粉末涂料的成膜依靠熔融状态下树脂的流动并相互粘连而成，熔体黏度高，限制了其自由流动，流平效果稍差，有轻微橘皮产生。改善粉末涂料流平性，形成外观良好的涂膜，一直是粉末涂料界所关注的重点。因此，探讨影响粉末涂料流平性因素，优化配方设计，改进设备和施工工艺，改善粉末涂料涂膜的外观，具有重大的现实意义。

    1流平机理

    粉末涂料是一无溶剂的均匀体系，必须熔融后才能附着在被涂物上面，流平后固化成膜，一般需要经过三个过程[1]：

    (1)从单独的粉末颗粒，聚集成为一层连续的、不平整的膜，此过程称为聚集过程；

    (2)从连续不平整的表面流淌形成较为光滑与平整的表面，即流平过程；

    (3)熔融的涂液通过交联反应，黏度不断提高，最后固化为坚硬的涂膜，称为固化过程。

    流平过程所需要的时间描述可采用Nix方程和Orchand关系式来表示[2]：

    A、融结阶段：t=f(η×Re/r)(1)

    式中：t?时间；η?涂料的熔融黏度；Re?涂料颗粒平均曲率半径；r?表面张力；

    B、流平阶段：

    式中：△t?流平时间；λ?两峰间距离；η?熔融黏度；an/at?流平前后峰高之比；r?表面张力；x?涂层厚度。

    从式(1)、(2)中可以看出：影响粉末涂料流平的因素主要是树脂的熔融黏度、表面张力、颗粒粒径、涂层厚度、固化温度与时间等，下面就这些因素进行讨论。

    2影响粉末涂料流平性因素

    2.1涂料树脂

    粉末涂料树脂的玻璃化温度、熔融温度决定了粉末涂料的流动性能与贮存稳定性，这与相对分子质量及其分布有关。要获得较好的涂膜，树脂的相对分子质量分布越窄越好。相对分子质量分布过宽意味着存在相对分子质量过小或过大的树脂，不能与涂料的其他组分很好地相融，在这样的条件下高温烘烤时，涂层间的混融性不好，涂层的表面张力就达不到平衡，微粒间的作用力将产生排斥或收缩的运动，而熔融流动时间是有限的，它们之间不可能有充分的流平时间，随着涂层的固化，涂膜表面会出现缩孔、橘皮等缺陷。因此，应选择熔融黏度低、粉末涂料胶化时间长、熔融水平流动性大的树脂；但是从涂膜物理机械性能来说，流平时间短而交联固化时间长的机械性能较好，二者应兼顾。另外聚酯粉末产品在贮存过程中容易结块，喷涂时易出现流挂、橘皮、针孔等现象，这是由于聚酯树脂玻璃化温度(Tg)不适合所致。生产实践检验，聚酯树脂Tg控制在50～65℃范围内，既能保证涂层丰满，有良好的流平性，也能使粉末涂料在40℃以下贮存4～6个月不结块，具有一定的稳定性。

    2.2流平剂

    流平剂是对于得到平整涂膜外观不可缺少的成分。流平剂均匀地分散到粉末涂料中，粉末静电喷涂到工件烘烤固化时，它能降低涂料系的黏度及表面张力，使熔融涂料在未固化前增加流动性，并在涂料熔融流动过程中经表面迁移，逐渐由分子内部部分地迁移到涂膜表面而形成一单分子层，使整个表面增加了定向分子结构的密度，使涂膜表面平整、光滑，避免成膜过程中形成缩孔。丙烯酸酯流平剂的用量对A90162SF75粉末涂料外观的影响如表1所示。

    表1流平剂的用量对涂膜流平性的影响(目测法)

    从表1可知，当配方中没有流平剂或流平剂用量少时，涂膜流平性很差，涂膜全板缩孔或者个别缩孔，而用量在树脂的110%以上时，可以得到无缩孔的平整涂膜。但过多加入流平剂会降低粉末涂料的贮存稳定性，且流平剂容易浮到涂膜表面，降低涂膜的耐污染性和光泽，流平剂用量为树脂和固化剂总质量的1.0%～1.3%较适宜。

2.3脱气剂

    在粉末涂料中常用的脱气剂是安息香，其在熔融状态下具有很低的表面张力，能有效地消除粉末涂料在固化反应时生成的小分子化合物，以及粉末中含有水分或被涂工件表面吸附的挥发物在烘烤过程中逸出形成的针孔、气孔等缺陷。消泡机理可简述如下[3]：首先是消泡剂和气泡的接触，再是消泡剂在气泡界面上的展布，然后是消泡剂进入气泡或置换气泡膜，最后是气泡破灭。但是安息香在高温下会变色或分解，将影响涂膜颜色，同时消泡剂用量较大虽然有良好的消泡效果，但涂膜表面会出现大量的鱼眼纹和光泽下降等缺陷。表2为A9016SF75中安息香加入量对涂膜质量的影响，从表中可知安息香的用量为树脂用量的0.5%左右较理想。

    表2安息香用量对涂膜的影响

    注：铝型材用A9016SF75I涂料配方，样板涂膜厚度60～70μm。

    2.4颜料

    不同颜料对聚酯粉末涂料胶化时间、熔融水平流动性的影响有明显差别。其主要原因是不同颜料在粉末涂料体系中的分散性不同，而且由于颜料吸油量、化学结构的差异，使得它们对粉末涂料的熔融黏度和化学反应活性也有不同的影响，使粉末涂料胶化时间和熔融水平流动性产生差别。颜料用量对粉末涂料和涂膜性能也有影响。炭黑和有机颜料的吸油量大，在满足着色力和遮盖力的前提下，应该尽量减少使用量，以利于涂膜外观的改进和产品成本的降低。一般情况下，颜料用量过多，粉末涂料的熔融黏度将增加，熔融水平流动性降低，涂膜流平性变差，对涂膜耐冲击性产生负面影响。但如果颜料用量不足，将使涂膜遮盖力达不到要求。对于一些着色力强、遮盖力差的有机颜料而言，必须与遮盖力强的无机颜料配合使用才能得到平整性和遮盖力均好的粉末涂膜。

    2.5粉末粒径

    涂膜的表面外观还受粉末粒子的大小及分布所影响。粒子越小，其热容量越低，熔融所需时间也就越少，从而可较快聚结成膜进而流平，产生较好的外观；而大的粒子熔融所需时间较小粒子要长，产生橘皮的机率也就越大。粉末粒径也是粉末涂料极其重要的一个质量指标，它影响着产品的外观质量、粉末上粉率[4]、稳定性及机械性能等。图1为A9016SF75铝型材专用粉末涂料的粒径分布图。

    图1纯聚酯A9016SF75铝型材专用粉末涂料粒径分布图

    从图1可知，粉末粒径小于10μm粉末涂料(超细粉)<10%，超细的粉末流动性、带电性差；粒径大于90μm的粉末颗粒3%，粒径太大，涂膜的外观质量下降，橘皮严重，粉末涂料的粒径控制在20～80μm较适合静电喷涂的要求。

    2.6烘烤固化

    粉末固化成膜工艺，是指因静电而吸附在工件表面的粉末，通过固化处理而转变成符合质量要求的涂膜工艺。工件在固化过程中需经过升温、保温、冷却三个阶段，在烘烤固化温度条件下，控制熔融流平的时间应长些，熔融水平流动性大的较好，有利于粉末涂层的流平，烘烤升温过快，固化时间太短，流平差都会导致橘皮明显。但是就涂膜物理机械性能而论，胶化时间短的性能较好，不过涂膜流平性相应要差一些。图2为安塑材料有限公司(铝型材)的生产炉温控制曲线(采用Data炉温检测仪检测)，使用A9016SF75铝型材专用粉末涂料，多年实践证明在该条件下固化的铝型材产品外观效果良好，机械性能也好。从图2可以看出，型材从进炉开始8min时间预热升温后达到固化温度(200℃)，保持20min固化，27min后出炉，整个加温过程30min，保证了预热温度和时间及固化温度和时间，确保铝型材涂膜外观及机械性能。

图2炉温曲线分布图

    图2炉温曲线分布

    3结语

    粉末涂料的流平性受流平助剂、成膜树脂的结构和固化机理影响。提高粉末涂料的流平效果，生产应用中常采用添加适当的流平助剂，选用低熔融黏度的树脂体系，增大涂层的表面张力，提高涂膜固化温度，延长固化时间，增加涂层的厚度，减小粉末颗粒粒径等措施。但粉末涂料流平性的机理比较复杂，影响涂料流平性的因素也较多，有些因素是相互矛盾相互制约的，需要综合考虑，在保证涂膜的机械性能的基础上，尽可能获得流平性能优异的涂膜。