铝合金用陶瓷涂料【摘 要】：本文通过介绍铝合金表面处理的发展，来阐述陶瓷涂料作为一种新型的铝合 金用防腐装饰材料的应用情况。同时，就衡峰 NC-H800 陶瓷涂料作了详细 的介绍。【关键词】：铝合金 表面处理 防腐 装饰 陶瓷涂料 NC-H800 陶瓷涂料一、铝合金表面处理的发展目前铝合金表面处理和彩色化的发展已经将近40 多年，我们首先来回顾一下铝合 金表面处理的发展过程。铝合金表面的处理方法多种多样，从发展趋势来看它经历了如下的发展阶段：银白 色阳极氧化f阳极氧化后电解着色f厚膜阳极氧化f阳极化处理（电解着色）后电泳涂 装化学转化后静电喷涂（粉末类：环氧粉末f聚酯TGICf氟碳粉末；液相喷涂类：醇 酸喷涂f丙烯酸喷涂f硅改性丙烯酸f氟碳喷涂，PVDF和FEVE）。铝合金表面处理的阳极氧化，从 20 世纪 50 年代已引入铝合金门窗，至今仍是铝合 金常用的表面处理措施。铝合金的阳极氧化膜在通常的大气环境下具有良好的防腐蚀和 耐候性能，但由于阳极氧化膜为两性氧化物，不耐酸碱化学腐蚀。铝合金的阳极氧化电 解着色，以前主要是古铜色系，色泽单调，目前，已逐渐被钛金色等多种浅色调所代替。 铝型材阳极氧化电解着色技术由于存在工序较多、浅色的色差和色调难控制、环境污染 较大等不足，今后随着表面处理要求的提高和环境意识的加强，将受到定限制。厚膜阳极氧化是在普通阳极氧化处理基础（3-15问）上，增加氧化膜膜厚。上海 金茂大厦就采用了厚膜阳极氧化铝型材。厚膜阳极氧化铝型材具有极其优异的耐候性， 30 年以上，但是其装饰性较差，只有一种颜色，而且价格昂贵。为了提高铝合金的装饰效果和阳极氧化后的封孔效果， 30 多年前日本开发了电泳 （ED）涂层，兼有阳极氧化膜和聚合物涂层双重优点。铝型材阳极氧化电泳涂漆的第一代 是采用水溶性环氧树脂电泳涂料，该漆耐候性差；第二代是采用水溶性丙烯酸和三聚氰 胺环氧树脂电泳涂料，膜以其平滑光亮在东亚受到欢迎，已有白色和各种颜色的ED膜 问世；第三代采用ED氟碳涂层，尚未大规模应用。粉末静电喷涂早期采用环氧树脂，但由于耐候性不佳，不能用于户外。粉末静电喷 涂聚酯涂层在欧洲很受欢迎，市场份额己与阳极氧化相当，高耐候性的氟碳粉末喷涂 60 年代在美国已经出现，而且市场份额不断扩大。液相喷涂可以选择醇酸树脂，丙烯酸树脂，硅改性丙烯酸树脂和氟碳树脂。性能最 为优越的碳氟树脂涂层在我国应用已有20 年，而且从2000 年后市场份额显著上升。早 期的建筑用氟碳涂料就是指从聚偏二氟乙烯树脂(PVDF)为基的涂料，价格虽高但性能 十分优异。据国外实际应用证明其室外使用寿命在25 年以上，高于电泳层和静电喷涂 层。本公司已经开发出基于日本大金GK-570四氟树脂的新一代热固性的铝合金用氟碳 涂料。从铝合金表面处理的发展来看，初期主要注重于防腐蚀的功能性，其后转向于美观 的装饰性，最后则是功能性和装饰性并重。而且，目前比较占有优势的铝合金表面处理 方式的电泳、粉末喷涂和液相喷涂的发展趋势都是趋向于采用功能性和装饰性并重的氟 碳涂料。二、陶瓷涂料的介绍和发展现状随着时代的进步，一种新型的高性能材料陶瓷涂料应用而生。长久以来，无机 有机复合技术一直是各种尖端材料合成领域的方法之一。目前，在涂料工业界对于单一 涂料的性能要求越来越高，如环保、高硬度、高耐化学腐蚀、高耐久性、高防菌性、高 柔韧性以及高的耐粘污性等集于一身，单独的有机涂料或无机涂料显然已经无法满足客 户的需求。因此，在涂料业界对于有机无机复合纳米功能性涂料的研究已经形成潮流。 做为基于无机有机复合材料的陶瓷涂料，在铝合金表面的涂装已经成为一种必然的趋 势。在日本和韩国，陶瓷涂料已经成为一种铝合金表面处理和涂装保护领域较为普遍的 一种技术。陶瓷涂料，顾名思义，就是一种通过低温缩合反应，将有机硅树脂单体与无 机二氧化硅和其它氧化物纳米分散体在原子、分子水平上有机地结合起来，从而制得有 机无机复合的纳米涂料，其涂层类似于传统的高温烧结的瓷膜。陶瓷涂料具超耐候性、超低污染性、难燃性及高硬度等无机材料特长的同时，也具 有可弯曲、耐酸性、耐碱性等有机材料特长的有机无机复合型涂料。有机无机纳米 复合陶瓷涂料，可以用于金属、水泥、塑料、木材的涂装。该涂料光泽好、硬度高、阻 燃性能强，耐候性可与氟树脂涂料媲美；耐酸、耐碱及耐腐蚀性优于环氧涂料；耐热性 突出；用于内外墙涂料具有自洁和抗菌功能；由于使用了有机硅树脂单体，涂层与底材 结合较牢固，其综合性能大大超过溶剂型有机硅涂料。目前，国内外的陶瓷涂料已经应 用于装饰钢板、装饰铝板、无机装饰板、外墙建筑面、玻璃树脂镜片等。国内对于硬质陶瓷涂料研究几乎没有，该类研究的技术主要集中于欧美和日韩。陶瓷涂料的最早雏形是美国的硅溶胶有机硅烷复合物硬质涂料的研究，开始于 20 世纪 70年代，主要用于当时大量出现的有机光学材料的表面保护用的透明硬质涂层， 例如汽车用塑料灯罩、手表面、镜片等。最早工业化的用于光学有机材料硬质涂层的是 由 Clark 的一系列专利(US3976497,US3986977,和 US4027073)衍生而来的 SDC Coating of Anaheim(位于美国加州)。在这之后，又出现了有一大批类似的专利，比如Armbruster 等的 US4159206, Ubersax 的 US4177315, GE 有机硅部门的 Fyre( US4299746, US4324839, US4413088)和 Vaughn(US4309319, US4324712, US4414349)，以及 Guest 等人的 US5013608 和 US5102695。.在所有上述的美国专利中，除了 GE 公司的涂料采用碱性的条件(在此基础上的GE公司的产品SHC-1200就是碱性的)，其它专利的结果都是采用酸性的涂料。因为， 二氧化硅类物质倾向于在碱性条件下自身聚合，所以采用酸性体系的涂料，涂料的稳定 性会好些。在上述的硅溶胶有机硅复合物清漆涂料中，都具有良好的硬度和耐摩擦性能，但 是价格相当昂贵。这些涂料的购买者除了需要一笔购买费用，还需要额外的费用用于陶 瓷涂料的低温保存和运输上。因为当时的陶瓷涂料无一例外活性都很高，十分容易在常 温下自己交联而胶化，需要在低温冷藏条件下下保存。此外由于一些特殊的原因，涂料 必须在较低的湿度条件下施工，不然容易造成雾影，对光学材料造成不利的影响。在国内的申请专利中，日本松下电工(CN99800514.2。描述了一种亲水化涂膜的 配方，基本原料就是硅溶胶有机硅复合物清漆，厚度很薄，仅为0.01-0.5 微米；硬度 不高，仅有2H,与有机树脂涂料相当。同时，该专利采用的硅溶胶为有机硅溶胶(和 US 5013608和US 5102695的原料类似，采用日本Nissan Chemical产的30%二氧化硅 的异丙醇分散液。，其价格是水性硅溶胶的好几倍。具有韩国背景的上海搏韩商贸有限公司申请了一项陶瓷铝单板的实用新型专利 (CN2658277),描述了该单位进口的陶瓷铝单板用到的韩国西莱秘克株式会社生产的 陶瓷涂料，其基本成分是二氧化硅与强结合力的有机金属烷氧基化合物，化学反应而成， 具有良好的抗蚀性、耐污染性、隔热不燃性。在陶瓷涂料领域最为成功的是韩国的金刚高丽化学(KCC。公司。KCC公司从二 十世纪 80 年代开始研究陶瓷涂料，经过十多年的研究和工业应用，已经拥有一整套成 熟的陶瓷涂料生产工艺和涂装工艺。例如韩国专利 KR9303349 描述了一种双组分的陶 瓷涂料，一种原料为 PH 控制剂，如盐酸，硫酸，甲酸，醋酸，草酸等；另一种原料为 有机硅烷。有机硅烷含量占总量的 2050%。另一份韩国专利 KR9708714 描述了一种 用于金属基材的双涂层陶瓷涂料。底涂层为20-40 份溶剂，10-20 份无机填料，5-29 份 经过筛选的填料，100 份有机金属化合物。面涂层为30-40份的棒形有机硅溶胶，30-60 份有机硅，10-40份醇类溶剂，烤漆温度为200-250 C。目前在国内市场上销售的KCC 陶瓷涂料，为双组分涂料，A组分为含色浆的组分，B组分为固化剂，使用前需要熟化 8小时，烤漆温度120 C。根据相关材料分析，A组分为硅溶胶组分，B组分为有机硅 树脂单体。该陶瓷涂料的硬度高达5H；颜色鲜艳，涂膜光滑，亮度高（可大于60）, 已经有不少的应用。但该KCC陶瓷涂料也有明显的缺点：价格昂贵；涂膜固化后无法 重涂；喷涂施工困难；存储期短；无金属色。尽管存在一定的缺点，KCC陶瓷涂料已经应用于铝板涂装和上海市部分地铁工程， 取得了良好的效果。在国外，比如日本、美国和韩国，陶瓷涂料已经广泛应用于航天工 业、建筑业、交通业、电子工业等。日本公司也有陶瓷涂料的产品，如恒和化工的单组分聚氨酯固化陶瓷涂料，烤漆温 度160C30分钟。该陶瓷涂料的硬度高达5H；颜色鲜艳，涂膜光滑，亮度高（可大于 60），国内还没有销售。目前陶瓷涂料的发展趋势是功能性更全、价格更低（国产化）、使用和存储更为方 便（单组分），以便能够推动陶瓷涂料的广泛应用。三、单组分陶瓷涂料NC-H800的介绍2004年衡峰公司开始开发陶瓷涂料，目前已经开发成功双组分陶瓷涂料NC-600、 单组分陶瓷涂料NC-H800，并有部分产品已经应用于上海地铁。NC-H800系列纳米陶 瓷涂料为上海衡峰氟碳材料有限公司在多年开发超耐侯氟碳涂料的基础上，应用纳米氧 化物为成膜物，并添加具有光催化活性和热反射效应的新填料，开发成功的新一代超长 寿命户外功能涂料。 NC-H800 系列纳米陶瓷涂料是单组分烘烤固化型陶瓷涂料，其性 能特点如下： 超耐候性：纳米陶瓷涂料的成膜主体均是氧化物，且具有50年以上的户外光泽保 持性，不会粉化、不会降解。 自清洁性：亲水表面，不会产生雨痕污染。涂膜中具有光催化活性的氧化物，在阳 光的作用下，能分解附着于涂层表面的有机物，使之分解、粉化，从而使油性污染 不会在表面堆集。 优异的附着力：NC-H800的附着力非常好，能附着于各种有机、无机和金属材质表面。 优异的表面硬度：纳米氧化物的涂膜，表面硬度可达5-9H。 高装饰性：可以制成实体色、金属色和珠光色的各种色彩。 高耐温性：涂膜可在高达500r以上的环境条件下长期使用（和颜色耐温性有关）。NC-H800 陶瓷涂料可用于铝型材、铝幕墙，不仅可以大大提高涂层的寿命，还可 以彻底解决幕墙使用中的表面污染问题。作为自清洁罩光漆，应用于各种有机涂层的表 面，可以提高涂层自清洁性和使用寿命。NC-H800 陶瓷涂料的涂装工艺与氟碳涂料相比，主要在前处理上有点差异。在铝 合金上直接涂装 NC-H800 陶瓷涂料，一般必需采用喷砂前处理。（ 1） 一涂层体系： NC-H800 陶瓷涂料与各种基材都非常优异，特别是不锈钢及玻 璃等难附着的基材。其涂装工艺为：单涂层基材表面喷砂前处理喷涂 NC-H800 面 漆晾干烘干（ 180200C， 530 分钟）NC-H800面漆（10-20um）基材（喷砂处理）（ 2）两涂层NC-H800陶瓷涂料的双涂层工艺为：基材一表面喷砂前处理一喷涂NC-H800面漆一晾干涂 NC-H850 罩光漆晾干烘干NC-H850罩光漆（5-10um）NC-H800面漆（10-20um） 基材（喷砂处理）3）衡峰公司推荐的二涂层工艺据日本涂料界的相关研究显示，涂层的亲水性是决定涂层长期耐污染性最重要的一 个功能。目前我们国家的绝大多数涂料为憎水性表面，在国内的实际应用中污染严重， 这一点严重影响了涂料，特别是外强建筑涂料在人们心目中的地位。 NC-H800 陶瓷涂 料本身具有一定的亲水性。为了提高其的耐粘污效果，可以