延遲型金屬催化劑在粉末涂料與卷材涂料中的應用探析

作為一名從事涂料行業(yè)的老油條，我常常被人問(wèn)起：“你們做涂料的，是不是整天就在那兒調色、研磨、攪拌？不就是個(gè)‘油漆工’嘛?！泵看温?tīng)到這話(huà)，我都忍不住想笑。其實(shí)啊，現代涂料早已不是過(guò)去那種“刷墻漆”的概念了，它是一門(mén)融合了化學(xué)、物理、材料學(xué)甚至藝術(shù)的綜合學(xué)科。

今天我們就來(lái)聊一聊一個(gè)聽(tīng)起來(lái)有點(diǎn)“冷門(mén)”，但實(shí)際作用卻非常關(guān)鍵的家伙——延遲型金屬催化劑。它在粉末涂料和卷材涂料中扮演著(zhù)至關(guān)重要的角色，可以說(shuō)是“幕后英雄”級別的存在。

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一、什么是延遲型金屬催化劑？

首先，咱們先搞清楚幾個(gè)基本概念。

所謂催化劑，顧名思義，就是能加速反應速度，但本身不參與消耗的一類(lèi)物質(zhì)。而在涂料領(lǐng)域，尤其是在熱固性粉末涂料和卷材涂料中，我們常用的是金屬類(lèi)催化劑，比如錫、鋅、鉍等金屬的有機配合物。

而延遲型催化劑（Delayed Catalyst），顧名思義，就是它的催化作用不會(huì )立即發(fā)生，而是會(huì )在一定溫度或時(shí)間后才開(kāi)始起效。這種特性對于某些需要“先成膜再固化”的工藝來(lái)說(shuō)，簡(jiǎn)直是天賜良品。

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二、延遲型催化劑為何重要？

想象一下，你正在噴涂一塊鋼板，涂層還沒(méi)流平就急著(zhù)交聯(lián)固化，結果表面坑坑洼洼，像極了被燙傷的臉皮……這顯然是不行的。所以，我們需要一種“慢熱型”的催化劑，在前期保持涂料的流動(dòng)性，等它鋪展好了，再開(kāi)始“干活”。

這就是延遲型催化劑的核心價(jià)值：控制固化反應的節奏。它讓涂料在烘烤過(guò)程中先完成流平和潤濕，然后再啟動(dòng)交聯(lián)反應，從而獲得更好的涂膜外觀(guān)和機械性能。

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三、在粉末涂料中的應用

1. 粉末涂料簡(jiǎn)介

粉末涂料是一種不含溶劑、以固體粉末形式噴涂于基材表面，經(jīng)加熱熔融流平并固化成膜的新型環(huán)保涂料。由于其VOC排放幾乎為零，近年來(lái)發(fā)展迅猛，廣泛應用于家電、汽車(chē)、建筑等領(lǐng)域。

粉末涂料常見(jiàn)的體系有：

• 環(huán)氧型
• 聚酯型
• 混合型（環(huán)氧/聚酯）
• 聚氨酯型
• TGIC固化聚酯型等

不同的體系對催化劑的需求也不同，尤其在低溫快速固化或高光澤要求下，延遲型催化劑更是不可或缺。

2. 延遲型催化劑在粉末涂料中的功能

功能	描述
控制凝膠時(shí)間	延緩初始交聯(lián)反應，延長(cháng)施工窗口期
提升流平效果	在固化前保證涂層充分流平
改善邊角覆蓋	減少高溫下過(guò)早固化造成的邊緣缺陷
提高儲存穩定性	防止粉末在儲存過(guò)程中提前反應

3. 常用延遲型金屬催化劑及其參數對比

催化劑類(lèi)型	金屬種類(lèi)	典型產(chǎn)品	活性溫度范圍（℃）	特點(diǎn)
有機錫類(lèi)	錫（Sn）	Fascat 4100, T-9	120~160	活性高，延遲性一般
有機鋅類(lèi)	鋅（Zn）	K-Kat EZ-158	130~170	延遲性強，適合低溫固化
有機鉍類(lèi)	鉍（Bi）	K-Kat XC-348	140~180	安全環(huán)保，延遲可控
有機鋁類(lèi)	鋁（Al）	Alcatalyst A-1	150~200	適用于高Tg體系
有機鋯類(lèi)	鋯（Zr）	Zirconium Acetylacetonate	160~220	高溫適用，延遲性較強

小貼士：如果你的產(chǎn)品需要出口歐洲，建議優(yōu)先選擇鉍系催化劑，因為歐盟REACH法規對錫類(lèi)化合物越來(lái)越嚴格了。

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四、在卷材涂料中的應用

1. 卷材涂料簡(jiǎn)介

卷材涂料是專(zhuān)用于金屬卷材連續涂裝的一種高效涂料系統，主要用于建筑、家電、交通運輸等行業(yè)。這類(lèi)涂料通常采用輥涂方式施工，生產(chǎn)線(xiàn)速度快，對涂料的干燥和固化速度要求極高。

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四、在卷材涂料中的應用

1. 卷材涂料簡(jiǎn)介

卷材涂料是專(zhuān)用于金屬卷材連續涂裝的一種高效涂料系統，主要用于建筑、家電、交通運輸等行業(yè)。這類(lèi)涂料通常采用輥涂方式施工，生產(chǎn)線(xiàn)速度快，對涂料的干燥和固化速度要求極高。

卷材涂料常見(jiàn)體系包括：

• 聚酯氨基樹(shù)脂體系
• 環(huán)氧底漆
• 聚偏氟乙烯（PVDF）面漆
• 聚氨酯體系

2. 延遲型催化劑的作用機制

在卷材涂料中，延遲型催化劑主要解決以下問(wèn)題：

• 快速固化 vs 良好流平之間的矛盾
• 高溫烘烤帶來(lái)的早期交聯(lián)風(fēng)險
• 防止因固化過(guò)快導致的橘皮、針孔等弊病

舉個(gè)例子：某卷材廠(chǎng)使用傳統錫類(lèi)催化劑時(shí)，經(jīng)常出現“橘皮”現象，后來(lái)?yè)Q成延遲型鉍催化劑后，不僅流平明顯改善，而且烘烤曲線(xiàn)更寬泛，設備操作也更靈活了。

3. 延遲型催化劑在卷材涂料中的推薦用量（參考）

催化劑類(lèi)型	推薦添加量（%）	固化條件（℃ × min）	效果評價(jià)
Bi系催化劑	0.2~0.5	230×30s	流平佳，耐候性好
Zn系催化劑	0.3~0.6	220×45s	成本低，適合中溫固化
Sn系催化劑	0.1~0.3	210×60s	活性強，需注意儲存穩定性
Al系催化劑	0.2~0.4	240×25s	適合高Tg體系，延遲性適中

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五、選擇延遲型催化劑的幾點(diǎn)建議

作為一個(gè)多年混跡涂料圈的老兵，我總結了幾條經(jīng)驗，供各位同行參考：

1. 看用途：如果是戶(hù)外用卷材，優(yōu)先選鉍系或鋅系；室內可用錫系。
2. 看固化溫度：高溫用鋁、鋯，中低溫用鋅、鉍。
3. 看環(huán)保要求：出口歐美優(yōu)選無(wú)毒金屬如鉍、鋅。
4. 看儲存周期：夏天用延遲性強的，冬天可適當放寬。
5. 看成本預算：錫類(lèi)便宜但不穩定，鉍類(lèi)貴但穩定。

另外，還有一個(gè)小技巧：你可以通過(guò)DSC測試來(lái)評估催化劑的活性延遲時(shí)間，這對配方優(yōu)化很有幫助。

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六、未來(lái)發(fā)展趨勢

隨著(zhù)全球對環(huán)保和可持續發(fā)展的重視，延遲型金屬催化劑也在不斷進(jìn)化：

• 綠色替代：開(kāi)發(fā)基于鐵、鈷、錳等更環(huán)保的過(guò)渡金屬催化劑；
• 多功能化：將延遲性與流平、消泡等功能結合；
• 智能響應型：根據pH、濕度、光等外界刺激調控催化活性；
• 納米封裝技術(shù)：提升延遲性和分散性，降低用量。

未來(lái)幾年，預計延遲型催化劑將在水性涂料、UV固化體系中也有廣泛應用。

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七、結語(yǔ)

寫(xiě)到這里，我突然想起一句話(huà)：“好的涂料就像一道好菜，火候重要?！贝呋瘎┚秃帽葟N師手中的火候掌控器，少了它，可能味道不對；多了它，又容易焦糊。而延遲型金屬催化劑，就像是那個(gè)懂得“文火慢燉”的高手，讓你的涂層既美麗又堅固。

希望這篇文章能讓大家對延遲型催化劑有個(gè)更清晰的認識。當然，理論歸理論，實(shí)踐才是檢驗真理的唯一標準。建議大家多做實(shí)驗，結合自身工藝調整配方，才能真正把“延遲”的藝術(shù)發(fā)揮到極致。

后，附上一些國內外權威文獻供大家進(jìn)一步學(xué)習：

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參考文獻

國內文獻：

1. 張偉民，《現代涂料與涂裝》，化學(xué)工業(yè)出版社，2019年
2. 李志強等，《粉末涂料與涂裝工藝學(xué)》，中國輕工業(yè)出版社，2020年
3. 陳曉東，《卷材涂料及其應用》，涂料工業(yè)，2021年第6期
4. 劉建國等，《環(huán)保型金屬催化劑的研究進(jìn)展》，化工新材料，2022年第4期

國外文獻：

1. Scrivens, G., Powder Coatings: Chemistry and Technology, 2nd Edition, Wiley, 2018
2. Tracton, A.A., Coatings Materials and Surface Coatings, CRC Press, 2020
3. Bieleman, J., Additives for Coatings, Hanser Gardner Publications, 2019
4. Ruzicka, M., Catalysis in Polymer Science, Elsevier, 2021
5. European Chemicals Agency (ECHA), REACH Regulation – Substance Evaluation Reports, 2023

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愿你在涂料的海洋中乘風(fēng)破浪，做出漂亮的那一層“皮膚”。

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聚氨酯防水涂料催化劑目錄

• NT CAT 680 凝膠型催化劑，是一種環(huán)保型金屬復合催化劑，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)有機錫化合物，適用于聚氨酯皮革、涂料、膠黏劑以及硅橡膠等。

• NT CAT C-14 廣泛應用于聚氨酯泡沫、彈性體、膠黏劑、密封膠和室溫固化有機硅體系；

• 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；

• 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，組合料儲存時(shí)間長(cháng)；

• 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，特別適合用于脂肪族異氰酸酯體系；

• 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，具有很強的延遲效果，與水的穩定性較強；

• 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；

• 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；

• 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%；

• 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，活性比有機錫相對較低；

• 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構泡沫，還用于聚氨酯涂料、彈性體、膠黏劑、室溫固化硅橡膠等；

• NT CAT T-125 有機錫類(lèi)強凝膠催化劑，與其他的二丁基錫催化劑相比，T-125催化劑對氨基甲酸酯反應具有更高的催化活性和選擇性，而且改善了水解穩定性，適用于硬質(zhì)聚氨酯噴涂泡沫、模塑泡沫及CASE應用中。