粉末涂料制造商越来越多地寻找工具来提高他们的成本性能平衡。可以降低成本的解决方案有，例如使用更高的填充水平，或应用更薄的层。然而，这样的解决方案可能会导致流量、光泽度和隐藏力等性能的下降。使用高级环氧树脂、流动添加剂和颜料添加剂可以克服这类问题。另一方面，它确实会引起不良的副作用，并可能导致成本增加，变黄和粉末稳定性下降。

颜料含量越高，粉末涂料的外观就越差。需要高水平的颜料才能达到所需的遮盖力，特别是在薄层应用中。标准系统和高度填充系统在外观上的差异可以在图1中看到。

该树脂的开发基于一个特殊的概念，即HiTone概念，以克服较高的色素水平的流动和外观问题。本研究的目的是在不影响流动性、光泽度和遮盖力等重要性能的情况下，使树脂具有更好的颜料亲和力。如前所述，可以通过使用HiTone概念来提高颜料的亲和力。本文讨论了所发现的溶液对有色粉末涂料性能的影响。除了外观外，预计具有较高颜料含量的粉末涂料的挤压和铣削行为将受到影响。还讨论了高填充体系对铣削行为的影响。

实验

合成了一种标准的70/30杂化树脂和两种基于HiTone概念的70/30杂化树脂(Uralac®p770和Uralac P 772)。Uralac p772是Uralac p770的快速固化版本。此外，合成了一种标准的60/40杂化树脂和一种基于HiTone概念的60/40杂化树脂(Uralac P 760)。

70/30杂化树脂的性能见表1,60/40杂化树脂的性能见表2。

树脂在33%和50%的颜料配方中进行了测试。在这些测试中，使用了TiO2颜料(Kronos®2310)。表3给出了33 wt%和50 wt%颜料负载体系的典型70/30和60/40混合配方。

粉末涂料采用Prism TSE 16 PC双挤出机挤出，螺杆直径为16mm, L/ d14。挤压温度为120℃，挤压速度为200 rpm，扭矩保持在75 - 90%之间。挤出后，挤出的材料由Retch ZM 100离心磨机研磨，并通过Retch振动筛筛与90 μ m的筛网。最后，用GEMA PG1喷枪将粉末涂层静电喷涂到钢板(Q-panel S 46)上，并垂直放置在贺利氏的UT 6120热风烤箱中。采用层厚为60 μ m的涂层进行评价。

评价

对涂层面板上的流量进行可视化评估，并与PCI标准进行比较。此外，使用Veeco公司的白光干涉仪对流动进行了评估。该设备能够快速测量大表面积的3D扫描(例如，单次扫描2x2 mm2)，高度分辨率为几纳米，横向分辨率为600纳米。通过使用自动XY表和适当的“拼接”软件，干涉仪能够测量更大的样品(例如，10x2 mm2)。

根据ASTM D 2794测试方法，通过反向冲击测试涂层柔韧性。涂层钢板的背面承受了160英寸磅的冲击力。此外，ALMg3面板被涂覆并在BYK-Gardner梯度炉中在150 - 250°C之间固化10分钟。这些面板承受了160英寸磅的冲击力。根据标准ASTM D 523，用毕克加德纳反射仪在20°和60°下测量光泽度和雾度。

通过将固化的面板放置在240°C的烤箱中10分钟和220°C的烤箱中1小时来确定耐热性。评估未处理面板和处理面板之间的颜色差异。

根据ASTM D 2803，在垂直划痕为1毫米的固化板上进行盐雾测试。固化后的面板在盐雾设备中放置500小时。500小时后，测量了从零开始的平均蠕滑量。采用差示扫描量热法(DSC)在升温速率为5℃/min的条件下测定了粉末和涂层的tg。

结果

阴霾
雾度值是外观的指示。一般来说，雾霾值低，外观好;如果雾霾值高，外观就不好。最终涂层的雾霾值由毕克加德纳反射仪测量。不同颜料浓度的雾霾测量结果如图2所示。对标准树脂与新开发的Uralac p770、p772和p760进行了比较。

标准树脂的雾度值较低，浓度为40- 45wt %。当颜料浓度超过45wt %时，雾霾会增加。相反，Uralac p770, p772和p760显示出更低的雾霾值，达到55 wt%的颜料浓度。

综上所述实验结果可知，与标准树脂相比，HiTone树脂可以在不影响雾霾性能的情况下，获得更高的二氧化钛填充率。

光泽
光泽也是外观的一种指示。一般来说，高光泽度意味着良好的外观。光泽度值由毕克加德纳反射仪测量。图3显示了不同颜料浓度下标准树脂和HiTone树脂(p770, p772和p760)的光泽值的比较。在这个图中，20°的光泽度是颜料浓度的函数。

可以看出，涂料的光泽，基于标准树脂，开始下降时，颜料浓度为40 wt%。另一方面，对于以HiTone树脂为基础的体系，在较高的颜料负载下，光泽下降要小得多。对光泽度和雾度的研究结果表明，HiTone树脂对颜料的亲和力明显优于标准树脂。

流
流动取决于很多因素。一般来说，如果系统的反应性降低，流量将会改善。此外，粘度和表面张力等其他参数也会影响流量。如果树脂的颜料亲和力得到改善，预计在更高的颜料水平下，流动将得到改善。不同颜料浓度下的流动结果如图4所示。对标准树脂和HiTone树脂进行了比较。通过比较标准PCI面板与用HiTone树脂或标准树脂制成的涂层面板来测量流量。

在较低的颜料浓度下，流动是相当的，但在较高的颜料浓度下，流动的差异被观察到。在较高的颜料浓度下，HiTone树脂的流动性优于标准树脂。这表明，改善了的涂料亲和力的HiTone树脂改善了流动性能，特别是在较高的颜料用量下。

除了使用PCI面板测量流量外，还使用白光干涉仪评估粉末涂层表面的平整程度。用白光干涉仪拍摄颜料浓度为50wt %的面板照片。白光干涉仪的图片如图5所示。

从图5中可以看出，当颜料浓度为50%时，Uralac p770水平优于标准树脂。根据流动结果，在较高的色素含量下，HiTone聚酯比标准聚酯表现出更好的流动。它清楚地表明，使用HiTone概念提高了高填充系统的流动能力。

铣削的行为
为了确定高填充系统对磨削过程中比功率消耗的影响，在工业规模上进行了磨削实验。具体功率消耗是指每公斤产品将产品磨成规定的粒度所需的电力。对于研磨实验，Uralac p770在整个颜料浓度范围内进行了测试。并对含有50%颜料的Uralac p760进行了测试。由于薄层应用需要更小的颗粒尺寸，因此确定了平均粒径D50为30 μ m和50 μ m的颗粒尺寸分布(PSD)之间的比功耗差异。试验在细川公司ACM10型空气分级机上进行。磨矿过程中的限制条件为磨矿电机和分级机电机的最大功耗和系统的最大压降。这些条件的影响，特别是在研磨的最高颜料负载系统，以最小的颗粒尺寸。为了克服这一问题，对磨盘和分级机的速度进行了调整。表4和表5给出了最相关的测试结果。

从表4和表5中可以看出，在50 wt%色素体系的研磨实验中，将研磨盘和分类器的速度调整到D50为30µm。这样做是为了防止堵塞。

上述结果如图6所示。该图清楚地显示了随着颜料含量的增加，比功率增加的效果。

从图6可以得出的一般结论是，较高的颜料加载率观察到更强硬的铣削行为，特别是与小PSD相结合。然而，更坚韧的铣削性能与所使用的聚酯类型无关，与增加的色素含量直接相关。可以得出结论，与标准树脂相比，HiTone树脂的铣削行为没有什么不同。

其他涂层性能

如前所述，本研究的目的是在不影响重要性能的情况下提高聚酯树脂的颜料亲和力。讨论了雾度、光泽度、流动和铣削性能。表6列出了为确定其他性能而进行的测试结果。对标准70/30混合动力车Uralac p770和Uralac p772进行了比较，并对标准60/40混合动力车和Uralac p760进行了比较。结果表明，TiO2浓度为33%和50%。

在梯度板上测量抗冲击性，在150-250°C的梯度下固化10分钟。涂层开始产生良好影响的温度见表6。

从表6给出的结果可以清楚地看出，使用HiTone概念不影响耐化学性、热稳定性、粉末稳定性和耐盐雾性等性能。粉末Tg和涂层Tg具有可比性。标准固化HiTone树脂(Uralac p770, Uralac p760)比标准混合树脂稍慢，但对于快速固化70/30混合系统，可以使用Uralac p772。

结论与讨论

本文介绍了提高颜料亲和力的树脂的应用。通过使用HiTone概念，可以获得出色的结果。讨论了HiTone树脂Uralac p770、p772和p760的涂料性能。这些树脂已填充高达50 wt%的颜料，同时保持性能，如流动，雾霾和光泽。其他重要涂料性能如粉末稳定性、柔韧性、耐热性和耐化学性、粉末和涂层Tg没有受到影响。

此外，还讨论了HiTone树脂的铣削行为。具有低和高色素量的Hitone树脂已磨成30和50 μ m的D50。与标准聚酯进行了比较。与标准树脂相比，HiTone树脂的铣削行为没有差异。

总之，使用HiTone树脂可以达到比常规可能的更高的颜料加载率，同时保持较高的美观和机械性能。良好的结果为更广阔的配方和应用窗口提供了条件。可能的应用领域包括薄层，家用电器和白色家电，高填充底漆，天花板瓷砖，热风和空气，金属房屋，金属家具和许多其他。n

本文在2008年由南密西西比大学聚合物与高性能材料学院和南方涂料技术学会主办的水性研讨会上发表。

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