一種低溫固化粉末涂料配方研制

摘 """""要：以環氧樹脂E-12作為基料，通過添加低溫固化劑Tc125、填料硫酸鋇、顏料鈦白粉以及其他助劑，采用熔融擠出法制備了一種新型低溫固化的環氧粉末涂料。降低了粉末涂料的固化溫度，使之在熱敏材料或不耐高溫的基材上也可以使用。通過差示掃描量熱法分析了固化劑的用量對粉末涂料固化性能的影響，通過性能測試分析了填料、顏料的用量對粉末涂料耐沖擊、附著力、耐酸堿等性能的影響。制備的低溫固化環氧粉末涂料通過機械性能和化學性能測試，涂層的外觀、附著力、耐沖擊程度及耐酸堿性能都較為良好。通過DSC分析確定了該配方的最佳固化溫度和固化時間。

關 "鍵 "詞：低溫固化；粉末涂料；環氧樹脂；涂層；填料

中圖分類號：TQ637"""""""""""文獻標志碼：A """"文章編號：1004-0935（2025）03-0422-05

粉末涂料是以固體樹脂、顏料、填料、助劑等組成的固體粉末狀合成樹脂涂料，在主要成分上與溶劑型涂料和水溶性涂料差不多，但在生產方法和施工工藝上大相徑庭。粉末涂料一般在制造設備方便使用熔融擠出混合機和空氣分級磨等特殊設備，在施工方面采用靜電噴涂、流化床浸涂等方法^[1-3]。粉末涂料以其省資源、省能源、無公害、效率高、易實現自動化生產優點，近年來備受關注^[4-6]。現在，在粉末涂料中的固化反應一般是高溫固化，固化溫度通常超過180"℃，所以目前應用范圍一般是在能夠耐高溫的金屬面板上。近年來，為了擴大粉末涂料的應用領域，低溫快速固化粉末涂料已成為各單位和科研機構的研究重點，粉末涂料低溫快固化的開發不僅節約了能源，同時降低生產成本，而且能夠擴大適用范圍^[7-10]。

對低溫固化環氧粉末涂料的配方進行設計并優化，對涂層的各項性能進行測試，摸索出最優的生產工藝和配方，實現粉末涂料的低溫固化。

1 "實驗部分

1.1 "實驗原料

環氧樹脂E-12， 濟南凱茵化工科技有限公司；低溫固化劑Tc125、流平劑Tc188、堿性催化劑 Tc001，揚州金添彩新材料科技有限公司；填料硫酸鋇，陜西富化化工有限責任公司；顏料鈦白粉，安徽安納達鈦業股份有限公司。

1.2 "實驗設備

SZA-YY-60雙螺桿擠出機，石家莊浩塑機電設備有限公司；FS-500高速萬能粉碎機，鶴壁天冠儀器儀表有限公司；DSC-20差示掃描量熱儀，南京豐度儀器科技有限公司；CQ-S8靜電噴涂裝置，東莞百諾涂裝設備有限公司；QCJ-50漆膜沖擊器，天津科信偉業設備有限公司；FA1004B電子天平，上海佑科儀器儀表有限公司；101-2B電熱恒溫鼓風機干燥箱，上海佑科學儀器有限公司。

1.3 "低溫固化粉末涂料的制備

采用環氧樹脂 E-12 作為主體樹脂，并通過加入助劑 Tc001、Tc188、低溫固化劑Tc125、填料硫酸鋇以及顏料鈦白粉制備低溫固化粉末涂料^[7]。涂料基礎配方如表1所示。

把已經準備好的E-12、固化劑、促進劑、顏料、填料等按照配方進行稱量，分裝備用。為了使得配方中的各種成分能夠分散均勻，在熔融和擠出之前對其進行一次預混合，然后對其進行熔融和擠出。實驗使用雙螺桿擠壓機，擠出機的溫度設定為：I區90～95"℃，Ⅱ區90～100"℃，Ⅲ區100～105"℃，IV區100～105"℃。螺桿轉速800～1"000"r·min^-1，擠出冷卻后粗粉碎和微細粉碎。在靜電噴涂之前，先將粉末涂料過一遍篩，所用顆粒網篩400目（孔徑38"μm）。實驗中采用靜電噴涂的方式制備粉末涂層，在涂裝之前，先將試片基材清洗干凈，然后用靜電噴槍將粉末涂料均勻地噴涂在基底表面。噴涂完成后迅速放進烘箱，烘箱提前設置好涂料固化所需的溫度，待試片固化后取出，放在室內通風干燥處自然冷卻到室溫。

1.4""樣品分析

1.4.1 "差示掃描量熱分析

對粉末涂料樣品進行DSC分析，初始溫度設置為室溫25"℃，終止溫度為500"℃。利用氮氣作為保護氣，整個測試過程中氣體的流速穩定在 """50.0"mL·min^-1，粉末樣品分別在升溫速率10、13、15、20"℃·min^-1下進行測試。

1.4.2""熱重分析

采用TGAQ500型分析儀進行熱重分析。將樣品4～10"mg置于鉑制樣品盤中，在N₂氣氛中從25"℃加熱到550"℃，加熱速率為10"℃·min^-1。

1.5""性能測試

按表2對涂層的各項性能進行檢測。

2""結果與討論

2.1""基礎配方的固化性能

對不同固化劑用量（配方1、配方2、配方3）的粉末涂料進行差示掃描量熱（DSC）測試，結果如圖1所示。配方 1中固化劑質量分數為10%，配方2中固化劑質量分數為18%，配方3中固化劑質量分數為25%。由圖1可以看出，配方1曲線峰值較高且覆蓋面積大于配方2、配方3曲線。

考察了DSC 放熱峰曲線積分所測得的反應熱與固化劑的關系，結果如圖 2 所示。由圖 2 可以看出，隨固化劑質量分數的增加，固化反應熱呈下降趨勢，并且在固化劑質量分數為10%時曲線已趨于平緩，表示當增加固化劑用量，反應速率過于快速，交聯速度過快，其反應不完全。而在實際操作過程中，當固化劑用量過少時，混合后的物料會過于黏稠，無法通過雙螺桿擠出機正常擠出。綜上所述，當固化劑質量分數為10%時固化反應熱最高，反應交聯完全。所以，取10%的固化劑質量分數為最優配方。

2.2""涂層外觀

由制備好的成品粉末涂料通過靜電噴涂裝置將粉末均勻噴涂在事先準備好的鋁試片上，后經加熱固化形成粉末涂料涂層，如圖3所示，圖中從左到右依次為配方 1、配方2、配方3 的涂層。由圖3可以看出，配方 1顏色最淺，光澤較為明亮，表面無針孔，較為光滑平整。

2.3""涂料配方優化

2.3.1""配方優化實驗

對固化劑質量分數為10%的配方1進一步優化，現添加對照實驗。設計4種與配方1的對照配方，如表2所示。

2.3.2""涂層性能測試

2.3.2.1 "耐酸性能測試

耐酸性測試結果如圖 4所示，2號燒杯為較好的配方1，仔細觀察可見與濃酸接觸部分無粉化變色現象且不產生氣泡，而其他2個燒杯中的試片均有輕微的粉化變色現象，這說明配方1的耐酸性能相對較好。

2.3.2.2""耐堿性能測試

耐堿性能測試結果如圖5所示，2號燒杯為配方1涂層，可見配方1相對其他配方產生氣泡較少，說明配方1在遇到強堿溶液時較為穩定，即耐堿性能較好。

2.3.2.3""附著力測試

1號和2號涂層附著力測試結果如圖 6所示，左側均為膠帶粘貼前的涂層狀態，右側為粘貼后的涂層狀態。由圖6可以看出，1 號涂層（配方7）在經過膠帶粘貼后劃格邊緣處有2格輕微脫落，而2號涂層（配方1）相對完好，通過上述情況說明配方1的附著力相對較好。

2.3.2.4""耐沖擊測試

配方5和配方1耐沖擊測試結果如圖7所示。由圖7可以看出，配方5涂層反沖測試后突起部分有明顯的脫落現象，說明其耐沖擊性能較差。配方1涂層，經過耐沖擊測試中的正沖和反沖，突起凹陷部分均依舊光滑完整，這證明配方1涂層的耐沖擊性能相對較好。

2.3.2.5""耐水煮測試

配方6和配方1點滴法測親水性結果如圖8所示。由圖8可以看出，配方6在沸水煮過后對涂層表面進行點滴水珠測試，可見涂層表面有大量水珠聚集在一起，這說明此涂層在水煮后失去了親水性，固化不完全。配方1在沸水煮過后的點滴測試中，清晰可見水珠擴散，說明此配方涂層耐水煮性能好。

2.3.2.6""測試結果匯總

為了便于直觀地分析出最優配方的性能與對照配方性能的區別，對測試結果進行匯總，結果如表3所示。由表3可以看出，相對于其他4種配方，配方1的性能較好，所以最佳配方為配方1。

2.4""最佳配方的工藝參數確定

不同升溫速率下的粉末涂料DSC曲線如圖9所示，不同升溫速率 DSC 參數如表4所示。

由圖9和表4可以看出，使升溫速率從 6 ℃·min^-1逐漸升高到 8、10、15、20 ℃·min^-1， 固化體系的最高溫度T_p也隨之升高，此時可以得出最高溫度T_p正在向高溫方向移動。由此分析得知，峰值處的熱流密度也隨著升溫速率的增加在逐漸增大，這樣可以確定涂料固化速率在增加^[11]。

升溫速率的變化影響著粉末涂料的固化進程，分析DSC測出的數據，通過升溫速率P對T_p作圖并進行線性擬合，結果如圖10所示。由圖10可以看出，圖形符合一次函數規律，利用外推法當P為 0 時從圖10可以得出粉末涂料的理論固化溫度為146.1 ℃。

圖10 "升溫速率對固化溫度的影響

對固化劑質量分數為10%的配方進行恒溫 DSC分析，結果如圖11所示。

由圖11可以看出，隨著時間的變化，熱流率不斷上升，最終穩定，固化速度隨時間降低，熱流密度逐漸下降。其原因是隨著反應的進行，粉末涂料的固化度升高，未固化基團數量在不斷減少，基本固化完全時間為35 min。由此得出，最好的固化條件是恒溫固化146 ℃，固化時間為35 min。

3""結 論

以環氧樹脂E-12、低溫固化促進劑Tc125、顏料鈦白粉、填料硫酸鋇、助劑等研制了一種新型低溫固化環氧粉末涂料。對不同配方粉末涂料進行一系列機械性能與化學耐腐蝕性能的測試對比，實驗得出最優粉末涂料配方為環氧樹脂質量分數為60%，固化劑質量分數為10%，顏料鈦白粉質量分數為16%，填料硫酸鋇質量分數為10.4%，堿性催化劑質量分數為1.1%，流平劑質量分數為2.5%。通過差示掃描量熱DSC分析，得出該配方制備的粉末涂料的最佳工藝條件為：固化溫度146 ℃，最佳固化時間為35 min。該配方有效降低了涂層固化溫度，使涂膜的固化溫度由傳統的180～200"℃下降到146"℃，實現了低溫固化，節約能源，并提高了生產效率。

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Development of a Low Temperature Curing Powder Coating Formula

NIU Yitong， WANG Liliang， DUAN Xiumei， LI Caihua

（Yingkou institute of Technology， Yingkou Liaoning 115014， China）

Abstract："A new low temperature curing epoxy powder coating was prepared by melt extrusion with epoxy resin E-12 as base material， adding low temperature curing agent TC125， filler barium sulfate， pigment titanium dioxide and other additives. The curing temperature of powder coating was"reduced， so that it could"also be used on thermal sensitive materials or high temperature resistant substrates. The effect of the amount of curing agent on the curing performance of powder coating was analyzed by differential scanning calorimetry. The effects of the amount of filler and pigment on the impact resistance， adhesion， acid and alkali resistance of powder coating were analyzed by performance test. The prepared low-temperature curing epoxy powder coating had"passed the mechanical and chemical properties test， and the appearance， adhesion， impact resistance and acid-base resistance of the coating were"relatively good. The optimum curing temperature and time of the formula were determined by DSC analysis.

Key words："Low temperature curing; Powder coating; Epoxy resin; Coating; Filler