摘要：介绍了砂纹效果粉末涂料纹理形成方法、常用制备方法、常规砂纹剂的弊端，结合目前某些行业对无氟砂纹效果的需求，从原材料选择、生产工艺、施工工艺，以及相关质量管控等多维度展开探讨，使产品既实现砂纹效果，性能与常规产品无明显差异，同时又不含氟，满足客户需求。
0.前言：
砂纹效果粉末涂料不仅具有一般热固性粉末涂料的诸多优点， 而且花纹美观、 装饰性强，还可以弥补和遮盖工件表面粗糙、不平整等缺陷。该类粉末涂料广泛用于仪器仪表、配电柜、防盗门、家电、家具、灯饰等领域的涂装涂料在线coatingol.com。通过添加PTFE的聚合物或改性PTFE聚合物来获得不同的纹理效果，随着新的环保政策和行业要求的出现，无氟砂纹效果粉末涂料的需求越来越大。
1.砂纹效果粉末涂料的纹理形成方法
砂纹效果粉末涂料的制备原理：利用烘烤固化时粉末涂料的熔融黏度、表面张力和固化速率等的变化，引起涂膜表面的收缩而配制。一般形成砂纹的方法有3种。
1.1 加入填料法
增加填料用量，或使用高吸油值填料，以阻碍树脂熔融时的正常流动，使得树脂不能完全包容或者刚好能包容颜填料颗料，没有多余的树脂去填充颜填料颗料间的空隙，从而形成了以颜填料颗料为骨架的立体结构。这种方法生成的砂纹的优点在于它的成本较低，但若填料量控制不当，会使粉末涂料的施工性能、涂膜的机械性能、涂膜的耐化学品性能受到影响。
1.2 加入不相容物质法
在粉末涂料中加入一些不相容的聚合物，其熔点高于粉末涂料树脂基料的熔融温度。含有不相容物质的粉末涂料预混台后，在熔融挤出时与其他树脂固化剂不相容，固化成膜时构成基料的树脂包覆在聚合物的颗粒上，从而形成纹理。采用此种方法应该注意的是需要严格控制不相容物质的种类及添加量，否则会使涂膜的机械性能受到影响。此种方法生产的砂纹粉末涂料耐化学性、耐腐蚀性较好。
1.3 加入砂纹剂法现在砂纹效果粉末涂料制造常用的是加入砂纹剂法。
加入砂纹剂生产砂纹粉末涂料的原理是：粉末涂料在熔融流平时，由于砂纹剂的表面张力小于正常的粉末涂料涂膜的表面张力，分散于涂膜各点的砂纹剂改变涂膜的局部张力，使表面张力高的基料来包裹表面张力低的砂纹剂， 最终涂膜呈现分布均匀的砂纹状。采用此种方法生产的砂纹粉末涂料的装饰性和防护性都好，不仅机械性能优异，而且纹理重现稳定、手感滑爽、挤出容易、效果稳定。
2 砂纹效果粉末涂料常用制备方法
早期制备砂纹效果粉末涂料常用添加大量填料，或缩短粉末的胶化时间，或两者结合来实行。其缺点是不言而喻的，既影响性能又给粉末加工带来困难。膜厚的不同会影响最终的纹理效果。
现今人们可以通过添加PTFE的聚合物或改性PTFE聚合物来获得不同的纹理效果而且非常稳定。PTFE有不同的粒径和表面形态，不同粒径或表面形态的PTFE具有不同的纹理效果。一般随着使用量的增加，其起砂效果越明显，最终可获得均匀细致的砂纹表面。某些改性的PTFE也可产生砂纹效果，一般采用PP或费托PE蜡和PTFE混合来获得。采用改性的PTFE制备砂纹表面其添加量稍大，纯的PTFE添加量少，一般采用稀释办法以获得稳定的纹理效果。使用PTFE的过程当中添加量的大小、粉末粒径及颜填料都会对表面及光泽产生较大影响。一般而言，粉末粒径越细，产生的纹理越细(粗糙度越小)；粒径越粗纹理也越深。一般而言，随着添加量的增加，表面光泽逐渐降低，纹理效果也越来越明显，直至变成均匀一致的细砂纹，但在相同添加量时，粒径较细的粉末并不产生很深的纹理深度，其光泽也比采用相同组份但粒径粗的粉末要高，因此调节光泽或纹理大小除了添加量外，还可以通过粉末粒径来调节。
另外填料的类型及含量也会影响砂纹的表面效果。一般而言较高的颜填料应当会导致极为紧密的纹理形成。例如在TGIC固化的配方中，含20%CaCO3的粗粒径的粉末将比含有同样量的细粒径粉末具有更大的粗糙度，随着PTFE添加量的增加，其粗糙度也是增加的。不同的填料类型也会产生不同的粗糙度，因此可以将不同的填料进行组合以获得相应的纹理效果，但CaCO3并不适合户外使用。SiO2对调节纹理深度有一定效果，有时比轻钙更好。使用不同的填料时涂料的颜基比(PVC)效应也有所不同。一般而言，在相同的填充料下， BaSO4比CaCO3具有较深的粗糙度。较高的填料量产生较强的纹理效果，但过多的填料也会导致不充分润湿或流动，过于粗糙的涂膜也不一定具有应用价值，可以通过调节PTFE用量、粉末粒径及填颜料品种以取得综合的平衡效果。
3 常规砂纹剂的弊端
现今人们可以通过添加PTFE的聚合物或改性PTFE聚合物来获得不同的纹理效果。但聚四氟乙烯(Polytetrafluoroethylene，PTFE)属于PFAS(Polyfluoroalkyl substances)家族，其化学成分由碳原子和氟原子组成，具有极低的摩擦系数和出色的化学、热和电稳定性。由于疑似健康问题，这些含PTFE材料的安全性在过去10年中一直受到审查。
全氟和多氟化合物(PFAS)是一种人造化学品，碳链上的氢原子被部分或者全部取代为氟原子，按照其碳链长度可分为短链和长链PFAS，并按照其分子量的差异以气体、液体或固体高分子聚合物等方式存在。全氟羧酸类化合物(PFCAs)、全氟磺酸类化合物(PFSAs)和全氟磺酰胺类化合物(FASAs)具有相似的全氟碳链结构，但含有不同的末端官能团，分别为—COOH、—SO3H和 —SO2—N—CH2CH3。此外，多氟聚醇类化合物(FTOHs)的结构式为F(CF2)nCH2CH2OH，可以作为聚合物和表面活性剂中间产物的合成原料。
PFAS具有良好的疏水性、疏油性和抗污性，由于其C—F具有较强的键能，比碳氢有机化合物具有更稳定的化学性质，被广泛运用于化工、服装家具、食品包装和日常用品等行业中，最新研究发现PFAS还可运用于弹药、人造草皮和土壤修复等方面中。
随着研究的深入，具有持久性和生物累积性的PFAS带来的健康风险越来越引起世界各国高度重视，监管部门和研究人员针对PFAS开展了立法监管、污染水平调查、毒理评估、替代产品与方案研究等各方面的工作。全氟化合物在产品中的使用虽不会对人体造成直接的伤害，但其在环境中不易被降解，在活体生物中容易通过食物链积累，从而对人体健康造成危害，部分国家对全氟化合物制定了相关的管控措施。随着这些管控措施的实施，含氟砂纹效果粉末涂料的使用会受到很大程度的制约，砂纹效果粉末涂料无氟化势在必行。
4 不含PFAS的无氟砂纹效果粉末涂料解决方案
无氟砂纹效果粉末涂料解决方案是为了满足环保要求和可持续发展的需求而研发的一种涂料技术。无氟砂纹剂是一种应用于涂料行业的添加剂，特别用于粉末涂料中，以实现砂纹质感的效果。这种产品不含有氟化合物，因此相较于传统的含氟砂纹剂，其对环境更为友好，同时避免了因使用含氟材料带来的潜在环保问题。无氟砂纹剂在粉末涂料中的应用，不仅能满足客户对于砂纹效果的需求，而且因其不含PFAS(全氟和多氟烷基物质)等有害物质，符合日趋严格的环保法规要求，从而在工业生产和消费市场中越来越受到重视。这类粉末涂料的特点是在不使用含氟添加剂的情况下，依然能够获得美观且具触感的砂纹表面效果。
以下是实现无氟砂纹效果粉末涂料的一般解决方案步骤。
4.1 原材料选择根据目标产品的性能要求和应用场景，优化配方中树脂、固化剂、颜填料、砂纹剂、以及其他功能性助剂的比例和种类，相关原料中不存在氟元素，同时还要达到理想的砂纹效果和涂层性能。
4.1.1 树脂及固化剂选择不含氟的树脂作为基础聚合物，使涂膜具有较高的玻璃化温度、交联密度和硬度，提高涂层的抗划伤性能，确保涂膜具有优良的物理性能和化学稳定性，以保证涂膜的机械强度和耐候性。
4.1.2 砂纹剂砂纹剂是形成砂纹效果的关键成分。使用无氟砂纹剂替代传统的含氟砂纹剂，此类砂纹剂可能是基于特殊设计的有机或无机粒子，具有良好的流动性和分散性，能在熔融涂布和固化过程中定向排列，形成砂纹效果。无氟砂纹剂作为一种涂料添加剂，主要用于粉末涂料中产生砂纹效果，而不含氟元素或其他有害环境的氟化合物。其工作原理大致如下：在粉末涂料中添加无氟砂纹剂后，砂纹剂的主要成分(如聚乙烯或聚丙烯晶体等)与涂料主体部分(树脂、固化剂等)在物理性能上存在差异，比如密度、粒径大小和形状等。当粉末涂料在熔融、流平并固化过程中，砂纹剂成分会因为自身特性而发生迁移或排列变化，形成微小的突起和凹陷，最终在干燥后的涂膜表面上呈现出独特的砂纹状纹理。另外，某些无氟砂纹剂可能通过特殊的化学反应或相变过程来促进砂纹的形成，例如通过调节固化速度或者参与交联反应，使局部区域的固化速率不同，由此形成的不规则结构也能造就砂纹效果。总之，无氟砂纹剂的成膜原理主要是利用其物理特性和可能存在的化学作用，在涂膜固化过程中产生特定的微观结构差异，进而表现出砂纹状的视觉和触感效果。
4.1.3 颜填料颜料是影响涂层性能的重要因素。无氟砂纹效果粉末涂料通常选用环保、无氟的颜料，如有机颜料、无机颜料、珠光颜料等。合理控制颜料的含量和硬度，可以提高涂层的抗划伤性能和遮盖力。填料在粉末涂料配方组成中也是不可缺少的重要组成部分。硫酸钡是一种重要的填料。硫酸钡分为天然硫酸钡和沉淀硫酸钡。天然硫酸钡是重晶石，比重大，硬度低，性脆，化学性质稳定，不溶于水和酸。重晶石化学组成为BaSO4，晶体属正交(斜方)晶系的硫酸盐矿物。常呈厚板状或柱状晶体，多为致密块状或板状、粒状集合体。质纯时无色透明，含杂质时被染成各种颜色，条痕白色，玻璃光泽，透明至半透明。沉淀硫酸钡，物理性质优越，细度均匀，无定性白色粉末或膏状。沉淀硫酸钡是通过化学沉淀法工艺生产，含机械杂质少，化学性质稳定。为了避免填料引入氟元素，无氟砂纹效果粉末涂料优先使用沉淀硫酸钡。
4.1.4 其他助剂为了进一步提高无氟砂纹效果粉末涂料的抗划伤性能，可以添加适量的抗划伤助剂，如聚丙烯蜡、聚乙烯蜡、热塑性树脂等。抗划伤助剂可以提高涂层的硬度和弹性，从而改善其抗划伤性能。除此之外，其他助剂的选择也需要慎重，需要规避氟元素的引入。
4.2 生产工艺在粉末涂料生产过程中，建议无氟生产流水线生产相关产品，避免生产其他含氟产品后清机清理不干净的残留对产品带来影响。此外，精确控制砂纹剂和其他添加剂的添加量，并确保均匀分散在粉末涂料体系中。对熔融混合、冷却破碎、筛分等环节进行严格把控，以维持砂纹剂颗粒的良好分布状态。
4.3 施工工艺调整无氟砂纹效果粉末涂料的制备工艺对其性能有很大影响。通过调整涂料的熔融温度、粉末粒度、助剂用量等工艺参数，可以获得具有优异性能的无氟砂纹效果粉末涂料。针对不同的施工方法(如静电喷涂、流化床浸涂等)，调整烘烤时间和温度参数，确保砂纹效果充分显现且不会出现流挂、橘皮等不良现象。
4.4 质量控制定期检测成品粉末涂料的砂纹效果、机械性能、耐腐蚀性、耐候性等各项指标，确保无氟砂纹粉末涂料既能满足环保要求，又能达到客户所需的外观和耐用性标准。通过上述各个环节的精心设计和严格控制，可以成功开发出环保型无氟砂纹效果粉末涂料，服务于诸如铝型材、家电、家具、五金制品等各种需要砂纹质感表面处理的应用领域。
5 结语
无氟砂纹效果粉末涂料广泛应用于建筑、家具、汽车、电子等领域，满足绿色环保和高效性能的需求。无氟砂纹效果粉末涂料是一种环保、高性能的涂料，通过合理选择树脂及固化剂、砂纹剂、颜填料和其他助剂，以及优化制备工艺，可以实现优异的砂纹效果和综合性能。
来源：2024粉末涂料与涂装第1期
作者：文 / 叶坤、 刘军、杨庆伟 ( 浙江超浪新材料有限公司 )
