文 / 解晓雷 潘高建 李景红 韩润志 王春旺 ( 立邦涂料(天津)有限公司 )

摘要：粉末涂料快速/低温固化树脂日趋成熟，但实际研究与应用均集中在高光产品。对于建材体系全系列覆盖不足，通过对不同光泽与纹理效果对建材用粉末涂料进行研究，得出工艺稳定可满足行业需求的快速固化粉末涂料产品。并通过第三方与线上验证得出涂层性能符合行业需求的结论。快速/低温固化树脂的成熟有助于提升建材涂装效率，为建材行业产能提升带来可能性。

0.引言

我国粉末涂料市场在近几年“绿色涂料”的影响下保持快速增长，其中建材行业多年里来持续成为粉末涂料应用最大领域。2017—2019年粉末涂料在建材行业中的应用量在行业占比分别为31.6%、29.4%、30.7%。但铝型材市场集群化发展日益增强，且市场产品同质化严重，市场对工艺创新、产品创新的需求提高。

低温固化型粉末涂料作为建材行业控制产品成本的一种选择在近年得到更多关注。不同聚酯厂商也相继推出建材级低温固化产品。但实际现有各大厂商立式线工艺较为成熟，燃料节约所带来的经济效果远不如生产效率提升所带来的工艺成本下降与产能提升所带来的效益。所以快速固化将成为工艺改革突破口。

1. 背景

1.1 实验原材料
快速固化/低温固化受工艺限制，聚酯树脂存在着低温固化与其室温贮存稳定性及其制粉过程化学稳定性的矛盾。聚酯厂商通过降低固化反应活化能、提高树脂基体低温流动性及防止制备过程中的预固化等手段进行改善，实现快速固化/低温固化粉末涂料在配方设计、专用树脂设计的进展、固化促进剂微胶囊化以及超临界流体技术在快速/低温固化粉末涂料中的应用。但目前市场上的此类研究多数仅针对高光平面体系，其他体系很少涉及。主要因素为开发阶段更针对标准要求而非市场应用。在建材市场粉末涂料应用主要分为高光、平光、消光、砂纹与金属粉五大类。根据立邦粉末销售额统计上述五类产品在建材产品中占比如表1所示。

表1显示，砂纹产品与平光产品占建材行业的绝大多数(其中，金属粉90%以上为平光、消光、砂纹产品)，纹理与消光体系稳定性是涂料应用的主要关注点。而此方面快速固化/低温固化产品存在设计缺陷，在改善后的稳定性需要进一步验证。同时，工艺方面目前市场上固化炉使用主要能源为燃气，此类固化率存在炉温波动较大问题，加之工人操作影响，固化温度与时长的稳定性均存在波动风险。所以固化工艺温度与烘烤时间波动对产品性能影响是此类产品能够实际应用的核心指标。

2.快速固化产品体系建立与验证

2.1 高光、砂纹快速固化产品设计与验证

使用快速固化聚酯制备高光、砂纹体系涂层配方如表2所示，在不同固化条件下光泽稳定性对比如表3所示。从测试数据可看出，使用快速固化聚酯进行高光/砂纹聚酯的制备，在不同条件下固化所得涂层稳定性良好，光泽波动小于5%。但在高光体系中过低的固化温度会使涂层表面有起霜现象的发生。

2.2 平光、消光快速固化产品设计与验证

2.2.1 涂层消光机理

粉末涂料涂层消光一般分为物理消光与化学消光。物理消光一般是通过无机填料填充破坏涂膜光泽，微观上形成涂层表面的凹凸不平最终达到消光效果。另外使用一些硬脂酸盐、蜡和金属盐复合物等方案也可达到相类似效果。通过加入无机填料导致涂层表面外观不平整达到

消光的方法，由于填料密度较大容易被树脂层覆盖，导致消光效果不良，此类消光手段多数无法得到70以下光泽。化学消光经常使用消光剂与聚酯、TGIC进行反应达到消光目的或采取双组分混合进行消光。主要通过不同反应速度的两组或多组反应导致涂层表面外观不平整，最终得到相关涂层；由于多组反应同时进行，会使涂层表面存在流平不好、针孔等缺陷，所以消光剂多数使用蜡基提高分散与互溶以改善涂层表面效果，而蜡在高温下形成的蒸气在工件出炉后再次冷却会形成烟雾效果。

2.2.2 快速固化消光体系设计与验证

在快速固化体系中对现有三种消光手段进行选择，从消光机理分析可能存在的异常如下。

(1) 物理消光：快速固化体系在固化过程中反应活性的提升使得树脂更容易分布在涂层表面，使得大粒径物理填料无法有效作用于涂层表面完成消光，所得光泽基本在80以上。

(2) 消光剂消光：多组分不同速度反应，当快速固化体系中慢反应组分无法得到充分固化时，会导致涂层整体光泽偏高，且当固化时间出现波动时涂层光泽变化很大，当涂装线上出现临时波动时无法保证产品稳定性。

(3) 双组分消光：慢组分固化不充分，涂层性能有明显下降，涂层光泽整体偏高，光泽稳定性无法满足需求。针对以上三类消光体系配方设计如表4所示，其对应不同固化条件光泽稳定性对比如表5所示。

通过数据可以看出，物理消光与分析结论一致：较难得到80以下光泽。其他体系在相同200 ℃下不同的固化时长对体系消光光泽影响不大，但不同的固化温度对光泽影响最大差异超过10%。

2.2.3 改性物理消光剂

使用硬脂酸锌与聚乙烯蜡对消光填料进行包覆，得到一种新型改性物理消光剂。该消光填料在提高无机填料在聚酯树脂中的互溶性的同时，使改性填料在聚酯树脂固化过程中能够更大比例地分布在涂层表面，并达到需要的消光效果。而相对化学消光，在固化温度与固化时间出现波动的情况下，物理消光具有更好的稳定性。同时，也不会对涂层物理性能造成影响。

使用改性物料消光剂所制备快速固化对比配方如表6所示，其对应不同固化条件光泽稳定性对比如表7所示。使用改性物理消光剂后，所得涂层依旧是对温度差异更为敏感，但波动范围小于10%，符合标准GB/T 5237.4—2017中建材行业对粉末涂层的要求。该消光体系可以实现快速固化产品的应用。

2.2.4 快速固化体系涂层性能验证

根据已得到高光、平光、消光、砂纹体系配方制备涂层，使用底材为0.5 mm铝板，涂层厚度为60~80 μm，固化条件为6 min@200 ℃。最终涂层性能如表8所示。

3.快速固化产品工艺推广

根据实验所得快速固化体系，在山东某铝业集团进行型材工件测试。选择白色RAL9016颜色，70~75光泽产品进行线上试线。工件前处理方式为：水洗→预脱脂→脱脂→水 洗→表调→铬化覆膜→纯水洗。

固化炉为间接加热，是燃气烘道卧式自动线。喷枪采用金马静电喷枪，自动往复式喷涂，喷枪为双向各8把，自动涂装后外加一把手动喷枪补喷。静电喷枪设置为喷枪电压50~70 kV，喷枪电流30~45 μA，喷枪气压0.45 MPa，出粉量50 g/min。炉温设定温度215℃；炉温显示温度209 ℃；线速设置：1 m/min，2.5 m/min，4 m/min。在以上三组线速下测试炉温曲线如图1~3所示。

在此三组线速下生产出的型材涂层性能测试如表9所示。

使用立式线所得涂层效果与卧式线相仿，立式线使用常规10 min@200 ℃产品时线速为2.5 m/min，但线速最快仅能达到5 m/min，且往复式喷枪无法满足工件完全遮盖。同时，高线速情况下线上无法有效完成工件涂装后下件工序，会造成下件与打包工序积压。虽然工件在炉内时间由48min缩减至22 min，但因涂装线上实际问题导致线体改造前无法施工，所以无法得出立式线测试数据。

3.结语

通过对配方的调整，快速固化产品在高光、平光、消光、砂纹等各体系均能满足建材行业性能与工艺稳定性需求。200 ℃温度环境固化时间可由10 min降低至6 min甚至更短。有效提升型材涂装效率，涂装效率可提升1倍以上。但具体市场推广仍需喷枪与涂装生产线设计商配合，对涂装时效性、工件挂线与下线辅助进行调整，以满足实际施工条件。

来源： 粉末涂料与涂装2021年第6期