热固性粉末涂料：热固性粉末涂料的生产原料与
日期: 2021-01-11
热固性粉末涂料是由反应性成膜混合物（树脂和交联剂）与颜料、填料、流平剂、抗静电剂（分散剂）和适当的促进剂，于反应温度下，在挤出机中混合、挤出、冷却、粉碎、制粉并筛分而得到的＜100μｍ的粉末颗粒。热固性粉末涂料所采用的树脂为聚合度较低的预聚物，分子量较低，所以，涂层的流平性较好，具有较好的装饰性，并且低分子量的预聚物固化后，能形成网状交联的大分子，因而涂层具有较好的防腐蚀性和机械性能。
2014年，全球热固性粉末涂料的销售额超过80亿美元。2014年中国热固性粉末涂料品种和所占比例见表1.1树脂与固化剂
热固性粉末涂料广泛应用的树脂有环氧树脂、聚酯树脂和丙烯酸树脂，不同的树脂配合使用不同的固化剂。
1.1 环氧树脂与固化剂
环氧树脂是指含有２个或２个以上环氧基的脂肪族、脂环族或芳香族为主链的高分子预聚体，典型的是双酚Ａ型环氧树脂。环氧树脂具有良好的柔韧性、耐化学药品性、防腐蚀性和附着力。热固性粉末涂料用的双酚Ａ型环氧树脂分子量一般在1400～2200，聚合度为４左右，平均环氧值0.12，即所谓４型固态树脂，或E－12，软化点88～98℃。常用的固化剂有双氰胺、咪唑、酸酐和二酰肼等。
1.2 聚酯树脂与固化剂
热固性粉末涂料常用的聚酯树脂有带羧基的聚酯树脂和带羟基的聚酯树脂。与环氧树脂相比，聚酯树脂具有良好的耐候性，其中带羧基的聚酯树脂比带羟基的聚酯树脂的耐候性更好，但价格也相应较高。带羧基的聚酯树脂一般用异氰尿酸三缩水甘油酯（TGIC）和羟烷基酰胺（HAA）作为固化剂，带羟基的聚酯树脂（如聚氨酯）一般用异佛尔酮二异氰酸酯（IPDI）或１,３－二氮杂环丁烷－２,４－二酮（又称脲二酮）作为固化剂。
TGIC因毒性问题被禁限用，其中在西欧大多数国家已经实现了HAA对TGIC的全替代，1994年HAA在国内实现产业化，TGIC和HAA在中国都有使用。与TGIC相比，HAA有价格优势，但在性能上存在一定的缺陷，比如易黄变，厚涂容易出现针孔，潮湿天气容易掉粉等。
近年来，作为IPDI的替代品，脲二酮的用量也在增长。脲二酮的固化过程中能释放出异氰酸酯实现交联作用，但不会释放挥发性有机物。
1.3 聚酯／环氧树脂
聚酯／环氧树脂能通过改变二者的配比，获得比纯环氧树脂粉末涂料和纯聚酯树脂粉末涂料经济性更优的产品。环氧树脂和带羧基的聚酯树脂共用时可以不用固化剂，仅通过两种树脂间的相互反应实现交联。50％环氧树脂和50％聚酯树脂的粉末涂料适用于电器和大型家电；60％ 聚酯树脂和40％环氧树脂适用于工业领域；70％聚酯树脂和30％环氧树脂以及80％聚酯树脂和20％环氧树脂适用于防腐蚀和装饰性要求较低的家具和普通工业设施。
1.4 其他树脂
以甲基丙烯酸缩水甘油酯功能化改性的丙烯酸树脂也用做热固性粉末涂料树脂，其使用的固化剂是月桂酸、酸酐等。丙烯酸树脂具有色浅、耐光、保光、保色及耐沾污等方面的优良性能，用其制得的漆膜光泽度高，有较好的装饰性，是户外用高装饰粉末涂料用树脂的首选品种之一。有机硅／聚酯树脂用于厨房的耐高温用具，含氟聚合物具有优异的耐候性和耐久性，已经用于建筑行业，但应用还不广泛。此外，聚醚醚酮树脂粉末涂料能耐260℃以上的高温。
2流平剂
流平剂的作用是改善涂膜外观，消除橘皮、缩孔、针孔、缩边等表面缺陷，作用机理是通过降低或改变表面张力、界面张力，以及促使固化过程中表面张力的均匀化来消除涂膜表面的缺陷，常用的流平剂有丙烯酸酯均聚物和共聚物，改性聚硅氧烷。
氢化蓖麻油和环氧大豆油用于热固性粉末涂料，消除橘皮的效果较好，但会引起缩孔；醋酸丁酸纤维素的抗橘皮及消除缩孔效果都较好，但成本较高，且有黄变倾向；聚丙烯酸酯具有较好的综合效果，也有成本优势，是应用广泛的流平剂。
聚丙烯酸酯流平剂在不同类型的热固性粉末涂料中的用量稍有差别，如在环氧型热固性粉末涂料中的用量为0.５％～１％，在环氧／聚酯、聚酯型中的用量为0.75％～1.5％，而丙烯酸酯型的为２％左右。
流平剂与基料树脂具有一定的不相容性，在涂膜固化过程中会迅速向涂层表面迁移，影响涂膜光泽度，近年来，新开发了两类功能性流平剂，分别是带有活性官能团的高分子聚合物和脂肪酸酯有机聚合物。
3颜料与填料
颜料和填料赋予热固性粉末涂料色泽、改进涂料的机械化学性能、降低涂料成本。热固性粉末涂料用颜料与填料要求不能与涂料中的其他组分发生化学反应，分散性好（最佳分散粒度为0.2～0.9μｍ），热稳定性好（至少需耐温16０℃以上），耐光和耐候性好，吸油量适中，抗渗色性好。
热固性树脂对颜料与填料的润湿性较好，热固性粉末涂料中，在保证其涂膜平整、光亮和物理机械性能的前提下，颜料与填料可适当多加入一些，其顺序为：聚酯树脂＞环氧树脂＞丙烯酸树脂，如白色高光聚酯粉末涂料的颜料与填料用量可高达40％。
粉末涂料常用的无机颜料有钛白粉、炭黑、氧化铁、铬系颜料、群青等，有机颜料有酞菁蓝BGS、酞菁绿Ｇ、永固黄、联苯胺黄、耐晒黄、分散黄、颜料黄、永固红、耐晒大红、甲苯胺红、永固紫和喹吖啶酮紫等；金属粉颜料有铝粉、铜金粉、珠光颜料；功能颜料有夜光颜料、导电颜料、高温颜料、荧光颜料等。粉末涂料常用的填料有沉淀硫酸钡、轻质碳酸钙、白炭黑、硅灰石和石英粉等。
热固性粉末涂料应用领域十分广泛，主要有家用电器、办公家具、汽车部件、交通设施、电气设备、各种管材、钢筋条、建筑材料和其他（包括玩具、弹簧、自行车和农业机械等），已经应用的主要领域有金属涂装、家用电器、铝材、汽车等，潜在的新应用领域有木器家具、塑料、包装容器和半固化片等。
近年来，中国热固性粉末涂料行业快速发展，占全球热固性粉末涂料市场的比例已经稳定在50％以上，2008～2014年热固性粉末涂料销售额见表２。
“十二五”期间中国热固性粉末涂料的销售量增幅先抑后扬，2011年为9.9％，2012年为4.5％，2013年6.7％，2014年大幅反弹，达到11.2％，2015年也达两位数，为10.4％。目前，国内粉末涂料用树脂及助剂的技术含量不高，未来应对高分子聚酯和环氧进行有目的的分子设计、开发适用于近红外固化的粉末涂料用树脂，开发适用于高透明粉末原料的流平剂和加强高效除气剂等方面研发。
