長期以來(lái)，從事粉末塗料以及相關配套領域如原材料、設備的同仁們的努力下，在粉末塗料低(dī)溫固化方面已取得(de)了不小(xiǎo)的進展。現在純環氧體(tǐ)系砂紋效果産品可(kě)以做(zuò)到130℃/15分鍾固化。平面高(gāo)光環氧體(tǐ)系可(kě)以做(zuò)到140℃/15分鍾固化。但(dàn)環氧的耐黃變和(hé)耐候性能差，不能用于戶外使用。較之環氧體(tǐ)系耐黃變好些(xiē)的聚酯/環氧混合型體(tǐ)系砂紋産品也可(kě)以做(zuò)135℃/15分鍾，平面高(gāo)光産品可(kě)以做(zuò)到150℃/15分鍾固化（流平稍差）。純聚酯體(tǐ)系砂紋産品可(kě)以做(zuò)到140℃/15分鍾固化，平面高(gāo)光可(kě)以做(zuò)到160℃/15分鍾固化。但(dàn)是純聚酯體(tǐ)系平面低(dī)光産品目前還(hái)是很(hěn)困難。 

 

　　實現粉末塗料超低(dī)溫固化在技(jì)術(shù)上(shàng)有(yǒu)較大(dà)難度。首先，粉末塗料的固化體(tǐ)系是一種低(dī)溫潛伏性的固化體(tǐ)系，如果該體(tǐ)系低(dī)溫反應活性較高(gāo)，勢必影(yǐng)響到粉末制(zhì)粉擠出與儲存穩定性，另一方面粉末塗料所采用的樹(shù)脂與固化劑均是較高(gāo)軟化點的固體(tǐ)，在低(dī)溫下熔融粘度較高(gāo)，在低(dī)溫固化時(shí)，塗膜難以流平，影(yǐng)響表面效果。如果采用軟化點較低(dī)的樹(shù)脂與固化劑雖可(kě)降低(dī)熔融粘度，但(dàn)粉末的儲存穩定性變差，需要低(dī)溫冷藏保存，給使用帶來(lái)諸多(duō)不便。因此，尋求一種能适合粉末儲存既有(yǒu)較高(gāo)的軟化點又有(yǒu)合适的反應活性的樹(shù)脂與固化劑是制(zhì)備低(dī)溫固化粉末塗料的關鍵。 

 

　　低(dī)溫固化粉末塗料發展方向 

 

　　要降低(dī)粉末塗料的固化溫度，以下從主體(tǐ)樹(shù)脂、固化劑、催化劑、紅外光固化、紫外光固化、噴霧幹燥法制(zhì)造粉末塗料制(zhì)造粉末塗料和(hé)自由基反應固化方面來(lái)進行(xíng)討(tǎo)論。 

 

　　粉末塗料不管是熱塑性或是熱固性，成膜溫度均在180-200℃左右，固化時(shí)間(jiān)長（10-20min），這限制(zhì)了它隻能用于金屬等耐熱基材，并且費時(shí)，相對能耗較大(dà)。每降低(dī)10℃固化溫度大(dà)約節能10%，為(wèi)節約能源降低(dī)成本，擴大(dà)粉末塗料的塗裝範圍，更好地與溶劑型塗裝線接軌，粉末塗料須向低(dī)溫固化型方向發展。可(kě)以通(tōng)過降低(dī)樹(shù)脂本身地熔融溫度、粘度、軟化點、增加樹(shù)脂的官能團提高(gāo)交聯度、加入适當助劑、應用适當的催化劑等多(duō)種手段來(lái)實現粉末塗料的低(dī)溫固化。降低(dī)粉末塗料的固化溫度，不僅可(kě)以加快自動生(shēng)産線的生(shēng)産速度和(hé)提高(gāo)生(shēng)産效率，節約能源，而且使粉末塗料的應用範圍大(dà)大(dà)的增加。 

 

　　決定粉末塗料性能的關鍵是基體(tǐ)樹(shù)脂，為(wèi)實現低(dī)溫固化的粉末塗料，現已開(kāi)發出不飽和(hé)聚酯型、不飽和(hé)丙烯酸酯樹(shù)脂型、聚氨酯丙烯酸酯樹(shù)脂型、乙烯基醚樹(shù)脂型等。湛新（Allnex）和(hé)帝斯曼（DSM）都有(yǒu)相應産品。不飽和(hé)樹(shù)脂是UV固化或自由基熱固化粉末塗料的主要成膜物質，是決定塗料性質和(hé)塗膜性能的主要成分。為(wèi)實現低(dī)溫固化，一方面要求樹(shù)脂能賦予粉末良好的儲存穩定性，粉末須在40℃條件下能儲存3～6月而不結塊；另一方面所用原材料須在較低(dī)溫度（如100℃或更低(dī)）下具有(yǒu)較低(dī)的熔融粘度以保證塗料在固化過程中具有(yǒu)良好的流動性。這就要求所選用樹(shù)脂的玻璃化溫度（Tg）應該在50～70℃（至少(shǎo)在40℃以上(shàng)），平均分子量為(wèi)1000～4000，并且分子量分布要窄。要得(de)到這樣的樹(shù)脂并非易事，Tg高(gāo)于50℃的樹(shù)脂熔化難以控制(zhì)，因為(wèi)C=C雙鍵在80℃即可(kě)開(kāi)始聚合，而80℃以下則其粘度太高(gāo)而難以處理(lǐ)。降低(dī)樹(shù)脂熔融溫度的常用方法是合成半結晶樹(shù)脂、加入結晶化合物或無定形低(dī)聚物。通(tōng)過高(gāo)分子結構設計(jì)，合成樹(shù)枝狀及超支化半結晶聚合物制(zhì)備低(dī)溫固化不飽和(hé)樹(shù)脂也是一種可(kě)行(xíng)的方法。 

 

　　從物理(lǐ)化學角度來(lái)考慮化學反應的速率可(kě)以應用阿倫尼烏斯（Arrhenius）公式表示，k=Aexp-Ea/RT（指數(shù)式）。k為(wèi)速率常數(shù)，R為(wèi)摩爾氣體(tǐ)常量，T為(wèi)熱力學溫度，Ea為(wèi)表觀活化能，A為(wèi)指前因子（也稱頻率因子），也常用其另外一種形式：lnk=lnA-Ea/RT（對數(shù)式）。要提高(gāo)低(dī)溫固化下反應速率，可(kě)從其化學反應機理(lǐ)來(lái)分析。可(kě)以看出Ea為(wèi)表觀活化能是一個(gè)很(hěn)重要的因素，活化能是指化學反應中，由反應物分子到達活化分子所需的最小(xiǎo)能量。化學反應速率與其活化能的大(dà)小(xiǎo)密切相關，活化能越低(dī)，反應速率越快，因此降低(dī)活化能會(huì)有(yǒu)效地促進反應的進行(xíng)。促進劑通(tōng)過降低(dī)活化能（實際上(shàng)是通(tōng)過改變反應途徑的方式降低(dī)活化能）來(lái)促進一些(xiē)原本很(hěn)慢的化學反應得(de)以快速進行(xíng)。 

 

　　為(wèi)使促進劑更好的促進化學反應，對于和(hé)樹(shù)脂相容性好、具有(yǒu)較低(dī)熔點（80～120℃）的固體(tǐ)化合物，由于擠出就能獲得(de)良好的分散度，可(kě)以在制(zhì)粉時(shí)加入熔融共擠；而那(nà)些(xiē)相容性較差，熔點較高(gāo)的固體(tǐ)或其它液體(tǐ)化合物，習慣上(shàng)采用所謂的母體(tǐ)混合物（Masterbatch）法，即預先把它們加入到熔融的載體(tǐ)（如環氧樹(shù)脂、聚醋樹(shù)脂）中進行(xíng)分子分散。顯然這做(zuò)對于助劑的混合均勻性是有(yǒu)幫助的。促進劑的選擇依交聯固化體(tǐ)系的性質而定，雙氰胺固化環氧體(tǐ)系用咪唑、咪唑啉、環脒、BF3絡合物加以催化，環氧/聚酯混合體(tǐ)系和(hé)聚酯/TGIC體(tǐ)系則使用咪唑、咪唑啉、季铵、季磷、脒等化合物，聚氨酯（PU）體(tǐ)系使用的是有(yǒu)機錫化合物，如二月桂酸二丁基錫、辛酸錫和(hé)二丁基氧化錫等。 

 

　　咪唑、2-甲基咪唑、2-苯基咪唑啉、2-異丙基咪唑，2-丙基咪唑和(hé)少(shǎo)數(shù)含有(yǒu)長鏈取代基團如十一烷基或十七烷基，其主要是作(zuò)為(wèi)反應的促進劑或催化劑而應用，咪唑類固化劑是一類高(gāo)活性固化劑，在中溫下短(duǎn)時(shí)間(jiān)即可(kě)使環氧樹(shù)脂固化，因此其與環氧樹(shù)脂組成的單組分體(tǐ)系貯存期較短(duǎn)，須對其進行(xíng)化學改性，在其分子中引入較大(dà)的取代基形成具有(yǒu)空(kōng)間(jiān)位阻的咪唑類衍生(shēng)物，或與過渡金屬Cu、Ni、Co、Zn等的無機鹽反應生(shēng)成相應的咪唑鹽絡合物，才能成為(wèi)在室溫下具有(yǒu)一定貯存期的潛伏性固化劑。國內(nèi)對咪唑類潛伏性固化劑的研究較少(shǎo)，國外市場(chǎng)則相對較多(duō)。日本第一工業制(zhì)藥株式會(huì)社将各種咪唑與甲苯二異氰酸酯（TDI）、異佛爾酮二異氰酸酯（IPDI）、六次甲基二異氰酸酯（HDI）反應制(zhì)成封閉産物，減弱了咪唑環上(shàng)胺基的活性，有(yǒu)較長使用期，當溫度上(shàng)升到100℃以上(shàng)封閉作(zuò)用解除，咪唑恢複活性固化環氧樹(shù)脂。 

 

　　路易斯酸-胺絡合物是一類有(yǒu)效環氧樹(shù)脂潛伏性固化劑，由BF3、AlCl3、ZnCl2、PF3等路易斯酸與伯胺或仲胺形成絡合物而成。作(zuò)為(wèi)環氧樹(shù)脂的固化劑，這類絡合物常溫下相當穩定，而在120℃時(shí)則快速固化環氧樹(shù)脂，其中研究最多(duō)的是三氟化硼-胺絡合物。 

 

　　微膠囊類環氧樹(shù)脂潛伏性固化劑實際上(shàng)是利用物理(lǐ)方法将室溫雙組分固化劑采用微細的油滴膜包裹，形成微膠囊将固化劑的固化反應活性暫時(shí)封閉起來(lái)，通(tōng)過加熱、加壓等條件使膠囊破裂，釋放出固化劑，從而使環氧樹(shù)脂固化。微膠囊類環氧樹(shù)脂潛伏性固化劑的成膜劑包括纖維素、明(míng)膠、聚乙烯醇、聚酯等，由于制(zhì)備工藝要求嚴格，膠囊膜的厚度對貯存、運輸和(hé)使用會(huì)帶來(lái)不同程度影(yǐng)響。 

 

　　紅外是一種高(gāo)能量高(gāo)密度的輻射加熱技(jì)術(shù)，紅外線按照其波長不同通(tōng)常劃分為(wèi)近紅外線（0.75～2.0μm）、中紅外線（2.0～4.0μm）和(hé)遠紅外線（4.0～1000μm）。近紅外線、中紅外線能使塗膜、被塗物兩者同時(shí)加熱，紅外光固化實際還(hái)是熱固化，是利用紅外産生(shēng)的熱能來(lái)達到固化反應所需的能量。紅外固化的特點是升溫快，同時(shí)能量可(kě)以集中在表面塗層，所以效率高(gāo)。與通(tōng)用的熱風爐比，可(kě)以用低(dī)一些(xiē)的固化溫度達到同樣的固化效果。目前在中纖闆（MDF）的粉末噴塗已成功使用紅外固化。MDF是熱敏基材，加熱速度快，從而解決了基材不易過熱的難題，且基材內(nèi)部強度不受到損失，節省時(shí)間(jiān)和(hé)空(kōng)間(jiān)。 

 

　　紫外光固化粉末塗料（簡稱UV固化粉末塗料）是一項将傳統粉末塗料和(hé)UV固化技(jì)術(shù)相結合的新技(jì)術(shù)，UV固化粉末塗料的光固化機理(lǐ)有(yǒu)自由基引發聚合和(hé)陽離子引發聚合兩種，二者各有(yǒu)其優缺點。自由基引發聚合反應的優點是水(shuǐ)對體(tǐ)系無阻聚作(zuò)用以及固化速度快，缺點是縮皺明(míng)顯和(hé)氧對反應有(yǒu)阻聚作(zuò)用；陽離子引發聚合反應的優點是縮皺輕微和(hé)無氧阻聚現象，缺點是水(shuǐ)對反應有(yǒu)阻聚作(zuò)用、固化時(shí)間(jiān)長及分子量增長緩慢。固态雙酚A環氧樹(shù)脂和(hé)乙烯基醚樹(shù)脂的光聚合可(kě)通(tōng)過陽離子聚合實現，但(dàn)當前多(duō)數(shù)情況下UV粉末塗料的光固化還(hái)是采用自由基聚合，如甲基丙烯酸聚酯體(tǐ)系、不飽和(hé)聚酯、聚氨酯丙烯酸酯體(tǐ)系。UV固化粉末塗料的最大(dà)特征是工藝上(shàng)分為(wèi)兩個(gè)明(míng)顯的階段，塗層在熔融流平階段不會(huì)發生(shēng)樹(shù)脂的早期固化，從而為(wèi)塗層充分流平和(hé)除氣泡提供充足的時(shí)間(jiān)。采用UV固化可(kě)明(míng)顯降低(dī)加熱和(hé)固化過程的溫度（120～140℃），避免了對基材的過分加熱，開(kāi)辟粉末塗料更廣闊的應用領域如木材、塑料、紙張、熱敏合金和(hé)含有(yǒu)熱敏零件的金屬元件等方面。但(dàn)UV光固化粉末塗料的品種有(yǒu)限，是因為(wèi)： 

 

　　·顔料中有(yǒu)部分有(yǒu)機顔料不耐UV光的直接照射，或者有(yǒu)不透明(míng)的着色顔料吸收UV光的特性，使塗膜固化不良； 

 

　　·塗膜的深層不易固化，如被塗物的形狀結構複雜，不能被UV光直接照射部分以至與照射不均勻。 

 

　　不飽和(hé)樹(shù)脂熱固化粉末塗料一般由不飽和(hé)樹(shù)脂、熱引發劑、流平劑、填料及顔料等成分組成。這種不飽和(hé)樹(shù)脂的固化機理(lǐ)是在加熱熔融狀态時(shí)熱引發劑分解産生(shēng)自由基，自由基合過程中，增長鏈自由基從其他分子上(shàng)奪取一個(gè)原子而終止成為(wèi)穩定大(dà)分子，并使失去原子的分子又成為(wèi)一個(gè)新自由基，再引發不飽和(hé)雙鍵繼續新的鏈增長，使聚合反應繼續下去，樹(shù)脂在自由基作(zuò)用下進行(xíng)自交聯固化反應。樹(shù)脂中活性雙鍵密度、熱引發劑分解溫度及用量對粉末塗料的制(zhì)備及性能均有(yǒu)重要影(yǐng)響，是粉末配方設計(jì)的基礎和(hé)關鍵。 

 

　　噴霧幹燥法粉末塗料是将粉末塗料漿料經霧化以後，與熱空(kōng)氣接觸使水(shuǐ)分迅速汽化，得(de)到霧化均勻且霧滴大(dà)小(xiǎo)分布均勻的粉末塗料。由Ferro公司開(kāi)發的超臨界流體(tǐ)法VAMP（Vedoc Advanced Manufacturing Process）的原理(lǐ)是将粉末塗料的各種成份加到混合葉片的高(gāo)壓反應釜中，在釜中充二氧化碳至臨界狀态，超臨界态二氧化碳使塗料的各種成份流體(tǐ)化并混合至均勻狀态，然後經噴嘴噴霧成所要求粒度的産品，該工藝優點是不經熔融擠出混合步驟，防止膠化，擴大(dà)應用範圍，可(kě)以使用過去難以使用的原材料。 

 

　　助劑在粉末塗料配方中用量很(hěn)小(xiǎo)，但(dàn)其作(zuò)用卻是不可(kě)忽視(shì)，常用的助劑有(yǒu)流平劑、脫氣劑、消光劑、蠟粉、邊角覆蓋改性劑等。這些(xiē)助劑通(tōng)常須穩定存留在粉末塗料中才能發揮其應有(yǒu)的功能，因此使用的助劑要與環氧、聚酯、丙烯酸等樹(shù)脂有(yǒu)良好的相容性。 

 

　　在制(zhì)備低(dī)溫固化粉末塗料時(shí)流平劑的主要作(zuò)用是降低(dī)粉末塗料的熔融表面張力，使塗料在固化成膜前迅速得(de)以流平，避免橘皮和(hé)縮孔等表面缺陷的産生(shēng)，因此為(wèi)使少(shǎo)量流平劑充分發揮作(zuò)用，配方中的流平劑必須充分均勻分散，預先分散到樹(shù)脂載體(tǐ)中的流平劑分散效果更好，更有(yǒu)利于其在低(dī)溫熔融固化過程中發揮作(zuò)用。 

 

　　選用脫氣劑如安息香和(hé)蠟粉目的是減少(shǎo)或消除氣泡，在低(dī)溫固化過程中能迅速将氣泡從塗層中脫出，防止塗層出現如針孔表觀缺陷，合理(lǐ)的脫氣劑篩選非常重要，低(dī)熔點或低(dī)粘度脫氣助劑更有(yǒu)利于氣泡從塗層中脫出。 

 

　　常規消光劑在低(dī)溫固化粉末塗料配方中不起作(zuò)用或消光效果不明(míng)顯，且消光效果穩定性差，消光劑的合理(lǐ)篩選或者能在低(dī)溫下消光的助劑還(hái)需進一步的開(kāi)發研究。