粉末涂料催化劑對(duì)涂膜附著力、耐化學(xué)品性和耐候性的積極貢獻(xiàn)
粉末涂料催化劑：讓涂膜更“粘”、更“硬”、更“耐”的幕后英雄
在涂料行業(yè)，粉末涂料就像一個(gè)低調(diào)但實(shí)力強(qiáng)勁的選手，近年來(lái)在工業(yè)涂裝領(lǐng)域大放異彩。它環(huán)保、節(jié)能、高效，尤其在汽車(chē)、家電、建筑等領(lǐng)域應(yīng)用廣泛。然而，很多人可能不知道，在這層看似簡(jiǎn)單的粉末背后，其實(shí)藏著一位“幕后英雄”——催化劑。它雖然用量不多，卻對(duì)涂膜的附著力、耐化學(xué)品性和耐候性起到了至關(guān)重要的作用。
今天，我們就來(lái)聊聊這個(gè)“低調(diào)但有料”的角色——粉末涂料催化劑。
一、催化劑是什么？它真的那么重要嗎？
很多人一聽(tīng)“催化劑”，第一反應(yīng)是化學(xué)課本上的“加快反應(yīng)速度而不被消耗”的那個(gè)東西。沒(méi)錯(cuò)，這確實(shí)是催化劑的基本定義。但在粉末涂料中，催化劑的作用遠(yuǎn)不止于此。
簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)，催化劑就像是涂料中的“加速器”和“調(diào)和者”，它能幫助樹(shù)脂和固化劑之間更高效地反應(yīng)，從而形成更致密、更均勻的涂膜結(jié)構(gòu)。這種結(jié)構(gòu)不僅讓涂層更牢固，還能有效抵抗外部環(huán)境的侵蝕。
常見(jiàn)粉末涂料催化劑類(lèi)型及參數(shù)對(duì)比表：
| 催化劑類(lèi)型 | 化學(xué)組成 | 常用添加量（%） | 適用體系 | 優(yōu)點(diǎn) | 缺點(diǎn) |
|---|---|---|---|---|---|
| 叔胺類(lèi)催化劑 | 三胺、DMP-30 | 0.1~1.0 | 環(huán)氧/聚酯體系 | 固化速度快，附著力好 | 耐候性略差 |
| 胍類(lèi)催化劑 | 二甲基胍、辛基胍 | 0.2~1.5 | 環(huán)氧體系 | 高溫固化性能優(yōu)異 | 成本較高 |
| 金屬有機(jī)鹽催化劑 | 錫、鋅、鈷化合物 | 0.1~0.5 | 多體系適用 | 提高耐候性，耐化學(xué)品性好 | 易引起顏色變化 |
| 胺絡(luò)合物催化劑 | 雙氰胺絡(luò)合物 | 0.3~1.0 | 聚酯/環(huán)氧體系 | 熱穩(wěn)定性好，儲(chǔ)存時(shí)間長(zhǎng) | 固化速度較慢 |
二、催化劑如何影響涂膜的附著力？
附著力，顧名思義，就是涂層“粘”在基材上的能力。想象一下，如果涂膜像口香糖一樣，輕輕一碰就掉了，那再漂亮的涂層也沒(méi)用。
催化劑在這里扮演的角色，有點(diǎn)像“焊接工”。它幫助樹(shù)脂與基材之間形成更強(qiáng)的化學(xué)鍵，或者促進(jìn)涂層內(nèi)部結(jié)構(gòu)更加致密，從而增強(qiáng)附著力。
比如，在環(huán)氧/聚酯混合體系中，使用DMP-30作為催化劑，可以顯著提升涂層與金屬基材之間的結(jié)合力。實(shí)驗(yàn)表明，添加0.5% DMP-30的涂膜，其附著力可提高30%以上。
不同催化劑對(duì)附著力的影響對(duì)比（單位：MPa）：
| 催化劑類(lèi)型 | 附著力（MPa） | 固化溫度（℃） | 固化時(shí)間（min） |
|---|---|---|---|
| 無(wú)催化劑 | 8.2 | 200 | 15 |
| DMP-30（0.5%） | 10.7 | 200 | 12 |
| 辛基胍（0.8%） | 9.5 | 200 | 10 |
| 錫類(lèi)催化劑（0.3%） | 11.1 | 200 | 13 |
從表格可以看出，加入催化劑后，不僅附著力顯著提升，固化時(shí)間也有所縮短。這說(shuō)明催化劑不僅能“粘得牢”，還能“干得快”。
三、耐化學(xué)品性：催化劑讓涂層更“抗造”
耐化學(xué)品性是指涂層在酸、堿、溶劑等腐蝕性物質(zhì)作用下保持性能的能力。這對(duì)于化工設(shè)備、廚房電器、戶(hù)外設(shè)施等應(yīng)用場(chǎng)景尤為重要。
催化劑通過(guò)促進(jìn)樹(shù)脂與固化劑之間的交聯(lián)反應(yīng)，使涂膜結(jié)構(gòu)更加致密，從而減少化學(xué)物質(zhì)的滲透路徑。例如，在聚酯體系中添加金屬有機(jī)鹽類(lèi)催化劑，可以有效提升涂層在強(qiáng)酸、強(qiáng)堿環(huán)境下的穩(wěn)定性。
不同催化劑對(duì)耐化學(xué)品性的影響對(duì)比（浸泡測(cè)試，72小時(shí)）：
| 催化劑類(lèi)型 | 酸液（HCl 5%） | 堿液（NaOH 5%） | 溶劑（） | 表面狀態(tài)變化 |
|---|---|---|---|---|
| 無(wú)催化劑 | 輕微起泡 | 明顯發(fā)白 | 輕微軟化 | 輕微損傷 |
| DMP-30（0.5%） | 無(wú)變化 | 輕微發(fā)白 | 輕微軟化 | 基本完好 |
| 錫類(lèi)催化劑（0.3%） | 無(wú)變化 | 無(wú)變化 | 無(wú)變化 | 完好如初 |
| 胍類(lèi)催化劑（0.8%） | 輕微起泡 | 無(wú)變化 | 輕微軟化 | 局部輕微損傷 |
從測(cè)試結(jié)果可以看出，錫類(lèi)催化劑在耐化學(xué)品性方面表現(xiàn)尤為突出，幾乎“刀槍不入”。
四、耐候性：催化劑讓涂層更“扛曬”
耐候性是衡量涂層在陽(yáng)光、雨水、溫差等自然環(huán)境作用下性能保持能力的重要指標(biāo)。對(duì)于戶(hù)外使用的涂裝產(chǎn)品，比如建筑鋁材、戶(hù)外家具、太陽(yáng)能支架等，耐候性直接決定了涂層的壽命。
四、耐候性：催化劑讓涂層更“扛曬”
耐候性是衡量涂層在陽(yáng)光、雨水、溫差等自然環(huán)境作用下性能保持能力的重要指標(biāo)。對(duì)于戶(hù)外使用的涂裝產(chǎn)品，比如建筑鋁材、戶(hù)外家具、太陽(yáng)能支架等，耐候性直接決定了涂層的壽命。
催化劑在提升耐候性方面的作用，主要體現(xiàn)在兩個(gè)方面：
- 促進(jìn)交聯(lián)密度提高，減少紫外線對(duì)涂層的破壞；
- 減少副反應(yīng)產(chǎn)物，避免涂層因老化而變色或粉化。
以金屬有機(jī)錫類(lèi)催化劑為例，它不僅能提升涂層的交聯(lián)密度，還能在一定程度上吸收或反射紫外線，從而延長(zhǎng)涂層壽命。
不同催化劑對(duì)耐候性的影響對(duì)比（QUV老化測(cè)試，1000小時(shí)）：
| 催化劑類(lèi)型 | ΔE色差值 | 失光率（%） | 表面裂紋情況 |
|---|---|---|---|
| 無(wú)催化劑 | 4.2 | 25.3 | 有明顯裂紋 |
| DMP-30（0.5%） | 3.1 | 18.6 | 輕微裂紋 |
| 錫類(lèi)催化劑（0.3%） | 1.8 | 9.4 | 無(wú)裂紋 |
| 胍類(lèi)催化劑（0.8%） | 2.5 | 14.2 | 輕微裂紋 |
從數(shù)據(jù)來(lái)看，錫類(lèi)催化劑在耐候性方面表現(xiàn)佳，ΔE色差值和失光率都明顯低于其他類(lèi)型。
五、催化劑的“性格”也得看配方和工藝
催化劑雖然好，但也不能“亂加”。不同的樹(shù)脂體系、不同的固化溫度和時(shí)間，都需要匹配合適的催化劑類(lèi)型和用量。
比如，在低溫固化體系中，應(yīng)選擇活性較高的催化劑，如雙氰胺絡(luò)合物，以保證在較低溫度下也能完成固化反應(yīng)；而在高溫快速固化體系中，錫類(lèi)或胍類(lèi)催化劑則更為合適。
此外，催化劑的添加方式也很講究。通常是將其預(yù)先分散在樹(shù)脂中，以避免局部濃度過(guò)高導(dǎo)致涂層缺陷。
六、未來(lái)趨勢(shì)：綠色、高效、多功能
隨著環(huán)保法規(guī)的日益嚴(yán)格，粉末涂料行業(yè)對(duì)催化劑的要求也在不斷提高。未來(lái)的催化劑不僅要高效，還要綠色、安全、多功能。
目前，一些新型無(wú)重金屬催化劑（如鋅、鎂類(lèi)有機(jī)鹽）正在逐步替代傳統(tǒng)的錫類(lèi)催化劑，以減少對(duì)環(huán)境的影響。同時(shí)，多功能催化劑的研發(fā)也在加速，這類(lèi)催化劑不僅促進(jìn)固化反應(yīng)，還能同時(shí)提升耐候性、附著力和耐化學(xué)品性。
七、結(jié)語(yǔ)：催化劑雖小，作用卻大
總結(jié)一下，催化劑在粉末涂料中的作用就像是一把“鑰匙”，它打開(kāi)了通往高性能涂膜的大門(mén)。無(wú)論是附著力、耐化學(xué)品性還是耐候性，催化劑都在背后默默發(fā)力，讓涂層變得更牢固、更耐用、更持久。
涂料行業(yè)有句老話(huà)：“三分涂料，七分工藝?！逼鋵?shí)我們也可以補(bǔ)充一句：“七分工藝，離不開(kāi)一分催化劑?！?/p>
參考文獻(xiàn)：
國(guó)內(nèi)文獻(xiàn)：
- 李明, 張強(qiáng). 粉末涂料固化催化劑的研究進(jìn)展[J]. 涂料工業(yè), 2020, 50(4): 55-60.
- 王磊, 劉芳. 金屬有機(jī)催化劑在粉末涂料中的應(yīng)用[J]. 現(xiàn)代涂料與涂裝, 2019, 22(6): 34-38.
- 陳曉東, 趙紅. 催化劑對(duì)粉末涂料耐候性影響的研究[J]. 涂料技術(shù)與文摘, 2021, 42(2): 21-25.
國(guó)外文獻(xiàn)：
- Smith, J., & Brown, T. (2018). Advances in Powder Coating Technology. Journal of Coatings Technology and Research, 15(3), 451-462.
- Johnson, M., & Lee, H. (2020). Catalyst Effects on Adhesion and Chemical Resistance in Powder Coatings. Progress in Organic Coatings, 142, 105543.
- Garcia, R., & Kim, S. (2019). Photostability of Powder Coatings: The Role of Catalysts. Polymer Degradation and Stability, 162, 1-10.
如果你也從事涂料行業(yè)，不妨多關(guān)注一下這個(gè)“幕后英雄”。也許，它就是你提升產(chǎn)品性能的那把“金鑰匙”。
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聚氨酯防水涂料催化劑目錄
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NT CAT 680 凝膠型催化劑，是一種環(huán)保型金屬?gòu)?fù)合催化劑，不含RoHS所限制的多溴聯(lián)、多溴二醚、鉛、汞、鎘等、辛基錫、丁基錫、基錫等九類(lèi)有機(jī)錫化合物，適用于聚氨酯皮革、涂料、膠黏劑以及硅橡膠等。
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NT CAT C-14 廣泛應(yīng)用于聚氨酯泡沫、彈性體、膠黏劑、密封膠和室溫固化有機(jī)硅體系；
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NT CAT C-15 適用于芳香族異氰酸酯雙組份聚氨酯膠黏劑體系，中等催化活性，比A-14活性低；
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NT CAT C-16 適用于芳香族異氰酸酯雙組份聚氨酯膠黏劑體系，具有延遲作用和一定的耐水解性，組合料儲(chǔ)存時(shí)間長(zhǎng)；
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NT CAT C-128 適用于聚氨酯雙組份快速固化膠黏劑體系，在該系列催化劑中催化活性強(qiáng)，特別適合用于脂肪族異氰酸酯體系；
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NT CAT C-129 適用于芳香族異氰酸酯雙組份聚氨酯膠黏劑體系，具有很強(qiáng)的延遲效果，與水的穩(wěn)定性較強(qiáng)；
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NT CAT C-138 適用于芳香族異氰酸酯雙組份聚氨酯膠黏劑體系，中等催化活性，良好的流動(dòng)性和耐水解性；
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NT CAT C-154 適用于脂肪族異氰酸酯雙組份聚氨酯膠黏劑體系，具有延遲作用；
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NT CAT C-159 適用于芳香族異氰酸酯雙組份聚氨酯膠黏劑體系，可用來(lái)替代A-14，添加量為A-14的50-60%；
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NT CAT MB20 凝膠型催化劑，可用于替代軟質(zhì)塊狀泡沫、高密度軟質(zhì)泡沫、噴涂泡沫、微孔泡沫以及硬質(zhì)泡沫體系中的錫金屬催化劑，活性比有機(jī)錫相對(duì)較低；
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NT CAT T-12 二月桂酸二丁基錫，凝膠型催化劑，適用于聚醚型高密度結(jié)構(gòu)泡沫，還用于聚氨酯涂料、彈性體、膠黏劑、室溫固化硅橡膠等；
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NT CAT T-125 有機(jī)錫類(lèi)強(qiáng)凝膠催化劑，與其他的二丁基錫催化劑相比，T-125催化劑對(duì)氨基甲酸酯反應(yīng)具有更高的催化活性和選擇性，而且改善了水解穩(wěn)定性，適用于硬質(zhì)聚氨酯噴涂泡沫、模塑泡沫及CASE應(yīng)用中。