PPG公司汽車(chē)粉末涂料專利技術(shù)綜述

楊曉飛 袁 琳

（國(guó)家知識(shí)產(chǎn)權(quán)局專利局專利審查協(xié)作河南中心，河南 鄭州 450002）

PPG公司汽車(chē)粉末涂料專利技術(shù)綜述

楊曉飛 袁 琳

（國(guó)家知識(shí)產(chǎn)權(quán)局專利局專利審查協(xié)作河南中心，河南 鄭州 450002）

助劑和顏填料作為粉末涂料領(lǐng)域的常用添加劑，對(duì)涂料性能有重要的影響。助劑是涂料工業(yè)的“味精”，用于賦予某種特定性能；顏填料用于保證涂料具有良好的遮蓋力、豐富的色彩，還能賦予涂膜良好的理化性能。

涂料；助劑；顏料；填料

1 前言

21世紀(jì)環(huán)境保護(hù)備受全球關(guān)注，并成為人類最迫切的研究課題，涂料也逐步由溶劑型涂料向水性涂料、無(wú)溶劑涂料等環(huán)保涂料方向發(fā)展。粉末涂料不含揮發(fā)性溶劑，減少了在施涂和固化過(guò)程中釋放到大氣中的揮發(fā)性有機(jī)物，是一種典型的環(huán)保型涂料。粉末涂料具有很優(yōu)良的耐腐、耐熱、耐沖擊和耐磨性，顏色的選擇范圍也很寬，如光澤從高到低，金屬色的、透明的涂層等。汽車(chē)面漆和底漆是粉末涂料在汽車(chē)行業(yè)的一個(gè)亮點(diǎn)。

目前，汽車(chē)粉末涂料的生產(chǎn)廠家主要有美國(guó)的PPG、德國(guó)的巴斯夫、日本的杜邦等。PPG是世界上汽車(chē)粉末涂料的龍頭公司之一，圖1是PPG公司汽車(chē)粉末涂料的專利申請(qǐng)量的年變化。從圖1可以看出，PPG的汽車(chē)粉末涂料的研究從2000年之前的萌芽狀態(tài)，到2000年逐漸開(kāi)始進(jìn)入研究的熱點(diǎn)。本文以PPG公司為切入點(diǎn)，針對(duì)PPG公司在汽車(chē)粉末涂料領(lǐng)域中助劑、顏填料的技術(shù)演進(jìn)行了梳理，有助于了解汽車(chē)粉末涂料的助劑和顏填料的技術(shù)發(fā)展歷程，加深對(duì)汽車(chē)粉末涂料技術(shù)的理解。

2 助劑和顏填料的技術(shù)演進(jìn)

助劑是涂料工業(yè)的“味精”，加入少量就能對(duì)涂料性能產(chǎn)生重大影響；涂料中的顏填料中不僅能保證涂料具有良好的遮蓋力、豐富的色彩，還能賦予涂膜與施工各項(xiàng)特殊功效。以下對(duì)PPG汽車(chē)粉末涂料專利技術(shù)助劑和顏填料的演進(jìn)過(guò)程進(jìn)行分析。

圖1 PPG公司汽車(chē)粉末涂料年專利申請(qǐng)量變化

2.1 助劑的改進(jìn)

PPG在汽車(chē)粉末涂料領(lǐng)域，有關(guān)助劑的申請(qǐng)主要分為以下幾個(gè)模塊：流變改性劑改進(jìn)、催化劑改進(jìn)、表面活性劑改進(jìn)和其他助劑改進(jìn)。

2.1.1 流變改性劑

流變改性劑的作用：能夠改善多分散體系流變性能。例如，可以防止涂料儲(chǔ)存過(guò)程中顏料、填料的沉淀，避免涂裝過(guò)程中涂料的濺落、流掛，改善涂膜的流平性能等。專利申請(qǐng)US5229458A采用由馬來(lái)酸酐共聚物或者取代的馬來(lái)酸酐共聚物以及選自環(huán)烯和脂肪族烯的共聚物體通過(guò)伯胺或醇化學(xué)改性而成的共聚物作為流變改性劑，很大程度的提高粉末涂料和其涂覆層之間再涂附著力，同時(shí)控制縮孔現(xiàn)象。專利申請(qǐng)US5212245A采用具有6-20個(gè)碳原子的烷基基團(tuán)的烷基丙烯酸酯或者甲基丙烯酸酯和羥烷基或甲基丙烯酸酯作為流變改性劑，得到涂料組合物消除了針孔、縮孔現(xiàn)象，而且具有比較好的平整性。專利申請(qǐng)CN1214069A的流變改性劑為一種由可聚合烯烴不飽和單體聚合制得的共聚物，增強(qiáng)了粉末涂料組合物的流變性能，得到了更光滑的涂層。專利申請(qǐng)US6197883B1提供了一種由至少一個(gè)不含羥基的乙基不飽和可聚合單體以及至少一個(gè)含羥基的乙基不飽和可聚合單體組成的共聚物作為流變改性劑，改善了涂膜的表面平滑性能，提高了粘合力以及表觀性能。

2.1.2 催化劑

催化劑能有效縮短樹(shù)脂合成反應(yīng)的時(shí)間，對(duì)提高企業(yè)的生產(chǎn)效率有著重要的意義。專利US5244944A在熱固性粉末涂料組合物中添加了一種季銨鹽或其氫氧化物，該物質(zhì)在較低的溫度下能夠催化交聯(lián)反應(yīng)，提高了粉末涂料的低溫固化性能。專利US6251999B1提供了一種用于環(huán)氧基涂膜固化的羧酸錫鹽加合物催化劑，所得催化劑在極低的濃度下仍具有較好的催化效果，固化過(guò)程無(wú)苯產(chǎn)生，所得涂膜具有較好的表觀性能、穩(wěn)定性和耐久性。專利US2012088895 A1主要針對(duì)錫化合物催化劑的水生毒性的問(wèn)題，提供一種包含具有至少一個(gè)為烷基的取代基的三取代的膦作為催化劑，可使催化反應(yīng)在低溫下進(jìn)行并提高反應(yīng)速率。

2.1.3 表面活性劑

表面活性劑可以改善兩相物質(zhì)之間的的界面性質(zhì)，可起潤(rùn)濕、滲透、凈洗、增溶、起泡、消泡等作用。專利US6046276A以及專利US6274672B1均提供了一種具有多種官能團(tuán)的聚硅氧烷聚合物，其作為粉末涂料中的表面活性劑，可以促進(jìn)各組分之間的互溶性，提高涂層的抗絲狀腐蝕性能。

2.1.4 其他助劑

涂料中的助劑除了上述物質(zhì)之外還有很多種類，不同種類的助劑可以改善涂料不同的性能。例如，專利US005939491A涉及硬化劑改進(jìn)，所述硬化劑為可含有多種反應(yīng)性官能基的有機(jī)聚硅氧烷，以及含有可與聚硅氧烷的官能基反應(yīng)的官能基，尤其可用在室溫及加熱硬化條件下皆可硬化的涂料組合物，具有能夠延長(zhǎng)適用期，改良粘結(jié)時(shí)間，附著力，抗損傷性及耐蝕性等性質(zhì)。專利US6184279提供了一種針孔消除劑，其具有類似安息香的結(jié)構(gòu)，可以消除固化時(shí)來(lái)自空氣氣體或溶劑釋放造成的表面缺陷，以及減少黃變等。專利US2003212209A1提供了一種介質(zhì)共聚物作為抗剝落添加劑，可以賦予涂料與基材比較好的粘附力，在汽車(chē)應(yīng)用中具有較好的耐燃油性。專利US2004/0071972A1提供了一種抗氧劑，該抗氧劑由亞磷酸和雙環(huán)氧化物反應(yīng)獲得，可以阻止熱氧化反應(yīng)，降低視覺(jué)效應(yīng)。

2.2 顏填料的改進(jìn)

顏料和填料是涂料的重要組成部分，顏料除了為涂膜提供色彩裝飾外，還可以為涂料提供更多的物理和化學(xué)性能的改善，如遮蓋性、耐候性、耐溫性、光澤及機(jī)械強(qiáng)度等。填料在涂料中主要有兩方面的作用：一是“填充”作用，降低成本；二是通過(guò)加入填料改變涂膜或漆料的物理和化學(xué)性質(zhì)。

2.2.1 顏料

PPG在汽車(chē)粉末涂料領(lǐng)域?qū)︻伭系闹饕性?000年以后。角色差性是看得見(jiàn)顏色隨照射或觀察角度變化而改變的效應(yīng)，角色差性顏料應(yīng)用于汽車(chē)涂層，為研究的一方面。專利申請(qǐng)US2003125416A1報(bào)道了有色組合物含有載體和粒狀形式的著色劑，著色劑含有保持在基體中的顆粒的有序周期性陣列，基體和顆粒的折光指數(shù)差為至少約0.01。進(jìn)一步地，專利申請(qǐng)US2005056189A1提供一種涂料組合物，該組合物形成的涂層隨觀察角度的不同而具有不同的色效應(yīng)。其包括具有著色劑和反射顏料的樹(shù)脂基料，該著色劑當(dāng)暴露于可見(jiàn)光時(shí)吸收第一波長(zhǎng)的可見(jiàn)光并產(chǎn)生第二波長(zhǎng)帶的熒光。

顏料按化學(xué)組成分類，可分為有機(jī)顏料和無(wú)機(jī)顏料。專利申請(qǐng)US2010298472A1公開(kāi)了具有丙烯酸樹(shù)脂的無(wú)機(jī)和有機(jī)顏料的涂料，含有由均定義為顏料的固體有機(jī)和無(wú)機(jī)物質(zhì)顆粒組成的化合物?？梢允褂妙A(yù)涂覆顏料的單色顆粒對(duì)諸如聚乙烯、聚丙烯、PET、ABS和聚苯乙烯以及各種配方的聚氨酯彈性體的塑料聚合物進(jìn)行著色。其可以單獨(dú)和/或與其他預(yù)涂覆顏料一起混合，以產(chǎn)生預(yù)定色彩。

2.2.2 填料

通過(guò)選擇不同種類和數(shù)量的填料，可有效改善涂料的貯存性能和施工性能，提高涂膜的機(jī)械強(qiáng)度、耐磨性、耐水性、抗紫外線性、隔熱性和抗龜裂性等。

專利申請(qǐng)US2002137872A1提供了一種涂料組合物，其包括成膜樹(shù)脂、0.1-15μm的純凈顆粒，顆粒可以為有機(jī)顆?；驘o(wú)機(jī)顆粒，其中，有機(jī)顆粒為硅碳顆粒，無(wú)機(jī)顆粒包括硅石、堿性硅酸鋁、硼硅酸鹽玻璃粉、氮化物、氧化物、石英、鋯石等。另外，專利申請(qǐng)US2003229157A1提供了一種粉末涂料組合物，并探討了經(jīng)過(guò)表面改性的顆粒對(duì)涂層耐刮擦性能的影響。其中，顆粒物包括硅石、氧化鋁、堿性硅酸鋁、硼硅酸鹽玻璃粉、氮化物、氧化物、石英、鋯石等，該申請(qǐng)展示了經(jīng)過(guò)改性的填料對(duì)涂層表面張力和耐刮擦性能的影響，可用于汽車(chē)領(lǐng)域。

進(jìn)一步地，專利申請(qǐng)US2004116585A1研究了氨基塑料樹(shù)脂和納米硅石顆粒作為添加劑，對(duì)涂層耐刮擦性能的影響。專利申請(qǐng)US2005/0249939A1公開(kāi)了一種改進(jìn)的耐擦傷和耐劃傷性的涂料組合物，包括分散在成膜樹(shù)脂中的平均顆粒尺寸為0.1～50微米的許多顆粒，其中，與不存在顆粒的涂層相比，所述顆粒具有為涂層賦予更大耐擦傷和/或耐劃傷性的硬度。所述顆粒可包括有機(jī)顆粒(如金剛石顆粒)，或可包括無(wú)機(jī)顆粒(如二氧化硅、氧化鋁)。

在汽車(chē)領(lǐng)域，透明面漆通常需要涂層厚度不超過(guò)75微米，然而，隨著涂層厚度的降低，涂層的外觀也相應(yīng)變差，為了獲得一種在涂層厚度很薄的情況下，仍然具有優(yōu)異的性能的涂料組合物（比如外觀，耐腐蝕性），專利申請(qǐng)US2003/0166758A1公開(kāi)了一種可固化的粉末涂料組合物，其具有平均粒徑小于100nm的顆粒。該顆粒由氧化鋁和二氧化硅組成，足夠量的顆粒提高了涂料流平性，該涂料可用于有顏色的底漆和透明涂層。

導(dǎo)電組合物也是研究較多的方向，就制備具有導(dǎo)電性能或屏蔽性能的涂料組合物，專利申請(qǐng)US2007/ 0034839A1提供了一種含有導(dǎo)電填料的預(yù)成型組合物。該屏蔽組合物用在航空或航天飛行器機(jī)身中，用于減少電磁干擾。專利申請(qǐng)US2010286307A1公開(kāi)了一種輕質(zhì)顆粒以及含有它們的組合物，其包括涂布有薄涂層的外表面的顆粒，該顆粒是輕質(zhì)的，用于飛機(jī)或直升機(jī)。

填料能夠改善組合物的機(jī)械性能，經(jīng)過(guò)改性的填料可以進(jìn)一步改善其性能，US2013079445A1報(bào)道了一種生產(chǎn)經(jīng)處理的填料的方法，其包括：(a)用包括特定結(jié)構(gòu)的有機(jī)硅烷材料的處理組合物來(lái)處理未經(jīng)處理的填料的漿料，該未經(jīng)處理的填料沒(méi)有預(yù)先干燥；和(b)干燥該經(jīng)處理的填料漿料。通過(guò)該方法制備的經(jīng)處理的填料用于制備橡膠配合組合物和輪胎，能夠顯著改進(jìn)客車(chē)輪胎的滾動(dòng)阻力、磨損和牽引。

3 總結(jié)

本文基于目前公開(kāi)的PPG公司的相關(guān)專利申請(qǐng)，簡(jiǎn)要分析了PPG公司在助劑和顏填料方面的專利申請(qǐng)量、助劑和顏填料的研究熱點(diǎn)和改進(jìn)方向；隨著汽車(chē)粉末涂料行業(yè)的快速發(fā)展，關(guān)于助劑和顏填料對(duì)涂料性能的改進(jìn)也是今后研究的重要方向。

Summarization of Patented Technology for Automotive Powder Coating

Yang XiaofeiYuan Lin
(Paten Examination Cooperation Center of the Patent Office,SIPO,Zhengzhou Henan 450002)

As the commonly used additives,the performance of the powder coating is influenced greatly by the addi?tive,pigments and fillers.Additive which is regarded as MSG in the field of paint is used to give a specific perfor?mance.Pigments and fillers are used to ensure the excellent hiding power and rich colors,but also to give good physi?cal and chemical properties for the film.

paint;additive;pigment;filler

U465.9

A

1003-5168（2016）12-0075-03

2016-11-30

楊曉飛（1987-），男，碩士，審查員，研究方向：材料領(lǐng)域發(fā)明申請(qǐng)的實(shí)質(zhì)審查；袁琳（1989-），女，碩士，審查員，研究方向：材料領(lǐng)域發(fā)明申請(qǐng)的實(shí)質(zhì)審查（等同于第一作者）。