蔡胜鹏 / 刘 飞广东华江粉末科技有限公司
摘要：通过对聚酯、环氧树脂筛选，再添加适宜助剂优化性能，添加二氧化硅改善其稳定性，制备出可在10 min@150 ℃条件下完全固化的低温固化粉末涂料，其涂层具有极佳的装饰性、优异的附着力、极好的耐腐蚀性和机械性能，是一种性能优异的低温固化粉末涂料。
关键词：聚酯 环氧树脂 二氧化硅 固化粉末涂料
0、引言
近年来，由于粉末具有接近零VOC排放的优点，在整个涂料、涂装行业成为快速发展的领域，在当前国家绿色环保可持续发展的背景下更驱动了它的快速发展。但一般粉末涂料的固化条件大多是温度180~200 ℃，个别高达210 ℃，时间长达10~20 min，存在烘烤温度较高，时间较长的缺点。若烘烤温度降低10 ℃，可节约10%左右的能源。从节能降耗考虑，烘烤时间过长，直接导致生产周期变长，既浪费了能源，又耗费了时间，劳动生产率得不到有效提高，因此低温固化粉末涂料的开发具有十分重要的意义[1]。为解决上述问题，本文介绍了一种由环氧树脂和聚酯树脂制备的低温固化粉末涂料。其性能符合HG/T2006—2006，降低生产能耗的同时又能为客户提供高装饰性。
1、实验部分
1.1 主要原材料
市售环氧树脂A、B、C、D，市售聚酯树脂1、2、3、4，流平剂，光亮剂，安息香，其他助剂、颜填料。
1.2 低温固化粉末涂料基础配方
低温固化粉末涂料基础配方见表1。
1.3 实验设备和仪器
GSJ-30E挤出机、ACM-05F磨粉机：烟台市三立机械设备有限公司；高压静电喷枪(CQ-SJ5)：深圳市成企鑫科技有限公司；电热鼓风干燥箱(WGL-125B)：天津市泰斯特仪器有限公司；涂膜冲击器(QCJ)：天津鸿聚利试验设备厂；涂膜划格仪(QFH)：天津市精科材料试验机厂；光泽仪：科仕佳 WGG60-Y4 MN60；膜厚仪：广州标格达QNix®4500；盐雾箱：翁开尔Q-LAB-Q-FOG-SSP600。
1.4 粉末涂料制备
按配方称取原材料，在高速混合机中预混合，经过双螺杆挤出机熔融挤出，压片机冷却，粗破碎，然后由多功能粉碎机粉碎，过180目筛，收集筛后粉末即可。
1.5 样板的制备
制备的低温固化粉末涂料采用静电喷涂，电压控制50~80 kV，气压控制在0.1 MPa，喷涂到干净平整的马口铁板上。涂膜膜厚控制在60~80 μm，经150 ℃烘烤10 min得到样板。样板置于温度为21~25 ℃及相对湿度为45%~55%的恒温恒湿环境中，放置24 h，按标准测试各项性能。
2、结果与讨论
2.1 聚酯树脂的选择
目前市面上综合性能优异的多是选用环氧树脂与聚酯树脂固化比为50:50。在配制的环氧/聚酯粉末涂料中，当选取环氧树脂的环氧值在0.12~0.14时，应选取聚酯树脂酸值在70~85 mgKOH/g，因此本实验选取了以下4种聚酯树脂按照参考配方制粉，在150 ℃、10 min条件下固化得到样板，从耐冲击性、涂膜外观、硬度和附着力等方面进行树脂筛选，不同聚酯树脂各项参数及对涂膜影响结果如表2所示。
由表2结果可以看出，4种聚酯在涂膜外观方面脱气均较差，聚酯4在耐冲击性、硬度及附着力方面都表现略差，可能是由于酸值和软化点相对略高的缘故。而聚酯1和聚酯3虽然在涂膜外观，硬度及附着力等方面与聚酯2差别不大，但在耐冲击方面略差，因此综合考虑选用聚酯2作为聚酯树脂。
2.2 环氧树脂的选择
粉末涂料中应用最广泛的是双酚A型环氧树脂，双酚A型环氧树脂是双酚A和环氧氯丙烷在碱催化下经脱氯化氢而得到，具体的制造方法分为一步法和二步法[2]。低温固化粉末涂料烘烤温度在150 ℃，要求环氧树脂具有较高的反应活性，同时具有合适的软化点。本实验选取2种一步法环氧树脂、2种二步法环氧树脂与聚酯树脂2按照参考配方制粉，在150 ℃、10 min条件下固化得到样板，从耐冲击性、涂膜外观和硬度等方面进行树脂筛选，树脂性能参数及实验结果如表3所示。
由表3结果可以看出，4种环氧树脂在涂膜外观方面仍然脱气不完全，而使用二步法环氧树脂耐冲击性能均差，说明选用的聚酯2在此固化条件下与二步法环氧固化反应不完全。使用一步法环氧树脂A反冲仅能过40 cm，可能由于环氧树脂A环氧值较低，交联密度低，机械性能略差；环氧树脂B在各项性能都能满足要求，故选用环氧树脂B进行后续实验。
2.3 助剂的选择
为解决涂膜表面脱气差的问题，选择在配方中加入脱气剂，选用2种脱气剂和未加的进行各项性能的对比测试，配方对比如表4所示，各项测试结果如表5所示。
2.4 储存稳定性改善
由于低温固化粉末的玻璃化温度较低，粉末的储存稳定性较差，需要低温冷藏保存，给使用带来诸多不便。因此我们通过外加或内加不同松散剂来改善低温固化粉末的储存稳定性。按照其余成分相同，外加或内加不同松散剂的配方，制得粉末涂料样品，各取100 g样粉放入不同的磨口玻璃瓶中，在40 ℃恒温密闭条件下保存2 h，试验结果见表6。
由表6可以看出，外加松散剂对储存稳定性的改善比内加松散剂要好很多，这是因为在配方中添加松散剂，熔融挤出的过程中，松散剂的结构遭到了破坏，从而减弱了松散剂对涂料储存稳定性的改善作用。然而在制粉的过程中以干混的方式外加松散剂，利用气相二氧化硅在粉末涂料颗粒之间形成隔离层，减少粉末涂料粒子碰撞和凝聚的机会，从而使粉末涂料干粉的流动性得到明显改善。而且二氧化硅粒径很小(7~40 nm)，比表面积大(100~400 m2/g)，表面能大，表面吸附力强，对湿气的吸附能力很强，气相二氧化硅先吸收湿气，使粉末涂料不易吸潮和结团。因此选择加入二氧化硅来改善低温固化粉末的储存稳定性。
2.5 工艺参数对低温固化粉末涂料的影响
挤出是粉末生产的核心工序，对粉末质量有决定性的影响，挤出机混炼效果不好，将使产品光泽下降，流平性变差，还会出现混色不匀，局部胶化，形成板面粒子等弊病。对于低温固化粉末，应该是低温快挤，物料在螺筒里停留时间越短越好，其活性高，以防止此时物料在螺筒内提前反应一部分，影响涂膜性能[3]。因此选择挤出机最低挤出温度90 ℃，最大转速50 Hz。由于粉末涂料粒径偏小时，粉体的受潮概率和不易散热导致团聚的概率会增加，带电性相对偏低，上粉效果也会相应地变差，导致施工效率降低；粉末涂料颗粒的粒径偏大时，颗粒的质量大于粉体的带电量及空气的动力，由于重力原因，粉体的上粉率和涂覆效果会下降，因此我们通过调整磨粉机控制粉末的粒径在30~35 μm。
3、产品性能检测结果
通过上述实验确定最终配方，按照配方及工艺制备户内低温固化粉末涂料，参照HG/T 2006—2006进行涂料性能检测，具体性能检测结果如表7所示。
从表7可以看出，该户内低温固化粉末涂料满足HG/T 2006—2006中优等品的性能要求，可在铝型材行业进一步推广应用。
4、结语
本实验通过对聚酯、环氧树脂筛选，再添加适宜助剂优化性能，添加二氧化硅改善其储存稳定性，得到了固化条件在10 min@150 ℃时的户内低温固化粉末涂料，其涂层具有极佳的装饰性、优异的附着力、极好的耐腐蚀性和机械性能，具有很好的应用价值。节能减排是低温固化粉末涂料的突出优势，而随着人们环保意识的增强，以及生态文明建设的加强，低温固化粉末涂料的环保节能优势更加突出，这都将促使其发展。
参考文献：
[1] 葛伟青，王益民，毛小江，等. 低温固化粉末涂料的研制[J]. 表面技术，2008，37(3)：58-59.
[2] 南仁植. 粉末涂料与涂装技术[M]. 北京：化学工业出版社，2014：299-302.
[3] 丹阳市海信涂料化工厂. 制备低温固化重防腐环氧粉末涂料的工艺方法：CN201510722453.X[P]. 2017-05-10.
来源：2021/2022中国粉末涂料与涂装行业年会会刊
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