2）構(gòu)筑粗糙的微納米結(jié)構(gòu)，提高疏水表面的粗糙度，主要包括刻蝕法、模板法、自組裝法、光刻法和氣相沉積法等多種方法。
除對(duì)樹脂進(jìn)行改性外，在常用的粉末涂料中添加疏水助劑是實(shí)現(xiàn)超疏水最簡(jiǎn)單快捷的方式，但這樣方式添加量往往較大，通常在10%以上，甚至能達(dá)到50%。另一方面，還可以使涂層內(nèi)外結(jié)構(gòu)相同，即使外層在力的作用下被破壞，露出的內(nèi)層依然是超疏水層。
值得注意的是，疏水涂層的耐久性與疏水性能成反比，很難同時(shí)滿足疏水性和耐久性的需求，限制了它在實(shí)際生活中的應(yīng)用。市場(chǎng)上含疏水涂層的產(chǎn)品非常少見，特別是具有超疏水表面的產(chǎn)品幾乎沒有。這主要是由于低表面能物質(zhì)與基體的相容性有限，結(jié)合強(qiáng)度較低，導(dǎo)致涂層不夠牢固，耐久性差。
由于疏水涂層的耐久性與疏水性能之間的矛盾性問題。未來的疏水涂層有3個(gè)發(fā)展方向：
（1）制備耐久性一般但疏水性較強(qiáng)的超疏水涂層，用于特定需要自清潔的領(lǐng)域；
（2）制備具有極高耐久性但疏水性一般的疏水涂層，可用于長(zhǎng)時(shí)間需要疏水性的領(lǐng)域；
（3）制備具有多功能的粉末涂料，不僅可以疏水，還有其他如耐候、耐高溫和防腐等性能，以滿足人們對(duì)高性能涂料的要求。
自愈性粉末涂料
目前主要通過改進(jìn)樹脂、顏料、添加劑以及配方技術(shù)來保護(hù)涂層性能，但涂層一旦被破壞，基材就會(huì)在暴露部位被腐蝕，進(jìn)而不斷腐蝕涂層所保護(hù)的基材。2001年，自然科學(xué)雜志上首次提出了聚合物自愈技術(shù)。
常見的自愈性復(fù)合材料分為自主和非自主2種自愈機(jī)制。
自主愈合機(jī)制通常是在涂層中嵌入可聚合的愈合劑或腐蝕抑制劑來實(shí)現(xiàn)自修復(fù)功能；
而對(duì)于非自主愈合機(jī)制，則通常是由外部熱量或光刺激引發(fā)化學(xué)反應(yīng)或物理轉(zhuǎn)變，從而實(shí)現(xiàn)自愈合功能。它主要是基于均勻分散到基體材料中的自愈合材料在受到外界應(yīng)力發(fā)生破裂時(shí)，釋放其內(nèi)部的修復(fù)劑，使催化劑與自修復(fù)劑發(fā)生交聯(lián)固化反應(yīng)填補(bǔ)壁面裂縫。
自愈合粉末涂料作為涂料市場(chǎng)上新出現(xiàn)的一種功能涂料品種，由于其在受到破壞時(shí)可以自我修復(fù)，具有便捷性、持久性等優(yōu)點(diǎn)，可以持久地對(duì)基材進(jìn)行保護(hù)，必將作為今后涂料發(fā)展的一個(gè)重要方向。但自愈性粉末涂料制作過程較為復(fù)雜，因此開發(fā)出方便、利于產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)的自愈性粉末涂料尤為重要。
總結(jié)
重防腐涂料和耐候性涂料由于其應(yīng)用廣泛仍然是未來發(fā)展的主流趨勢(shì)，疏水涂料以及耐高溫涂根據(jù)其相應(yīng)的應(yīng)用環(huán)境也會(huì)開發(fā)出更多的適應(yīng)性品種，其它針對(duì)特定用途的新型粉末涂料也會(huì)不斷涌現(xiàn)。目前市場(chǎng)上粉末涂料占有率低，功能性粉末涂料的發(fā)展仍處于較低水平。但由于功能性粉末涂料的性能和環(huán)保優(yōu)勢(shì)，在汽車、船舶、管道和建筑等領(lǐng)域有著巨大的應(yīng)用前景，具有重大的發(fā)展空間，仍然需要不斷進(jìn)行探索研究。
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