1、前言
在我國，鋁型材已經(jīng)在很多行業(yè)得到廣泛應(yīng)用，與我們的生活密不可分，因而如何使鋁型材能夠使用得更加長久，鋁型材的表面涂裝越來越重要。而其中，粉末涂裝以其高生產(chǎn)效率，高的回收使用率和對環(huán)境污染少的特點(diǎn)深受廣大鋁型材制造商的喜愛。粉末涂料一般都是在200℃×10min下實(shí)現(xiàn)涂膜的完全固化，這個(gè)烘烤過程需要消耗大量的能源，而廣東省作為鋁型材生產(chǎn)的大省，年產(chǎn)量占到全國的60%，如何減少能源的消耗及減少廢氣的排放成為重中之重。
一般粉末的固化溫度在（180~200）℃×（20~10）min，烘烤溫度較高，對于諸如焊錫件，組裝電子元件，塑料，木材，紙張等不耐熱的被涂物的涂裝帶來了困難，200℃對于很多日常用品來說都太高了，無法用粉末涂裝技術(shù)進(jìn)行涂裝，制約了粉末在這些方面的應(yīng)用。降低烤爐的溫度則能在一定的程度上減少能源的消耗，也能減少各種廢氣的排放。因而低溫固化越來越被大家所重視，低溫固化技術(shù)也得到發(fā)展，不過要說成熟和大量的應(yīng)用，在國內(nèi)來說還有很長的路要走。
2、低溫固化工藝與技術(shù)
粉末涂料的低溫固化，是通過提高樹脂與固化劑的反應(yīng)活性來達(dá)到的，樹脂和固化劑的反應(yīng)基團(tuán)活性的改進(jìn)，分子結(jié)構(gòu)的控制，催化劑或促進(jìn)劑新品種的開發(fā)，都是降低反應(yīng)溫度可能采取的措施。低溫固化粉末涂料，固化溫度低，熔融粘度高，因此涂膜流平較差，同時(shí)由于粉末涂料的反應(yīng)活性強(qiáng)，影響貯存穩(wěn)定性，二者相互牽制，需平衡解決才能工業(yè)化。
從粉末涂料的推廣應(yīng)用來說，最好是低溫固化的同時(shí)，還可以快速固化，這樣有利于提高生產(chǎn)效率的同時(shí)還可以節(jié)約能源，而且低溫快速固化，可以縮短烘烤爐的長度，減少占地面積，降低涂裝線的成本。
鋁型材用粉末涂料的低溫固化要求就沒有像那些熱敏性的材料那么高，僅僅是從節(jié)省能源方面考慮，低溫固化做到160℃×10min固化就可以，這樣可以在生產(chǎn)效率不變的情況下最大限度的減少能源的消耗。建筑用的鋁型材大多都是用于戶外的，對于性能要求比較高，特別是耐候等級一定要高，聚酯粉末涂料基本能夠滿足耐候要求。鋁型材用聚酯粉末涂料的低溫固化要求在不降低涂膜外觀及性能的條件下，實(shí)現(xiàn)160℃×10min固化。
3、低溫固化粉末涂料配方設(shè)計(jì)
3.1 常規(guī)樹脂的低溫固化實(shí)驗(yàn)
如下表一，多種常用的聚酯樹脂在常規(guī)配方，正常的條件下熔融擠出，破碎，磨粉，固化條件160℃×10min。
常規(guī)用的中等酸值樹脂聚酯-1，聚酯-3均不能在TGIC體系中實(shí)現(xiàn)160℃×10min完全固化，涂膜表面橘皮明顯，流平差，涂膜性能達(dá)不到要求。同時(shí)在粘度較高，反應(yīng)速率更快的高酸值樹脂聚酯-6中，也無法實(shí)現(xiàn)160℃×10min完全固化，而且表面還有很多針孔。
聚酯-2樹脂在TGIC體系中固化，涂膜的各項(xiàng)性能都可以滿足要求，同時(shí)，該粉末涂料膠化時(shí)間較短，比較理想，可以用于低溫快速固化。只是從外觀上看，流平稍差，且有輕微失光，光澤較低，可考慮引入一種功能性助劑予以解決。
表一：常規(guī)聚酯樹脂低溫固化
眾所周知，β-羥烷基酰胺（HAA）是一種在國際上廣為使用的純聚酯粉末涂料體系固化劑。由于TGIC有較強(qiáng)的毒性，對環(huán)境和人體健康都有一定的影響，所以在世界許多國家和地區(qū)早已開始抵制對它的應(yīng)用，與此同時(shí)，TGIC的替代品——毒性較低的HAA備受青睞。
表二：HAA低溫固化
聚酯-2樹脂在HAA體系中不能160℃×10min完全固化，反應(yīng)速率明顯變慢很多，且涂膜很不平整，耐沖擊性能測試就出現(xiàn)開裂脫落現(xiàn)象，不能滿足要求。聚酯-5與聚酯-2相類似，也出現(xiàn)了同樣的問題。高酸值樹脂聚酯-6反應(yīng)速率很快，但是沒有充分的固化，涂膜的致密性不夠，而且也存在表面針孔的現(xiàn)象。
常用聚酯-3也可以在T-105M中，160℃×10min條件下固化，涂膜均能滿足各項(xiàng)機(jī)械性能要求，涂膜流掛，聚酯-3的反應(yīng)時(shí)間過長，涂膜光澤明顯偏低，只有50%左右。聚酯-4，聚酯-7均能在T-105M中，160℃×10min條件下固化，涂膜能滿足各項(xiàng)性能要求。
對T-105M固化的各個(gè)樹脂也進(jìn)行了耐沸水測試，只有聚酯-3，聚酯-4，聚酯-7，在保光率，色差方面均能做到合格，其他的色差都很大，涂膜表面有起泡，脫落的現(xiàn)象。
聚酯-2與聚酯-4均能在160℃×10min完全固化，外觀與各項(xiàng)性能指標(biāo)都相差不大。不過，聚酯-2與聚酯-4相比，反應(yīng)要更快。同時(shí)也分別進(jìn)行了200℃×3min，180℃×6min的固化實(shí)驗(yàn)，兩者都能滿足要求。在我國，鋁型材用HAA體系的粉末涂料應(yīng)用還不夠多，因?yàn)镠AA體系還存在諸多的缺點(diǎn)：在制備高光粉末涂料時(shí)，用HAA固化的涂膜表面光澤沒有TGIC體系高；與HAA配套的聚酯樹脂在應(yīng)用上還存在一些問題；HAA體系不宜厚涂；HAA的抗黃變性沒有TGIC好。這些是用戶反映得比較多的問題，當(dāng)然還有其他方面的一些原因。但是最根本的一個(gè)原因應(yīng)該是人們已經(jīng)用習(xí)慣了TGIC，哪怕是在試用HAA的時(shí)候，也是拿TGIC作為參考標(biāo)準(zhǔn)。所以本來應(yīng)用就不多的HAA體系很難能更多的應(yīng)用在鋁型材低溫固化粉末涂料。
尋找能夠提高樹脂和固化劑反應(yīng)活性的試劑，即低溫催化劑，從而達(dá)到能讓常規(guī)樹脂也能160℃×10min固化，從而能更好的解決遇到的一些難題。
3.3 催化劑催化低溫固化實(shí)驗(yàn)
催化劑1是一種自交聯(lián)的超耐侯性樹脂作載體合成的催化材料，能夠提高聚酯反應(yīng)活性，使得粉末涂料固化劑也能夠在160℃下具有很高的反應(yīng)活性。
表三：催化劑低溫固化實(shí)驗(yàn)
3.4 不同催化劑對比及流平劑的對比
（1）由于催化劑1雖能使涂膜的機(jī)械性能滿足需求，但是如HAA體系一樣，也存在光澤過低，無法滿足高光粉的問題，在此嘗試多種不同的純聚酯低溫催化劑的催化效果，以及相互之間催化性能的對比。
表四：不同催化劑的對比
B、C、D在三種不同的催化劑催化下均能完全固化，與常規(guī)配方A相比，各項(xiàng)性能均能達(dá)到要求，粉末涂料反應(yīng)速率都比較快。各項(xiàng)性能的對比上，B、C的硬度等級測試比D的要好一些，同時(shí)也做了耐沸水和人工加速老化試驗(yàn)。耐沸水實(shí)驗(yàn)中，工件放置在高壓鍋中，0.1個(gè)大氣壓的條件下，煮沸一個(gè)小時(shí)，發(fā)現(xiàn)B、C、D表面均很平整，沒有起泡和脫落的現(xiàn)象出現(xiàn)，色差在標(biāo)準(zhǔn)的范圍之內(nèi)。經(jīng)過人工加速老化試驗(yàn)，涂膜表面雖然有一定的變化，但是也沒有出現(xiàn)粉化或者脫落的現(xiàn)象，保光率和色差都能達(dá)到要求。
（2）通過反復(fù)的實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，使用常規(guī)的流平劑很難能夠使涂膜的流平有很大的提高，如B、C與A之間的對比，均無法使涂膜的表面流平變好，而且涂膜的光澤依然很低，制備高光粉還有一定的難題，因?yàn)楹芏嗟牧髌絼┍旧砣廴跍囟染捅容^高，無法在低溫的條件下能降低粉末涂臉的熔融粘度，對流平的促進(jìn)作用不大。
4、低溫固化問題探討
在本實(shí)驗(yàn)中，用聚酯樹脂-2做的鋁型材用粉末涂料可以在不添加助劑的的條件下，以TGIC作為固化劑，在160℃×10min條件下固化，流平不夠理想，各項(xiàng)性能指標(biāo)也達(dá)到要求，也進(jìn)行了多次改善流平的試驗(yàn)，效果不明顯。也實(shí)驗(yàn)了該樹脂HAA體系的低溫固化粉末涂料，發(fā)現(xiàn)容易出現(xiàn)流掛的現(xiàn)象，而且對于HAA體系，使用還不是很廣泛，性能上比不上TGIC固化的粉末涂料。所以最好的方法就是使用催化劑，即在常規(guī)的配方中加入適量的催化劑，以提高樹脂和固化劑的反應(yīng)活性，使得粉末涂料能在160℃×10min固化，固化后的涂膜無論是外觀還是性能均能滿足要求。但是也存在一些問題，那就是使用催化劑后，由于反應(yīng)速率太快，表面光澤偏低，因此，高光涂膜表面還有待進(jìn)一步研究。
5、結(jié)語
本文介紹了鋁型材用低溫固化粉末涂料的發(fā)展和研究方向，重點(diǎn)討論了樹脂的選擇和催化劑的使用，并對低溫固化粉末涂料普遍存在的流平及光澤問題進(jìn)行了探討。鋁型材用低溫固化粉末涂料在解決節(jié)能、高效的基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)了經(jīng)濟(jì)效益的最大化，是可持續(xù)發(fā)展的重大舉措。
低溫固化粉末涂料的選擇途徑有：尋找能低溫固化的樹脂，如聚酯-2；HAA固化體系；開發(fā)低溫固化催化劑；第一第二種方法由于需要特定的樹脂，需要制備特定性能要求的樹脂；而低溫催化劑的使用則顯得更簡單一些，既加入適量的催化劑，不會影響制粉的工藝和涂裝的工藝，而且不會因?yàn)闃渲磻?yīng)活性低的原因而出現(xiàn)貯存問題，因而必然成為最佳的研究方向，雖然低溫固化還不夠成熟和完善，大量的使用還有一定的路要走，可謂任重道遠(yuǎn)。
