粉末涂料在过去几年里持续增长。其成功是基于其众所周知的特点，如光洁度高、使用方便、节能、生态和经济。粉末涂料固化温度取决于所使用的粉末涂料体系。表1列出了几种粉末涂料体系和固化温度的概述

治愈时间在10到30分钟之间。降低粉末涂料固化温度和时间的过程仍在继续，这是由能源和经济方面的利益驱动的。此外，还有机会将粉末涂料的应用扩展到基材，如木材、中密度纤维板、塑料和线圈。其他固化技术如NIR3或UV4也可以降低粉末涂料的固化温度或时间。本文的重点是粉末涂料的热(常规)固化。

粉末涂料的固化受到至少六个因素的影响，即:树脂、交联剂、催化剂、固化窗口、制造方法和配方。可以在图1中找到描述这些因素的概述。在检查了各因素对固化窗口和涂层性能的影响后，各因素的最佳平衡应产生最佳(最好是最低)固化窗口。

本文研究了影响50/50聚酯/环氧复合粉末涂料固化窗口的一些因素。考察了催化剂、环氧树脂、填料和树脂结构对其性能的影响。反向冲击被用来衡量是否有足够的网络形成。为了确定达到充分冲击的确切温度，铝板在渐变烘箱中固化，使用不同的固化时间，具有线性温度梯度。在文献中，我们知道玻璃化转变温度(Tg)也可以用来衡量网络的形成随着交联反应的进行，涂层Tg平稳增加。在这项研究中使用了Tg的增加，并与涂层反向影响的结果进行了比较。在此基础上，提出了一种用于聚酯/环氧(70/30)复合粉末涂料的新型聚酯树脂。

实验的细节

在第一个实验中，使用了四种不同浓度的催化剂(在聚酯树脂上的摩尔%，见表2)来研究它们在不同固化窗口对反向冲击的影响。

在梯度炉中(线性梯度在100到200℃之间)，涂层厚度在50 μ m到70 μ m之间，固化时间为10到30分钟，在梯度板(AlMg)上测量反向冲击(160 ip)。用差示扫描量热法(DSC)研究了固化行为。在加热速率为5℃/min的条件下，用8-10 mg样品测定未固化粉末和固化涂层的玻璃化转变温度。得到的涂层Tg是粉末在DSC中热固化的结果。测定Tg的误差为1°C。

在第二系列实验中，研究了五种不同类型环氧树脂的效果。这些测试使用0.0038摩尔%浓度的催化剂1进行，如表2所示。结果将讨论对梯度烘箱面板和DSC测量的反向影响。

在第三系列实验中讨论了填料和催化剂对梯度烘箱面板反向冲击和DSC结果的影响。使用表2中的配方3，并在配方中额外添加15%的BaSO4。

在第四个系列实验中，讨论了聚酯结构对梯度烘箱面板的反向影响。这些涂层使用配方3和催化剂1在0.0038摩尔%的浓度下进行测试。

所有粉末都在一个16毫米的挤出机上挤出，110°C，最小扭矩为80%，并在90µm以上进行研磨和筛分。

催化剂的影响
反向冲击和治愈窗口

催化剂是影响聚酯与环氧树脂反应速率的重要因素之一。它降低了反应的活化能，从而降低了固化温度，提高了固化速度。在图2中，催化剂种类和浓度对固化窗口与梯度烘箱固化结果的关系为10分钟固化时间。不同催化剂类型和浓度有明显差异。催化剂1在降低达到完全反向冲击的固化温度方面是最有效的。其他两种催化剂的结果是相当的，在较高的浓度下，固化温度的下降似乎趋于平稳。30分钟固化周期的结果如图3所示。同样，催化剂1是最有效的。在低浓度下，所有的催化剂都有类似的结果。在较高浓度下，催化剂1和催化剂2的效果非常接近，而催化剂3显然需要较高的固化温度才能达到完全的反向影响。 It can be concluded that Catalyst 1 is the most effective for curing the powder coating.

涂层Tg

涂层Tg随着交联反应的进行而增加。研究了不同催化剂浓度和类型对涂层Tg的影响。图4显示了最有效的催化剂1在10分钟内固化的结果。

结果表明，催化剂浓度和固化温度对涂层Tg的生成有一定的影响。催化剂浓度越高，Tg生成越快，即网络形成越快。涂层的Tg平滑地积聚到最大水平，并且这个最大水平不受催化剂浓度的影响。在这种情况下，最高玻璃化转变温度为83°C。这在早期发现的结果范围内，混合粉末涂料在200℃下固化15分钟后，发现涂层Tg为80℃至88℃催化剂1的最有效浓度为0.0038摩尔%。将催化剂1的量增加到这个浓度以上几乎不会导致反应活性的增加。与图2所示的反向冲击结果相比，涂层Tg积聚的增加更加详细。

图5显示了催化剂1在30分钟固化时间下涂层Tg建立的结果。这些结果表明催化剂浓度和温度对反应的依赖性相同。与10分钟的固化时间相比，Tg的积聚开始得更早，从而降低了固化温度以达到相同的Tg。曲线图移至约20°C以下的固化温度。涂层的最终Tg水平与10分钟固化时间相当。同样，0.038摩尔%的催化剂浓度是最有效的。

还测定了催化剂2和3的Tg含量。固化时间为10分钟时的结果分别见图6和图7。对比催化剂2和催化剂1(图4)可以看出，催化剂2的玻璃化转变过程略慢。催化剂2和催化剂3之间的差异很小，只有催化剂3的Tg开始积聚略慢。两种催化剂达到最大Tg的速度都相当慢，即网络形成的速度。三种催化剂均达到了相同的最终涂层Tg水平。

30分钟的固化时间(未显示)发现相同的趋势。Tg建立结果再次证实催化剂1是最有效的网络形成催化剂。与反向冲击结果相比，DSC建立的涂层Tg结果提供了更详细的固化进展信息。

逆冲击结果与涂层Tg的比较

相反的影响与网络的建立有关。足够的网络形成将导致充分的反向影响。涂层Tg的增加也与网络的形成有关。为了达到完全的反向冲击，必须达到一定数量的Tg积聚。确定了达到完全反向冲击瞬间涂层Tg是否与催化剂浓度和类型有关。得到的值称为δ涂层Tg，由在梯度烘箱面板上达到完全反向冲击时Tg的增加(涂层Tg减去粉末Tg)确定。Catalyst 1的计算结果显示在图8中。

结果表明，δ玻璃化转变温度为21±2℃。催化剂浓度与固化时间无相关性。

图9和图10中催化剂2和3的结果表明，在较低浓度下，10分钟固化时间的δ玻璃化转变温度略低于20和30分钟。在较高浓度的催化剂2和3下，没有观察到任何趋势。

对比图8 - 10中的三种催化剂，可以发现δ涂层Tg没有随催化剂种类/浓度和固化时间的变化趋势。

环氧树脂效应
反向冲击和治愈窗口

研究了5种不同环氧树脂的使用效果。从图11的结果来看，环氧树脂4的性能很差，在200°C固化温度下没有发现反向影响。与其他三种环氧树脂相比，环氧树脂1的固化温度略低，但差异不大。结果表明，环氧树脂1的固化温度最低，达到完全反向冲击效果最好。

涂层Tg

图12中不同环氧树脂在10分钟固化时间内涂层Tg的建立再次表明环氧树脂4的表现与其他环氧树脂非常不同。造成这种现象的原因之一可能是粉末的Tg较低。因此，将10分钟固化时间的结果与delta涂层Tg(涂层Tg减去粉末Tg)进行了比较。从10分钟固化时间的结果可以得出结论，所有环氧树脂具有相同的涂层玻璃转变的建立(图13)。环氧树脂4在反向冲击中失败可能与形成的网络结构有关，很可能不是由于反应性不足或涂层Tg积聚造成的。图14中30分钟固化时间的结果表明，环氧树脂4具有涂层Tg的积累，即使在较高的固化温度下也会继续。这说明涂层Tg还没有达到最大值，反应还没有完成。这可能是该环氧树脂反向冲击效果不足的一个可能解释。其他环氧树脂表现出类似的结果。环氧树脂的选择会有影响。 The build up of coating Tg is not in all cases a guarantee that the network is sufficient to withstand reverse impact.

逆冲击结果与涂层Tg的比较

计算了不同环氧树脂的delta涂层Tg(完全反向冲击下固化涂层Tg减去粉末Tg)。由于冲击效果不够，环氧树脂4被省略。结果可以在图15中找到。可以得出结论，对于环氧树脂3和5，与环氧树脂1相比，要达到完全的反向冲击，必须有显著较高的δ涂层Tg。这可能表明环氧树脂3和5形成了不同的网络结构，以达到完全的反向影响。

结果表明，固化时间对涂层Tg的影响不大。

填充剂对固化窗反向冲击的影响

研究了催化剂在高填充配方中对反向冲击的影响。在公式3中加入15% wt%的BaSO4作为填料(见表2)，比较三种催化剂在相同摩尔浓度下的反向冲击结果。从催化剂2和3的反向冲击测试结果来看，在较高填充配方中，固化时间为10分钟，固化温度会受到负面影响(见图16)。在其他固化时间，当使用催化剂1时，没有观察到填料的影响。

还测量了完全反向冲击时涂层的Tg，并重新计算为delta涂层在完全反向冲击时的Tg。可以看出，填料的使用、催化剂类型与固化时间之间没有关系(图17)。δ涂层Tg在20 ~ 24℃范围内。这一范围与较早发现的催化剂类型和浓度范围相比较。结果表明，填料对催化剂2和3的短固化时间有较小的负面影响。

聚酯结构对涂层性能的影响

为了研究聚酯结构的影响，比较了三种分子结构不同的聚酯。涂料在配方3(见表2)中使用0.0038摩尔%的催化剂1进行测试。图18所示的梯度板的反向冲击试验结果表明，在10分钟和20分钟的固化时间内，所需的固化温度下降。30分钟固化时间对固化温度无明显影响。显然，30分钟的治疗对于大量的网络建立是足够的。可以得出结论，聚酯结构可能会影响固化窗口。

由此可知，催化剂类型和浓度、环氧树脂类型和聚酯结构对混合粉末涂料的固化窗口有影响。这一信息将用于开发新的混合聚酯粉末树脂，具有更大的固化窗口，其他聚酯/环氧树脂的比例也高于50/50。

70/30混合粉末涂料用新型聚酯树脂

利用研究结果，研制了一种适用于70/30混合粉末涂料的新型聚酯树脂。将介绍一组测试结果。所用的公式见表3。

对三种配方的梯度面板的反向冲击试验表明，正常填充和高填充白色配方的结果具有可比性(图19)。棕色配方的固化温度略高，固化时间为10分钟和20分钟。

表4显示了70/30混合涂料的涂层性能。所有配方在钢(S-46)上在145°C下固化30分钟。在较低5°C的固化温度下，铝(Al-46)也具有相同的性能。从结果可以看出，涂层在反向冲击和埃里克森慢穿透方面具有良好的柔性。对于低温固化粉末，涂层的流动是合理的。这些粉末在40°C下4周后的稳定性良好。

结论

在混合粉末涂料中，催化剂起着主导作用。三种催化剂的效果表明，催化剂1的效果最好，但随着固化时间的延长，催化剂类型的效果不明显。DSC模拟固化的涂层Tg表现为平滑的涂层Tg积聚。在较高的催化剂浓度下，反应活性的增益(如反向冲击和涂层Tg所示)正在减少，并且在三种催化剂之间发现涂层Tg的建立有微小的差异。

与反向冲击结果相比，涂层Tg的增加提供了更详细的固化进展信息。delta涂层Tg方法没有得到涂层参数对固化效果的附加信息。环氧树脂对固化有很大的影响。在较短的固化时间内，填料对反冲击的影响较小，与涂层Tg无明显关系。聚酯设计是拓宽混合粉末涂料固化窗口的又一途径。本研究的结果被成功地用于开发一种新的70/30杂化粉末涂料树脂，提高了反应性。结果表明，影响混合粉末涂料固化效果的因素有很多。这些因素的正确平衡将导致较低温度固化的粉末涂料。

参考文献
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欲了解更多信息，请联系DSM涂料树脂，P.O.箱615,8000 AP Zwolle，荷兰;或访问www.dsmcoatingresins.com。

本文在第七届Nürnberg大会上发表，Nürnberg，德国。