PPG公司汽車粉末涂料專利技術綜述

楊曉飛 袁 琳

（國家知識產權局專利局專利審查協作河南中心，河南 鄭州 450002）

PPG公司汽車粉末涂料專利技術綜述

楊曉飛 袁 琳

（國家知識產權局專利局專利審查協作河南中心，河南 鄭州 450002）

助劑和顏填料作為粉末涂料領域的常用添加劑，對涂料性能有重要的影響。助劑是涂料工業的“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世紀環境保護備受全球關注，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、無溶劑涂料等環保涂料方向發展。粉末涂料不含揮發性溶劑，減少了在施涂和固化過程中釋放到大氣中的揮發性有機物，是一種典型的環保型涂料。粉末涂料具有很優良的耐腐、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。汽車面漆和底漆是粉末涂料在汽車行業的一個亮點。

目前，汽車粉末涂料的生產廠家主要有美國的PPG、德國的巴斯夫、日本的杜邦等。PPG是世界上汽車粉末涂料的龍頭公司之一，圖1是PPG公司汽車粉末涂料的專利申請量的年變化。從圖1可以看出，PPG的汽車粉末涂料的研究從2000年之前的萌芽狀態，到2000年逐漸開始進入研究的熱點。本文以PPG公司為切入點，針對PPG公司在汽車粉末涂料領域中助劑、顏填料的技術演進行了梳理，有助于了解汽車粉末涂料的助劑和顏填料的技術發展歷程，加深對汽車粉末涂料技術的理解。

2 助劑和顏填料的技術演進

助劑是涂料工業的“味精”，加入少量就能對涂料性能產生重大影響；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特殊功效。以下對PPG汽車粉末涂料專利技術助劑和顏填料的演進過程進行分析。

圖1 PPG公司汽車粉末涂料年專利申請量變化

2.1 助劑的改進

PPG在汽車粉末涂料領域，有關助劑的申請主要分為以下幾個模塊：流變改性劑改進、催化劑改進、表面活性劑改進和其他助劑改進。

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，可以防止涂料儲存過程中顏料、填料的沉淀，避免涂裝過程中涂料的濺落、流掛，改善涂膜的流平性能等。專利申請US5229458A采用由馬來酸酐共聚物或者取代的馬來酸酐共聚物以及選自環烯和脂肪族烯的共聚物體通過伯胺或醇化學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，同時控制縮孔現象。專利申請US5212245A采用具有6-20個碳原子的烷基基團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、縮孔現象，而且具有比較好的平整性。專利申請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US6197883B1提供了一種由至少一個不含羥基的乙基不飽和可聚合單體以及至少一個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脂合成反應的時間，對提高企業的生產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，該物質在較低的溫度下能夠催化交聯反應，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，固化過程無苯產生，所得涂膜具有較好的表觀性能、穩定性和耐久性。專利US2012088895 A1主要針對錫化合物催化劑的水生毒性的問題，提供一種包含具有至少一個為烷基的取代基的三取代的膦作為催化劑，可使催化反應在低溫下進行并提高反應速率。

2.1.3 表面活性劑

表面活性劑可以改善兩相物質之間的的界面性質，可起潤濕、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，所述硬化劑為可含有多種反應性官能基的有機聚硅氧烷，以及含有可與聚硅氧烷的官能基反應的官能基，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，具有能夠延長適用期，改良粘結時間，附著力，抗損傷性及耐蝕性等性質。專利US6184279提供了一種針孔消除劑，其具有類似安息香的結構，可以消除固化時來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，在汽車應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氧化物反應獲得，可以阻止熱氧化反應，降低視覺效應。

2.2 顏填料的改進

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性能的改善，如遮蓋性、耐候性、耐溫性、光澤及機械強度等。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；二是通過加入填料改變涂膜或漆料的物理和化學性質。

2.2.1 顏料

PPG在汽車粉末涂料領域對顏料的主要集中在2000年以后。角色差性是看得見顏色隨照射或觀察角度變化而改變的效應，角色差性顏料應用于汽車涂層，為研究的一方面。專利申請US2003125416A1報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差為至少約0.01。進一步地，專利申請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。其包括具有著色劑和反射顏料的樹脂基料，該著色劑當暴露于可見光時吸收第一波長的可見光并產生第二波長帶的熒光。

顏料按化學組成分類，可分為有機顏料和無機顏料。專利申請US2010298472A1公開了具有丙烯酸樹脂的無機和有機顏料的涂料，含有由均定義為顏料的固體有機和無機物質顆粒組成的化合物。可以使用預涂覆顏料的單色顆粒對諸如聚乙烯、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行著色。其可以單獨和/或與其他預涂覆顏料一起混合，以產生預定色彩。

2.2.2 填料

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

專利申請US2002137872A1提供了一種涂料組合物，其包括成膜樹脂、0.1-15μm的純凈顆粒，顆粒可以為有機顆粒或無機顆粒，其中，有機顆粒為硅碳顆粒，無機顆粒包括硅石、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US2003229157A1提供了一種粉末涂料組合物，并探討了經過表面改性的顆粒對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，該申請展示了經過改性的填料對涂層表面張力和耐刮擦性能的影響，可用于汽車領域。

進一步地，專利申請US2004116585A1研究了氨基塑料樹脂和納米硅石顆粒作為添加劑，對涂層耐刮擦性能的影響。專利申請US2005/0249939A1公開了一種改進的耐擦傷和耐劃傷性的涂料組合物，包括分散在成膜樹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顆粒(如金剛石顆粒)，或可包括無機顆粒(如二氧化硅、氧化鋁)。

在汽車領域，透明面漆通常需要涂層厚度不超過75微米，然而，隨著涂層厚度的降低，涂層的外觀也相應變差，為了獲得一種在涂層厚度很薄的情況下，仍然具有優異的性能的涂料組合物（比如外觀，耐腐蝕性），專利申請US2003/0166758A1公開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。

導電組合物也是研究較多的方向，就制備具有導電性能或屏蔽性能的涂料組合物，專利申請US2007/ 0034839A1提供了一種含有導電填料的預成型組合物。該屏蔽組合物用在航空或航天飛行器機身中，用于減少電磁干擾。專利申請US2010286307A1公開了一種輕質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，該顆粒是輕質的，用于飛機或直升機。

填料能夠改善組合物的機械性能，經過改性的填料可以進一步改善其性能，US2013079445A1報道了一種生產經處理的填料的方法，其包括：(a)用包括特定結構的有機硅烷材料的處理組合物來處理未經處理的填料的漿料，該未經處理的填料沒有預先干燥；和(b)干燥該經處理的填料漿料。通過該方法制備的經處理的填料用于制備橡膠配合組合物和輪胎，能夠顯著改進客車輪胎的滾動阻力、磨損和牽引。

3 總結

本文基于目前公開的PPG公司的相關專利申請，簡要分析了PPG公司在助劑和顏填料方面的專利申請量、助劑和顏填料的研究熱點和改進方向；隨著汽車粉末涂料行業的快速發展，關于助劑和顏填料對涂料性能的改進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：材料領域發明申請的實質審查；袁琳（1989-），女，碩士，審查員，研究方向：材料領域發明申請的實質審查（等同于第一作者）。