粉末涂料固化体系研究进展□鹿现栋 罗必奎 粉末涂料最早应用于20世纪50年代，具有不含溶剂、环境污染
粉末涂料最早应用于20世纪50年代，具有不含溶剂、环境污染小、节能、储存稳定、运输方便等特点，它与水性涂料、高固体分涂料、光固化涂料等环保涂料一样作为重要涂料品种而迅速发展。粉末涂料按其树脂类型可分为热塑性、热固性粉末涂料两种，目前应用较多的是热固性粉末涂料。我国粉末涂料起步虽然很晚，但发展十分迅速，已经成为继美国、意大利后的第三大粉末涂料生产国。 为了克服传统粉末涂料的某些缺陷，如固化温度过高、释放有毒
为了克服传统粉末涂料的某些缺陷，如固化温度过高、释放有毒物质等，开发粉末涂料的潜在应用领域，许多科学工作者在不同方面做了广泛的研究，并取得了可喜的效果。 一、低温固化体系
一、低温固化体系 大多数粉末涂料的成膜温度在180～200℃之间，有的甚至在
大多数粉末涂料的成膜温度在180～200℃之间，有的甚至在300～350℃范围内。当温度在120～160℃区间内，烘烤时间在20～30min,能固化达到高温固化涂层性能，这一过程称为“低温固化”。与高温固化相比，低温固化更利于粉末涂料在木材、塑料等热敏基材中的应用；由于固化成膜温度每下降10℃，大约节能10%，又节约大量的能源，因此世界各国都在致力于研究发展150℃左右便可固化的低温或室温固化型粉末涂料，目前已成为粉末涂料的重要发展方向之一。 要达到低温固化的目的，目前主要有两种方法：一是加入固化催
要达到低温固化的目的，目前主要有两种方法：一是加入固化催化剂，增大固化体系的活性，降低体系固化温度；二是在树脂/固化剂体系中采用活性更高的官能团，使得粉末涂料在较低温度下便可以发生交联等反应实现低温固化。 通过搭配合理的催化剂可以实现150℃或更低温度固化。常用的
通过搭配合理的催化剂可以实现150℃或更低温度固化。常用的催化剂主要是芳香族锍、锑类阳离子催化剂，咪唑金属络合物催化剂。国内1999年开发了LCA-咪唑固化体系的环氧粉末涂料，其固化条件是120～160℃/30min，与其他5种国内外的环氧粉末涂料相比，LCA-咪唑固化体系更加节能、性能更加优异。 第2种方法就是通过化学改性方法，引进高活性基团如-OH、-COOH
第2种方法就是通过化学改性方法，引进高活性基团如-OH、-COOH等，使树脂在较低温度下发生交联化学反应进行固化。日本东亚公司开发的实用性强的阿龙粉末涂料E203，就可在120℃、20min条件下实现低温固化。 同时研究发现，为达到低温固化的目的，加入过多的催化体系会
同时研究发现，为达到低温固化的目的，加入过多的催化体系会使涂料产生储存稳定性能差、成膜性能不好等问题。针对这种情况出现了辐射固化粉末涂料，能够克服这些缺陷。辐射固化粉末涂料中研究较多的是UV光固化粉末涂料，其重要组分是光敏剂、树脂、助剂等。UV固化粉末涂料具有液体UV固化涂料和粉末涂料二者的优点，可以在数秒内完全固化，并避免了在加热过程中体系粘度增大造成不良性能。 有研究者将潜在催化剂用在阳离子固化粉末涂料中，取得了良好
有研究者将潜在催化剂用在阳离子固化粉末涂料中，取得了良好的效果，但目前还没有工业化。还有研究通过应用（甲基）丙烯酰胺衍生物为交联剂，制备了性能优异的不饱和聚酯光固化粉末涂料。DSM树脂公司也开发了不饱和聚酯粉末涂料，主要是不饱和树脂，以乙烯基氨基甲酸乙酯（vinyl ether urethane）为交联剂、光引发剂。还有研究者用无定形的甲基丙烯酸预聚物与结晶的丙烯酸酯和甲基丙烯酸酯单体共混，形成杂化体系，在光引发条件下，得到了较低的引发体系。利用超支化聚合物作为支撑物，用半结晶形的甲基丙烯酸功能性脂肪族聚酯做固化剂，实验发现在紫外光照射下，80℃便可固化。 目前，国内有关UV粉末涂料的开发，也引起了广泛的关注，但
目前，国内有关UV粉末涂料的开发，也引起了广泛的关注，但现在要解决的重点之一就是具有良好性能的UV光敏剂的开发。北京紫光英力公司通过对光敏剂多年的研究，开发了一系列的UV光敏剂，并依此进行了许多有益的低温固化涂料的探索，受到了人们的关注。 二、低毒/无毒固化体系
二、低毒/无毒固化体系 目前粉末涂料市场中占主导地位的固化剂是TGIC(异氰脲酸三缩
目前粉末涂料市场中占主导地位的固化剂是TGIC(异氰脲酸三缩水甘油酯)，它是低分子量固态化合物，可以大大降低涂料的玻璃化转变温度；因其本身具有3个可反应的活性基团，固化时交联密度高；同时由于含有刚性环，固化后的涂膜硬度高；并且其分子骨架均为饱和键，耐候性能优异，最早应用于制备高耐候性的粉末涂料。但毒性研究表明，TGIC可引起细胞变异，对动物造成遗传伤害，国外将其定为毒性物质。 因此，人们开展了取代TGIC的研究，20世纪80年代，罗门哈
因此，人们开展了取代TGIC的研究，20世纪80年代，罗门哈斯公司开发了名为Primid的羧烷基酰胺交联剂。它的固化机理是酯化反应，即交联剂的氨基与胶粘剂的羧基反应。但是该固化体系在固化反应时有副产物水产生，使其在粉末涂料中的应用受到限制，另外由于氨基的存在也使得耐热性及耐候性等不如TGIC，不过从毒性的角度考虑它是安全无毒的，并且可实现150℃/25～30min的低温固化。 美国氰胺公司开发出了能替代TGIC的低毒/无毒固化剂
美国氰胺公司开发出了能替代TGIC的低毒/无毒固化剂Powderlink 1174,据该公司报道，Powderlink 1174是由甘脲经甲氧基固化后制备的。其固化机理是在磺酸类催化剂存在下发生酯交换，不过会生成甲醇副产物，对涂层有不良影响，但该固化体系的流动性、光洁度都比TGIC要好，并且无毒性。 近来，Shell公司开发了带有环氧官能团的聚酯，以脂肪族二羧
近来，Shell公司开发了带有环氧官能团的聚酯，以脂肪族二羧酸或带有羧基官能团的聚酯作为固化剂，合成丙烯酸树脂，其固化剂相对TGIC毒性是低毒的。Ciba 公司也开发了多种由多官能团羧基酯制备的替代TGIC的交联剂，如Araldite PT910,该交联剂毒性相对TGIC较低，但在加工性能等方面还有待进一步改善。 20世纪70年代，粉末涂料的操作是干粉之间的混合，使人们在
20世纪70年代，粉末涂料的操作是干粉之间的混合，使人们在固化剂等领域的研究集中在固体固化剂的选择上。90年代，Van de Werff等人开发了粉末涂料用的液体固化剂，拓展了研究领域。 1996年荷兰的DSM公司推出了新型的固化剂Uranox，该固化体
1996年荷兰的DSM公司推出了新型的固化剂Uranox，该固化体系含有羧基聚酯和液态环氧乙烷类固化剂、催化剂等成分，使用时只需和填料等混合挤出即可。Uranox基料体系符合有关安全、健康法规，不产生TGIC那样的毒性。不过固化体系的稳定储存性不好，需要进一步的研究开发。 杂化体系的开发实现了低毒/无毒固化，并结合杂化两种树脂的
杂化体系的开发实现了低毒/无毒固化，并结合杂化两种树脂的优异性能，为粉末涂料开拓了良好的发展空间。有研究者利用羧基聚酯与GMA-丙烯酸组成杂化体系，加入固化助剂异氰酸酯的二聚体，在IPA高含量下，可以制备出机械性能优异的粉末涂料。Eric D等人用环氧基丙烯酸酯聚合物与羧基聚酯树脂一起混合，形成杂化粉末涂料，通过与聚酯/TGIC体系比较，杂化体系具有优异性能。其他有关杂化粉末涂料体系有Tetsuro报道的丙烯酸/聚酯体系和Hirofumi研究的低温固化环氧/聚酯杂化体系。 总之，随着研究的深入，粉末涂料呈现良好的发展前景。目前重
总之，随着研究的深入，粉末涂料呈现良好的发展前景。目前重点是开发适合UV固化粉末涂料的引发体系，杂化体系的开发将为粉末涂料的开发提供强有力的支持。但也应当认识到，我国粉末涂料仍以TGIC等固化体系为主，为了进一步使粉末涂料向健康、环保、节能方向发展，需要进一步加强有关低温固化、无毒/低毒的树脂、固化剂等方面的研究。