鋁型材具有密度小、質(zhì)量輕、加工性和可塑性強(qiáng)的特點(diǎn)，廣泛應(yīng)用在建筑家居領(lǐng)域。在建筑金屬型材中，鋁型材占比在80%以上，早在2010年我國(guó)建筑鋁型材年產(chǎn)量就超過(guò)了500萬(wàn)t，是世界建筑鋁型材 生產(chǎn)大國(guó)。鋁型材在大氣中能自然氧化生成一層致密的Al2O3氧化膜，但是通常情況下這層氧化膜的厚度很薄，很容易受損失去保護(hù)作用。此外，未經(jīng)表面處理的鋁型材外觀單一，容易審美疲勞。鋁型材的表面處理有兩大作用，一是防止腐蝕的發(fā)生，有效延長(zhǎng)使用壽命；二是可以掩蓋鋁型材在加工過(guò)程中導(dǎo)致的少量表面瑕疵，并帶來(lái)各種豐富多彩的表面效果，裝飾性大大提高。本文從涂層性能和應(yīng)用性能兩個(gè)方面對(duì)建筑鋁型材3種不同的表面處理方式進(jìn)行了對(duì)比，并且結(jié)合粉末涂裝的特點(diǎn)，總結(jié)分析了作為粉末涂料重要發(fā)展方向的耐候性以及低溫固化的研究進(jìn)展情況。指出粉末涂料的耐候性能還需要進(jìn)一步提高以擴(kuò)大應(yīng)用，同時(shí)在烘烤固化環(huán)節(jié)的能耗需要進(jìn)一步降低。?1粉末噴涂在建筑鋁型材表面處理中的優(yōu)勢(shì)，目前鋁型材的表面處理主要包括陽(yáng)極氧化、電泳涂裝和粉末噴涂3種。通常完整的陽(yáng)極氧化工藝流程需要經(jīng)過(guò)機(jī)械預(yù)處理、化學(xué)前處理、陽(yáng)極氧化、著色和封閉5道工序。電泳涂裝工藝與陽(yáng)極氧化工藝大體一致，區(qū)別在于電泳涂裝在陽(yáng)極氧化著色工序之后用電泳涂裝工序取代了封閉工序。所以經(jīng)過(guò)電泳涂裝的鋁型材表面其實(shí)是陽(yáng)極氧化膜和電泳涂層的復(fù)合膜，又稱陽(yáng)極氧化復(fù)合膜。粉末噴涂也需要化學(xué)前處理，之后進(jìn)行靜電噴涂粉末涂料。鋁型材的3種表面處理得到的涂膜性能上各有特點(diǎn)。陽(yáng)極氧化在早期是我國(guó)建筑鋁型材表面處理的*主要方式，陽(yáng)極氧化膜具有高的耐磨性、良好的絕熱絕緣性能和抗蝕性能，現(xiàn)在仍是鋁型材表面處理的主要方式之一。電泳涂裝成熟于日本，日本是個(gè)海洋氣候 ，四面環(huán)海，海鹽粒或者混有海沙的灰泥引起的鋁型材腐蝕問(wèn)題比較突出，陽(yáng)極氧化處理工藝難以實(shí)現(xiàn)這種高腐蝕環(huán)境下的有效保護(hù)。電泳涂裝具有優(yōu)異的耐候性和抗腐蝕性，同時(shí)外觀亮麗，易于清掃，因此得到了迅速發(fā)展。美國(guó)佛羅里達(dá)暴曬試驗(yàn)數(shù)據(jù)顯示，電泳涂裝得到的陽(yáng)極氧化復(fù)合膜（5a的保光率）與氟碳涂層相當(dāng)，色差還小于氟碳涂層。然而電泳涂裝也存在漆膜易劃傷的缺陷，此外作為基層的陽(yáng)極氧化膜韌性差，在機(jī)械應(yīng)力或熱應(yīng)力下容易發(fā)生開裂，有報(bào)道顯示冷封孔的陽(yáng)極氧化膜只能承受66℃烘烤，在82℃下烘烤只有一半的試樣合格。20世紀(jì)90年代初，粉末噴涂開始在我國(guó)鋁型材的表面處理中規(guī)模化應(yīng)用，近10a來(lái)發(fā)展迅速。粉末噴涂的性能優(yōu)勢(shì)并不明顯。如在外觀平整度和涂膜均勻性上不如陽(yáng)極氧化和電泳涂裝、耐候性能介于陽(yáng)極氧化和電泳涂裝之間，但耐磨性、耐酸性和柔韌性明顯優(yōu)于陽(yáng)極氧化和電泳涂裝。建筑鋁型材作為一種半 性結(jié)構(gòu)，耐久性至關(guān)重要，因而抵抗機(jī)械作用與抗老化保持涂膜的完整性和功能性尤為重要。通常使用的電泳漆是丙烯酸涂料，具有非常優(yōu)異的耐候性，GB 5237―2008加速耐候性*低級(jí)別也要求1000h氙燈老化保光率＞80%，*高級(jí)別甚至要求4000h氙燈老化保光率＞80%；建筑鋁型材通用型粉末涂料主體結(jié)構(gòu)是聚酯樹脂，其耐候性比丙烯酸略差，GB 5237―2008加速耐候性*高級(jí)別也僅要求1000h氙燈老化保光率＞90%。這表明電泳涂裝耐候性平均值明顯高于粉末噴涂，建筑鋁型材的粉末涂裝耐候性已經(jīng)落后于實(shí)際需求。在應(yīng)用上粉末噴涂?jī)?yōu)勢(shì)較大。粉末噴涂可以實(shí)現(xiàn)多達(dá)幾千種色彩和各式各樣的紋理裝飾效果，這是陽(yáng)極氧化和電泳涂裝所難以達(dá)到的。另外，粉末噴涂環(huán)保優(yōu)勢(shì)明顯。陽(yáng)極氧化和電泳涂裝工藝中，水和電的消耗是相當(dāng)大的，在氧化工序中，整流機(jī)的輸出電流可達(dá)到8~11kA，電壓在15~17.5V（硫酸直流陽(yáng)極氧化工藝氧化電壓一般為12~18V），噸電耗可達(dá)1000度左右。此外，陽(yáng)極氧化、著色和封閉工序需使用大量的酸、堿和鎳鹽等，廢水和廢氣后處理壓力大。粉末噴涂前處理工序比陽(yáng)極氧化前處理工序簡(jiǎn)便，主要為脫脂與鉻化，無(wú)需陽(yáng)極氧化和電泳工序，能耗較低。粉末涂料不含溶劑，VOC排放幾乎為0，環(huán)保壓力小。鋁型材粉末涂裝相比陽(yáng)極氧化和電泳涂裝耗電量要少很多。但是目前主流粉末涂料的固化溫度高達(dá)180~200℃，其能源消耗仍然不可忽視，降低粉末涂料固化條件是長(zhǎng)期發(fā)展的趨勢(shì)。2建筑鋁型材粉末涂料研究進(jìn)展，近幾年來(lái)， 和社會(huì)對(duì)環(huán)保的要求越來(lái)越高，政策導(dǎo)向逐漸限制和減少高能耗高污染的生產(chǎn)工藝使用的趨勢(shì)十分明顯，粉末涂裝迎來(lái)了發(fā)展的良機(jī)。然而，要擴(kuò)大粉末涂裝在建筑鋁型材表面處理中的應(yīng)用，粉末涂裝在保持自身應(yīng)用優(yōu)勢(shì)的基礎(chǔ)上，提高耐候性彌補(bǔ)性能上的不足同時(shí)降低粉末涂料固化溫度減少能耗是必經(jīng)的過(guò)程。2.1粉末涂料的耐候性改進(jìn)，國(guó)內(nèi)外對(duì)粉末涂料耐候性有較多研究。在粉末涂料用聚酯樹脂合成中，適當(dāng)加大間苯二甲酸的比例減少對(duì)苯二甲酸的用量，以及盡量使用新戊二醇、減少使用或不用乙二醇以保證耐候性，已經(jīng)得到了行業(yè)內(nèi)的廣泛認(rèn)同。然而常規(guī)的間苯二甲酸替代法存在機(jī)械性能變差的問(wèn)題，目前國(guó)內(nèi)商品化的超耐候聚酯樹脂絕大部分采用全間苯二甲酸方案。而這一類型的超耐候聚酯樹脂制備得到的粉末涂層，通常其反沖只能達(dá)到20cm，機(jī)械性能差是這些超耐候樹脂面臨的共同問(wèn)題。在各種類型的粉末涂料中，氟碳粉末涂料的耐候性能*佳，可達(dá)到超耐候的要求。鞏永忠等對(duì)氟碳粉末涂料及其關(guān)鍵原材料氟碳樹脂進(jìn)行了長(zhǎng)期研究。目前PEVE氟碳粉末的加工性能已經(jīng)大大改善，使用與常規(guī)粉末涂料相同的設(shè)備和工藝制備得到的FEVE氟碳粉末涂料通過(guò)了QUALICOAT―2009Ⅲ和AAMA2605―2005認(rèn)證。固化溫度也降低到了180~200℃，機(jī)械性能和附著力都不存在應(yīng)用問(wèn)題。然而FEVE氟碳樹脂加工工藝復(fù)雜，價(jià)格昂貴限制了其的應(yīng)用。為降低成本，國(guó)內(nèi)粉末涂料廠家在常規(guī)粉末涂料中引入部分氟碳樹脂，通過(guò)拼用或?qū)臃蛛x的技術(shù)制得耐候性優(yōu)異的粉末涂料，在降低成本的同時(shí)提高了氟碳樹脂的潤(rùn)濕性能和機(jī)械性能。魏育福等在TGIC固化粉末涂料中引入6%~17%的FEVE氟碳樹脂，制備得到的粉末涂料仍具有非常優(yōu)異的耐候性，其1000h氙燈老化保光率在90%以上。張?jiān)苽ネㄟ^(guò)環(huán)氧粉末涂料與氟碳粉末涂料干混，通過(guò)環(huán)氧樹脂與氟碳樹脂表面能差異實(shí)現(xiàn)1次涂裝之后的分層，實(shí)現(xiàn)了重防腐和超耐候，制備的涂層2000h氙燈加速老化后保光率仍有90%以上。慶福等將TGIC固化聚酯樹脂與異氰酸酯固化氟碳樹脂拼用制得復(fù)合型超耐候粉末涂料。研究表明當(dāng)聚酯樹脂與氟碳樹脂的質(zhì)量比為1∶1時(shí)其QUV-B 1000h人工加速老化保光率還有60%以上，可很好地實(shí)現(xiàn)耐候性和成本的均衡，而同等試驗(yàn)條件下聚酯樹脂粉末涂料的保光率只有19.1%。通過(guò)引入新的耐候性單體，改善聚酯樹脂主體結(jié)構(gòu)的耐候性也是可行的方案。Chang等發(fā)現(xiàn)，使用不含苯環(huán)的單體1,2-環(huán)己烷二甲酸或1,3-環(huán)己烷二甲酸、1,4-環(huán)己烷二甲酸和2,2,4,4-四甲基-1,3-環(huán)丁烷二醇為主體合成的聚酯樹脂，與羥烷基酰胺在約177℃/20min下固化制得的涂膜具有非常優(yōu)異的耐候性。其50%保光率的QUV-B老化時(shí)間均在1500h以上；二元酸采用1,2-環(huán)己烷二甲酸的50%保光率的QUV-B老化時(shí)間甚至達(dá)到了5000h，而常規(guī)聚酯樹脂制備的涂膜50%保光率的QUV-B老化時(shí)間在300h以下。楊小青等也發(fā)現(xiàn)使用不含苯環(huán)單體制備得到的聚酯樹脂具有優(yōu)異的耐候性。鄭榮輝等在聚酯樹脂合成過(guò)程中引入含氟單體1H,1H,10H,10H-全氟-1,10-癸二醇、四氟間苯二甲酸、六氟戊二酸，將制備得到的含氟聚酯樹脂與β-羥烷基酰胺固化可制得耐候型優(yōu)異的涂層。然而這些耐候性單體價(jià)格遠(yuǎn)高于常規(guī)單體，上述無(wú)苯環(huán)單體制備得到的涂層還存在Tg較低的缺陷。除了改進(jìn)成膜物耐候性之外，使用改性填料和助劑來(lái)提高粉末涂料的耐候性也有見報(bào)道。郭剛和施奇武分別發(fā)現(xiàn)，將經(jīng)過(guò)表面改性的金紅石(R)型納米TiO2作為紫外光吸收劑加入粉末涂料中，2%的添加量就可以大幅改善涂層的耐候性。涂清華等研究表明，粉末涂料在高溫高濕的環(huán)境中涂膜表面易出現(xiàn)發(fā)白斑塊，這些發(fā)白斑塊是由于涂層吸水導(dǎo)致的，通過(guò)使用10%~40%的經(jīng)過(guò)表面處理的BaSO4和Al2O3疏水填料，白斑基本消失，通過(guò)提高疏水性來(lái)提高涂層的耐候性。2.2低溫固化粉末涂料的研究，目前行業(yè)內(nèi)將固化條件＜160℃的粉末涂料稱為低溫固化粉末涂料。要實(shí)現(xiàn)低溫固化需要成膜物具有高的反應(yīng)活性和低的熔融黏度。同時(shí)為保證涂膜必要的機(jī)械性能和粉末貯存穩(wěn)定性，成膜物固化前的相對(duì)分子質(zhì)量不能太低。不同類型粉末涂料里面，能夠滿足建筑鋁型材耐候要求的有TGIC固化體系、羥烷基酰胺固化體系、封閉異氰酸酯固化體系以及丙烯酸粉末涂料等。其中封閉異氰酸酯固化體系由于常用己內(nèi)酰胺封閉固化劑的解封閉溫度高達(dá)160℃，難以滿足低溫固化的要求。丙烯酸樹脂具有高活性和優(yōu)異的耐候性能，在低溫固化方面應(yīng)用較多。L·莫恩斯制備了一種可在150℃以下固化得到優(yōu)良涂膜性能的粉末涂料。該粉末涂料由無(wú)定形端羧基聚酯樹脂A、無(wú)定形或半結(jié)晶形端羧基端羥基雙官能團(tuán)聚酯樹脂B1和/或結(jié)晶性多元酸B2、縮水甘油基丙烯酸共聚物C、可與羧基反應(yīng)的其他化合物D組成。該粉末涂料在140℃/15min固化后得到的涂膜機(jī)械性能與常溫固化粉末涂料相當(dāng)，QUVA人工加速老化50%保光率時(shí)間在2200~2500h，具有優(yōu)異的耐候性。Bin Wu公開了一種半結(jié)晶聚酯樹脂及其制備方法，以半結(jié)晶樹脂與常規(guī)無(wú)定形樹脂和縮水甘油基丙烯酸樹脂共擠，制備得到的粉末涂料可在130℃/25min條件下充分固化,具有很好的機(jī)械性能和外觀流平。李光等通過(guò)選用高環(huán)氧當(dāng)量丙烯酸樹脂、低環(huán)氧當(dāng)量丙烯酸樹脂、十二烷二酸以及其他助劑制備了低溫固化丙烯酸粉末涂料。在150℃條件下烘烤20min實(shí)現(xiàn)充分固化，涂膜經(jīng)過(guò)QUV-A 1400h人工加速老化后保光率在90%以上，并應(yīng)用在鋁輪轂罩光漆上。張劍等通過(guò)聚酯樹脂和丙烯酸樹脂共混，在聚酯樹脂低溫固化劑的作用下，制備了戶外MDF用粉末涂料，可實(shí)現(xiàn)中波紅外脈沖輻射加熱下130~150℃快速固化。目前耐候性粉末涂料用量*大的TGIC固化體系和羥烷基酰胺固化體系，在低溫固化方面，羥烷基酰胺體系更有優(yōu)勢(shì)。由于TGIC的加入對(duì)粉末涂料Tg影響非常大，TGIC固化樹脂需要較高的Tg，通常要求在60℃以上，TGIC反應(yīng)活性高，通常都需要添加固化促進(jìn)劑才能保證在200℃/10min充分固化。而通過(guò)固化促進(jìn)劑能夠?qū)崿F(xiàn)的*低固化溫度也都在160℃以上，因此開發(fā)TGIC低溫固化聚酯難度非常大。鄭榮輝等通過(guò)增加支化度高的三元醇的種類和用量，同時(shí)在多元酸組分中增加間苯二甲酸的用量并引入馬來(lái)酸酐和己二酸，以高活性的均苯四甲酸二酐封端，制備了可實(shí)現(xiàn)TGIC體系在140~160℃固化的聚酯樹脂。不過(guò)聚酯樹脂的Tg只有53~57℃。常用羥烷基酰胺T-105具有4個(gè)官能度，用量少，對(duì)粉末涂料Tg的影響比TGIC小得多，反應(yīng)活性高，通常180℃/10 min就可完全固化。馬洪英通過(guò)配方優(yōu)化，優(yōu)選三羥甲基丙烷、新戊二醇、2-乙基,2-丁基-1,3丙二醇組合，調(diào)整配方中對(duì)苯二甲酸、間苯二甲酸和己二酸的比例，并以偏苯三酸酐作為封端劑量，合成了酸值50mgKOH/g左右，Tg為57℃的聚酯樹脂。該聚酯樹脂以羥烷基酰胺作為固化劑，可實(shí)現(xiàn)120℃/40min、130℃/30min、140℃/20min和150℃/15min條件下的完全固化。在上述固化條件下，涂膜均實(shí)現(xiàn)了50cm的正反沖，并且QUV-B 240h老化保光率均在80%以上。鄧慕強(qiáng)等通過(guò)引入脂肪族1,6-己二醇和脂環(huán)族多元醇1,4-環(huán)己烷二甲醇以及甲基丙烯酸，制備了可實(shí)現(xiàn)130~140℃固化的羥烷基酰胺固化聚酯樹脂，Tg在55℃以上。馬志平等引入氫化二聚脂肪酸實(shí)現(xiàn)了聚酯樹脂柔韌性和Tg的平衡，采用后加入1,4-環(huán)己烷二甲醇的方式降低了聚酯樹脂的黏度，制備得到的羥烷基酰胺固化樹脂酸值為50~55mgKOH/g，可實(shí)現(xiàn)140℃條件下的充分固化。張劍等選用酸值在42~56mgKOH/g的高酸值超耐候聚酯樹脂，以羥烷基酰胺為固化劑，在固化促進(jìn)劑的作用下，在玻璃鋼表面涂裝實(shí)現(xiàn)了150~160℃的快速固化，制備得到的涂膜耐候型優(yōu)異，附著力良好。3結(jié)語(yǔ)：我國(guó)建筑鋁型材的3種涂裝工藝在性能上各有特點(diǎn)，在應(yīng)用性能上，粉末涂裝在選擇多樣化和個(gè)性化方面具有較大的優(yōu)勢(shì)。但是我國(guó)粉末涂料在提高耐候性和降低固化溫度減少能耗方面，尚未取得突破性進(jìn)展。目前氟碳粉末涂料價(jià)格昂貴、應(yīng)用受限，成本可接受的耐候改進(jìn)方案又存在其他性能上的不足；低溫固化粉末涂料商品化產(chǎn)品極少，上游原材料供應(yīng)和下游應(yīng)用市場(chǎng)都有許多困難需要解決。隨著我國(guó)人民群眾對(duì)環(huán)保問(wèn)題關(guān)注的不斷提高，政策導(dǎo)向有利于粉末涂裝擴(kuò)大應(yīng)用比例，但是仍需要行業(yè)內(nèi)加強(qiáng)技術(shù)研發(fā)解決面臨的各種問(wèn)題。