尹仁、李雪涛 ( 老虎表面技术新材料(苏州)有限公司 )
摘要：本文旨在研究不同催化剂含量及不同环氧当量树脂对环氧-双氰胺这类低温固化粉末品质的影响。得出：不同催化剂含量引起涂膜表面光泽、流平的变化情况，随着催化剂含量增加，涂膜表面光泽随之升高；低环氧当量树脂会提高反应活性和交联密度，增强机械性能。
0.引言
粉末涂料作为一种环保型涂层材料，近年来得到了广泛应用。与传统的液体涂料相比，粉末涂料的环保性更好，因其在涂装过程中不会产生溶剂挥发的VOC(挥发性有机化合物)，减少了对环境的污染[1-2]。随着科技的发展，粉末涂料的应用领域不断拓宽，特别是低温固化粉末涂料在高能效和环保需求的推动下，成为当前研究的重点。目前，低温固化粉末涂料技术已经趋于成熟，并逐步实现商业化应用。各大化工企业和研究机构纷纷推出了低温固化产品线，以应对市场需求。特别是在欧洲和北美等环保法规严格的地区，低温固化粉末涂料因其节能环保的特性，成为涂装行业的首选。
随着粉末涂料多样性的增加，市场需求不再满足于高光泽表面效果，更希望在户内产品上，尤其是家具家电中使用低光泽的产品。目前在家具行业使用最为广泛的材料是中密度纤维板(MDF)，其具有板材结构均匀、密度适中、尺寸稳定性好、形变量小、内部粘结强度大等最优异的性能[3]。随着全球对VOC排放限制日趋严格，粉末涂料凭借接近零的VOC排放有着不错的市场前景。随着低温固化粉末(120~140 ℃)以及IR固化方式的成熟，粉末涂料正在成为MDF板材的主流表面处理方式。在以金属基材为主的户内家电行业中，为了达到节能减排和美术效果的目的，粉末涂料的应用也趋向于低温化、哑光化。
目前户内低温消光主要的制作工艺为在纯环氧体系中加入丙烯酸类物质作消光剂，使光泽达到10以下，然而环氧体系存在黄变、硬度低等诸多问题。而在聚酯/环氧混合体系中，低温固化消光剂产品还处于研制阶段。本文将主要研究在环氧-双氰胺体系下不同影响因素对粉末涂料的表面状态及机械性能的影响。
1.实验部分
本研究通过选用低黏度环氧树脂与特殊固化剂搭配低温消光剂制备户内低温消光平面粉末涂料，并对比了不同催化剂用量下的性能及表面变化情况。
1.1 实验原材料
1.2 实验设备
1.3 主要性能测试方法及标准
2.实验方法
2.1 添加不同含量催化剂的低温哑光平面粉末制备
按照配方设计称量原材料，混合均匀后经过双螺杆挤出机挤出，待冷却压片后采用旋风分级磨高速破碎并筛选出合适规格粒径，从而制备出不同催化剂含量的样粉；铝制待测样板分别通过160 ℃/15 min及130 ℃/15 min烘箱烘烤后得到，MDF样板通过预处理后经红外烤炉130 ℃/3 min烘烤制备。最后通过目视观察表面效果以及色差仪测试不同温度烘烤后的黄变情况。
2.2 不同环氧当量的环氧树脂制备低温哑光平面粉末
换用不同环氧当量树脂设计配方，按比例称量、混合均匀后使用双螺杆挤出机挤出，待冷却压片后采用旋风分级磨高速破碎，通过160 ℃/15 min烘箱烘烤后得到铝制待测样板，观察使用不同树脂后涂膜的表面效果及机械性能的变化情况。
3.实验结果及分析
3.1 不同含量催化剂对涂膜表面的影响
在环氧树脂-双氰胺这种固化体系下，催化剂的用量对最终涂膜表面的光泽及流平效果起到重要作用，本实验探究了不同催化剂用量下，涂膜表面效果的变化情况，配方设计见表4。
测试结果如表4所示，当提高催化剂用量时涂膜光泽会相应升高；在含量＜1%时，提高催化剂含量会显著加快固化体系的反应速度，同时小幅度的升高光泽；继续添加催化剂至1.5%~2.0%后胶化时间减少约10 s，但光泽上升至50~55且表面流平变差；由此推测在环氧-双氰胺固化体系中随着催化剂的添加会降低粉末内的反应时间差，从而导致涂膜光泽上升[4-5]。此外使用130 ℃/15 min烘烤的样板作为色差测试基准与160 ℃/15 min烘烤样板进行对比测试，色差ΔE值为0.28，说明环氧-双氰胺的固化体系黄变程度较低。
3.2 不同环氧当量的环氧树脂制备低温哑光平面粉末
通过第一部分实验确定了催化剂用量后，由于机械性能测试中出现冲击开裂的情况，本实验将选用不同环氧当量的树脂进行测试，对比性能差异。
由表5中数据可以看出，随着低当量环氧树脂B的添加量增加，涂膜的机械性能逐渐提升，胶化时间降低了约半分钟。这是由于环氧当量越低，环氧基团的密度越高，表示树脂分子中的活性环氧基团数量相对较多。因此，低环氧当量的树脂通常具有更高的反应活性，在固化反应中可以形成更高的交联密度，从而提升涂层的硬度、耐化学性和机械性能。
4.结语
本文研究了影响环氧-双氰胺体系粉末涂料性能及表面效果的因素，并对所得数据结果进行研究分析，得到以下结论：
(1) 不同含量的催化剂会影响涂膜表面效果。随着催化剂含量的增加，粉末涂料的固化速度加快，光泽度提升。当催化剂含量超过1.5 %时，光泽大幅上升，同时表面流平性变差。
(2) 经过多次不同配方的测试，粉末在130 ℃和160 ℃不同温度下烘烤的样板色差变化(ΔE)结果均小于0.5，表明环氧-双氰胺固化体系的黄变程度较低。
(3) 环氧树脂种类会极大的影响粉末的性能及涂抹表面效果。低环氧当量的树脂由于其更高的反应活性和交联密度，提升了涂膜的机械性能，尤其是抗冲击性。同时胶化时间缩短，固化效率提高。在树脂选择时要同时考虑粉末表面效果、反应性及储存时间适当进行取舍。
低温固化哑光粉末涂料凭借其节能、环保、耐用和美观的哑光效果，逐渐在多个领域中取得了重要的应用。随着科技的进步，低温固化技术和哑光效果调控的不断完善，未来低温固化哑光粉末涂料将在热敏基材涂装、节能环保制造等方面发挥更大的作用。预计在不久的将来，低温固化哑光粉末涂料将成为推动涂料行业向绿色、可持续发展的重要力量。
参考文献：
[1] Howell D M, Sanders J D. The technology, formulation and application of powder coatings[M]. New Jersey: John Wiley & Sons Inc, 2000.
[2] 南仁植. 粉末涂料与涂装技术[M]. 北京：化学工业出版社,2008.
[3] 史俊,崔进. 一种新型改性双氰胺固化剂的合成及性能研究[J]. 中国胶黏剂. 2006, 15(10): 15-17.
[4] 闫承琳. 中密度纤维板静电粉末喷涂工艺研究[D]. 北京：中国林业科学研究院,2008.[5] 李文渊,曹有名. 双氰胺/环氧粉末涂料的研究[J]. 电镀与装饰. 2014, 33(18), 769-773.
来源：粉末涂料与涂装 2024年第6期
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