比较了建筑铝型材3种表面处理的特点，分析了粉末涂装的相对优势。介绍了户外粉末涂料在耐候改进和低温固化2个方面的研究进展。
简介
铝型材具有密度低、重量轻、加工性和可塑性强的特点，广泛应用于建筑和家居领域。
在建筑金属型材中，铝型材占80%以上。早在2010年，我国建筑铝型材年产量就超过500万吨，成为全球最大的建筑铝型材生产国。
铝型材在大气中可以自然氧化形成致密的Al2O3氧化膜，但通常这种氧化膜的厚度很薄，很容易被损坏，失去保护作用。
另外，未经表面处理的铝型材外观单一，容易产生审美疲劳。铝型材的表面处理有两个作用:一是防止腐蚀，有效延长使用寿命；其次，可以掩盖铝型材加工造成的少数表面缺陷，带来各种多彩的表面效果，从而大大提高装饰性。
本文从涂层性能和应用性能两个方面比较了三种不同的建筑铝型材表面处理方法。结合粉末涂料的特点，总结分析了耐候性和低温固化这两个粉末涂料的重要发展方向的研究进展。
指出粉末涂料的耐候性有待进一步提高以扩大其应用，烘烤固化过程中的能耗有待进一步降低。& zwj
粉末喷涂在建筑铝型材表面处理中的优势
目前铝型材的表面处理主要有阳极氧化、电泳涂装和粉末喷涂。一般完整的阳极氧化工艺需要五道工序:机械预处理、化学预处理、阳极氧化、着色和封闭。
电泳涂装工艺与阳极氧化工艺基本相同，不同的是电泳涂装工艺取代了阳极氧化着色工艺后的封闭工艺。
所以电泳涂装的铝型材表面实际上是阳极氧化膜和电泳涂装的复合膜，也称阳极氧化复合膜。粉末喷涂也需要化学预处理，然后静电喷涂粉末涂料。
铝型材的三种表面处理在漆膜性能上各有特点。早期，阳极氧化是我国建筑铝型材表面处理的主要方式。阳极氧化膜具有高耐磨性、良好的隔热性和耐腐蚀性，目前仍是铝型材表面处理的主要方式之一。
电泳涂装在日本已经成熟，日本是一个海洋性气候的国家。这里四面环海，海盐颗粒或砂浆混海砂对铝型材的腐蚀问题相当突出。在这种高度腐蚀的环境中，阳极氧化工艺很难实现有效的保护。
电泳涂料以其优异的耐候性和耐腐蚀性、亮丽的外观和易清洗性得到了迅速发展。根据佛罗里达曝光试验的数据，电泳涂装得到的阳极氧化复合膜(5a光保持率)与氟碳涂料相当，色差小于氟碳涂料。
但是电泳涂装也有漆膜容易划伤的缺陷。另外，作为基层的阳极氧化膜韧性差，在机械应力或热应力作用下容易开裂。有报道称，冷封阳极氧化膜只能承受66℃的烘烤，82℃烘烤的样品只有一半合格。
20世纪90年代初，粉末喷涂开始在我国铝型材表面处理中大规模应用，最近十年发展迅速。粉末喷涂的性能优势不明显。
比如外观平整度和涂层均匀性不如阳极氧化和电泳涂装，耐候性介于两者之间，但耐磨性、耐酸性和柔韧性明显优于阳极氧化和电泳涂装。
铝型材作为一种半永久结构，其耐久性非常重要，因此抵抗机械作用和抗老化以保持涂膜的完整性和功能性尤为重要。
常用的电泳漆是丙烯酸漆，耐候性极佳。GB 5237―2008 *加速耐候性低等级还要求1000h氙灯老化和光保持率>:80%，*高等级甚至要求4000h氙灯老化和光保持率>:80%；铝型材通用粉末涂料的主体结构是聚酯树脂，耐候性比丙烯酸稍差。GB 5237―2008 *的加速耐候性只要求高等级> 1000h氙灯老化和保光率:90%。
这说明电泳涂料的平均耐候性明显高于粉末涂料，建筑铝型材粉末涂料的耐候性已经落后于实际需求。
粉末喷涂具有很大的应用优势。粉末喷涂可以达到阳极氧化和电泳涂装难以达到的上千种颜色和各种纹理的装饰效果。
此外，粉末喷涂在环保方面具有明显的优势。在阳极氧化和电泳涂装过程中，水和电的消耗是相当大的。在阳极氧化工艺中，整流器输出电流可达8~11kA，电压15~17.5V(硫酸DC阳极氧化工艺氧化电压一般为12~18V)，吨电耗可达1000度左右。
此外，阳极氧化、着色、封孔工序需要大量的酸、碱、镍盐，废水废气后处理压力大。喷粉的前处理工艺比阳极氧化简单，主要是脱脂和镀铬，不需要阳极氧化和电泳，能耗低。
粉末不含溶剂，VOC排放几乎为零，环保压力低。铝型材粉末涂装与阳极氧化和电泳涂装相比，耗电量要少得多。
然而，目前主流粉末涂料的固化温度高达180~200℃，其能耗不容忽视。降低粉末涂料的固化条件是一个长期的发展趋势。& zwj
2建筑铝型材用粉末涂料的研究进展
近年来，国家和社会对环境保护的要求越来越高，政策导向逐步限制和减少高能耗高污染生产工艺使用的趋势非常明显。粉末涂料迎来了良好的发展机遇。
但为了扩大粉末涂料在建筑铝型材表面处理中的应用，在保持自身应用优势的基础上，提高耐候性以弥补性能上的不足，降低粉末涂料的固化温度和能耗是必经的过程。& zwj
2.1粉末涂料耐候性的改善
国内外对粉末涂料耐候性的研究很多。在粉末涂料用聚酯树脂的合成中，适当增加间苯二甲酸的比例，减少对苯二甲酸的用量，尽可能使用新戊二醇，减少或不使用乙二醇以保证耐候性，已得到业界的广泛认可。
然而，常规的间苯二甲酸取代方法存在机械性能差的问题。目前国内商业化的超级耐候聚酯树脂大多采用全间苯二甲酸方案。
然而，由这类超级耐候聚酯树脂制备的粉末涂料通常只有20cm的后坐力，机械性能差是这些超级耐候树脂面临的共同问题。
在各种粉末涂料中，氟碳粉末涂料具有优异的耐候性，可以满足超耐候性的要求。公仲等人对氟碳粉末涂料及其关键原料氟碳树脂进行了长期研究。
目前，PEVE氟碳粉末的加工性能有了很大提高，采用与常规粉末涂料相同的设备和工艺制备的FEVE氟碳粉末涂料通过了quali coat―2009ⅲⅲ和AAMA2605―2005认证。
固化温度也降低到180~200℃，在力学性能和附着力方面没有应用问题。但FEVE氟碳树脂加工工艺复杂，价格昂贵，限制了其应用。
国内粉末涂料生产企业为了降低成本，在常规粉末涂料中引入部分氟碳树脂，通过组合或分层技术，使粉末涂料具有优异的耐候性，降低了成本，提高了氟碳树脂的润湿性和力学性能。
魏玉福等在TGIC固化粉末涂料中引入6%~17% FEVE氟碳树脂，制备的粉末涂料仍具有优异的耐候性，其1000h氙灯老化保光率在90%以上。
张将环氧粉末涂料与氟碳粉末涂料干混，利用环氧树脂与氟碳树脂的表面能差异，实现一次涂装后脱层，从而达到重防腐和超耐候的目的。所制备的涂层经2000小时氙灯加速老化后光泽保持率仍在90%以上。
高清福等将TGIC固化聚酯树脂与异氰酸酯固化氟碳树脂结合，制备复合超耐候粉末涂料。
结果表明，当聚酯树脂与氟碳树脂的质量比为1∶1时，QUV-B 1000h人工加速老化的保光率达到60%以上，可以很好地平衡耐候性和成本，而聚酯树脂粉末涂料在相同实验条件下的保光率仅为19.1%。
通过引入新的耐候单体来提高聚酯树脂主体结构的耐候性也是一种可行的方案。
常等发现，用无苯环单体1，2-环己烷二羧酸或1，3-环己烷二羧酸、1，4-环己烷二羧酸和2，2，4，4-四甲基-1，3-环丁烷二醇、羟烷基酰胺合成的聚酯树脂，在177℃/20min左右固化，具有优异的耐候性。
50%保光率的QUV-B老化时间大于1500小时；以1，2-环己烷二甲酸为二元酸的保光率为50%的QUV-B老化时间甚至达到5000h，而以常规聚酯树脂制备的涂膜保光率为50%的QUV-B老化时间小于300h
杨晓青等人还发现，用不含苯环的单体制备的聚酯树脂具有优异的耐候性。
郑等在聚酯树脂合成过程中引入含氟单体、、10H、10H-全氟-1，10-癸二醇、四氟邻苯二甲酸、六氟戊二酸，将制备的含氟聚酯树脂与β；羟烷基酰胺的固化可以使涂层具有优异的耐候性。
但这些耐候单体的价格远高于常规单体，由上述无苯环单体制备的涂料仍存在Tg低的缺陷。
除了改善成膜材料的耐候性之外，还报道了使用改性填料和添加剂来改善粉末涂料的耐候性。和郭刚的石分别发现，将表面改性的金红石型纳米二氧化钛作为紫外线吸收剂添加到粉末涂料中，添加量为2%时，可大大提高涂料的耐候性。
涂清华的研究表明，在高温高湿环境下，粉末涂料表面容易出现白点。这些白点是涂料吸水造成的。表面处理后使用10%~40%的BaSO4和Al2O3疏水填料，白点基本消失，通过提高疏水性可以提高涂料的耐候性。
2.2低温固化粉末涂料的研究
目前，行业中的固化条件
同时，为了保证涂层必要的力学性能和粉末的贮存稳定性，固化前涂膜的相对分子量不能太低。
在不同类型的粉末涂料中，TGIC固化体系、羟烷基酰胺固化体系、封闭异氰酸酯固化体系和丙烯酸粉末涂料可以满足建筑铝型材的耐候性要求。
其中，封闭型异氰酸酯固化体系难以满足低温固化的要求，因为常用的己内酰胺封闭固化剂的解封温度高达160℃。
丙烯酸树脂活性高，耐候性优异，广泛应用于低温固化。L & middotMogens已经制备了一种粉末涂料，它可以在150℃以下固化以获得优异的膜性能。
粉末涂料由无定形端羧基聚酯树脂A、无定形或半结晶端羧基端羟基双官能聚酯树脂B1和/或结晶多元酸B2、缩水甘油基丙烯酸共聚物C和其它能与羧基反应的化合物D组成。
粉末涂料在140 ℃/ 15分钟固化后得到的涂膜的力学性能与粉末涂料在室温下固化后的力学性能相当。QUVA人工加速老化的50%保光时间为2200~2500h，具有优异的耐候性。
吴公开了一种半结晶聚酯树脂及其制备方法。半结晶树脂与常规无定形树脂和缩水甘油丙烯酸树脂共挤出制备的粉末涂料可在130℃/25min下完全固化，并具有良好的力学性能和外观流平性。
李光等人通过选择高环氧当量丙烯酸树脂、低环氧当量丙烯酸树脂、十二烷二酸等助剂，制备了低温固化丙烯酸粉末涂料。
经150℃烘烤20min后，涂层完全固化，经QUV-A 1400h人工加速老化后，涂层保光率达90%以上，并应用于铝轮毂罩漆。
张健等将聚酯树脂与丙烯酸树脂共混，在聚酯树脂低温固化剂的作用下，制备了室外用MDF粉末涂料，在中波红外脉冲辐射加热下，可在130~150℃快速固化。
目前，TGIC固化体系和含大量耐候粉末涂料的羟烷基酰胺固化体系在低温固化方面更具优势。
由于TGIC的加入对粉末涂料的Tg影响很大，TGIC固化树脂需要较高的Tg，通常在60℃以上，而TGIC具有较高的反应活性，因此通常需要固化促进剂以保证在200℃/10min下完全固化。
然而，固化促进剂所能达到的固化温度都在160℃以上，因此开发TGIC低温固化聚酯非常困难。
郑等通过增加高支化三元醇的种类和用量，在多元酸组分中加入间苯二甲酸，引入马来酸酐和己二酸，用高活性的均苯四甲酸二酐封端，制备了可在140~160℃固化TGIC体系的聚酯树脂。
而聚酯树脂的Tg只有53~57℃。常用的羟烷基酰胺T-105有四个官能团，用量少。与TgIC相比，T-105对粉末涂料的TG影响小得多，反应活性高。它可以在180℃/10分钟内完全固化。
才真旺姆优化配方，选择三羟甲基丙烷、新戊二醇、2-乙基、2-丁基-1，3-丙二醇的组合，调整配方中对苯二甲酸、间苯二甲酸和己二酸的比例，使用偏苯三酸酐作为封端剂，合成了酸值约50mgKOH/g、Tg为57℃的聚酯树脂。
以羟烷基酰胺为固化剂，聚酯树脂可在120℃/40min、130℃/30min、140℃/20min和150℃/15min下完全固化。
在上述固化条件下，涂膜达到50cm正反冲击，QUV-B 240h光泽保持率在80%以上。
邓木强等通过引入脂肪族1，6-己二醇、脂环族多元醇1，4-环己烷二甲醇和甲基丙烯酸，制备了可在130~140℃固化的羟烷基酰胺固化聚酯树脂，其Tg在55℃以上。
马志平等人引入氢化二聚脂肪酸来平衡聚酯树脂的柔韧性和Tg，然后加入1，4-环己烷二甲醇来降低聚酯树脂的粘度。制备的羟烷基酰胺固化树脂酸值为50～55mg KOH/g，可在140℃下完全固化。
张健等选用酸值为42～56mg KOH/g的高酸值超耐候聚酯树脂，羟烷基酰胺为固化剂。在固化促进剂的作用下，玻璃钢表面涂层在150～160℃实现快速固化。所制备的涂膜具有优异的耐候性和良好的附着力。
3结论
我国建筑铝型材的三种涂装工艺在性能上各有特点。在应用性能上，粉末涂料在多样化和个性化方面有很大优势。
而在国内，粉末涂料在提高耐候性、降低固化温度、降低能耗等方面并没有取得突破性进展。
目前氟碳粉末涂料价格昂贵，应用受到限制，成本尚可的耐候性改善方案存在其他性能不足。低温固化粉末涂料商业化产品少，上游原料供应和下游应用市场存在诸多待解决的困难。
随着我国人民对环保的日益关注，政策导向有利于扩大粉末涂料的应用比例，但仍需加强行业内的技术研发，解决各种问题。
