摘要
本实验主要讨论了不同种类固化剂以及TGIC与HAA双拼固化对经济型聚酯性能的影响。结果表明，TGIC与HAA双拼固化，聚酯涂膜的机械性能、耐候性能等都得到了一定的提升。
0 引言
随着人类科技的不断发展，粉末涂料行业也随之高速发展，与传统溶剂型涂料相比，粉末涂料以其高生产效率、优异的涂膜性能、良好的生态环保性和良好的经济性而受到用户的日益青睐。从粉末产量来说，我国已真正成为世界粉末涂料生产和消费的第一大国。户外用聚酯粉末涂料主要应用在空调、门窗、电信线路箱柜、变压器、邮筒、路灯和灯柱、交通标志、高速公路护栏板、马路栏杆、机动车及非机动车、体育健身器材及消防器材等。2021年粉末涂料原材料价格暴涨，导致粉末厂家成本压力剧增，粉末涂料的成本控制已显得尤为重要，制作出低成本粉末，同时其性能又与高成本粉末相当甚至更好的需求也越来越大。本文主要探讨了固化剂对经济型聚酯性能的影响，期望在原材料价格高涨的情况下给低成本粉末的研发思路略提供参考。
1 固化剂的选择
在聚酯粉末涂料中，主要成膜物质是聚酯树脂和固化剂，这两种化合物的交联固化反应使粉末涂料成膜。酸酐类固化剂是通过聚酯树脂端基或侧链的羟基与酸酐的加成反应，以及聚酯树脂与酸酐加成反应的羟基之间的酯化反应而交联成膜，该反应过程烘烤温度过高，成本大，一般不予采用；PT910是偏苯三酸三缩水甘油脂与苯二甲酸二缩水甘油脂的混合物，与TGIC相比，PT910消除了生态毒性，但仍然具有一定的接触毒性和严重的刺激性，由于该固化剂官能团含量低，反应活性随之降低，一般也不予采用；异氰尿酸三缩水甘油酯(TGIC)固化的粉末涂料耐泛黄性、耐化学品性和耐玷污性以及机械性能都很好，同时还有出色的耐热性和热硬化性，拥有极好的可见度，氯含量低，不易变质和电解腐蚀，缺点是对皮肤有刺激作用和价格偏贵；羟烷基酰胺类固化剂(HAA)具有与TGIC相当的户外耐久性、对人体无刺激性并且可以减少对环境的污染，节约能源，涂料贮存稳定性好，涂料配方成本低，反应活性比TGIC强，可适应摩擦枪喷涂，缺点是厚涂时易于表面形成针孔。聚酯树脂中的主要反应基团是羧基基团， TGIC中的主要反应基团是环氧基基团，HAA中的主要反应基团是羟基基团。在TGIC与聚酯树脂的反应中，聚酯树脂中的羧基与TGIC中的环氧基发生反应，直至行成高分子化合物的涂膜，在这种反应中没有副产物的形成；而在HAA与聚酯树脂的反应里，主要的化学反应是聚酯树脂中的羧基与HAA中的羟基之间的脱水反应，直至形成高分子化合物的涂膜，需要注意的是，在这种反应过程中会产生小分子化合物水，是反应的副产物，当涂膜过厚时这些小分子的逸出会使涂膜表面产生针孔。综上，本实验仅选择TGIC和HAA固化剂。
2 实验部分
2.1 粉末涂料原材料
聚酯树脂(PE):新中法高分子材料股份有限公司；TGIC:常州牛塘化工有限公司；HH8080:黄山华惠科技有限公司；流平剂:宁波南海化学有限公司588通用流平剂；增光剂:宁波南海化学有限公司701B；安息香:肇庆十盈实业有限公司；钛白粉:东佳集团SR-2377钛白粉；沉淀钡:陕西富化化工有限责任公司。
2.2 主要设备
单螺杆挤出机(KN30):烟台超远粉末机械有限公司；高速粉碎机:上海淀久中藥机械制造有限公司；高压静电喷枪：SJ-5；鼓风干燥箱(LC-223)：上海爱斯佩克环境设备有限公司；漆膜冲击器(BGD301)：广州标格达实验室仪器用品有限公司；光泽度计(WGG60-Y4)：科仕佳光电仪器有限公司。
2.3 主要设备
首先按设计配方称取各原材料，手动摇匀进行预混后使用单螺杆挤出机在设定的温度、转速条件下将物料熔融挤出，熔融挤出后的片料经冷却、粉碎、过筛后得到的细粉在经过高压静电喷枪喷涂到经过表面处理的底材上，喷涂完成后放入烘箱按设定的固化温度及固化时间完成烘烤，固化完成的涂层最后进行各项性能的测试。
2.4 主要设备
粉末涂料性能测试对应的测试标准见表1。
3 结语与讨论
本实验采用的经济型聚酯树脂(酸值约31)PE既可与TGIC反应，也可与HAA反应，采用的HAA固化剂牌号为HH8080，一组实验用经济型聚酯树脂PE分别与TGIC、HH8080单独反应，另一组实验将TGIC与HAA同时加入聚酯树脂中，通过不断调整固化剂中TGIC消耗聚酯树脂的比例以及HAA消耗聚酯树脂的比例来研究固化剂中TGIC与HAA分别处于何种比例时，涂膜性能最佳。
表2为单独一种固化剂固化，表3为TGIC和HH8080双拼固化；在配方设计上，其成膜物用量固定60%，聚酯与TGIC配比93:7，聚酯与HH8080配比为95:5。
由表2可知：上述实验里A的胶化时间比B长，在TGIC的固化中，其冲击强度性能较HH8080固化的略低；水煮测试，A、B保光率接近，固化剂TGIC、HH8080对耐水煮性能的影响，两者相差不大；经QUV测试273 h后，可以看出HH8080固化的样板保光率略低于TGIC固化的样板；厚涂样板中，HH8080固化的样板，当膜厚达到120 μm时，表面即清晰可见针孔出现，而固化剂为TGIC的样板膜厚到170 μm也无针孔，这是由于TGIC与聚酯树脂固化过程中无副产物水的生成。综上所述，同等条件下，在经济型聚酯PE中，HAA固化的样板冲击性能的表现略优于TGIC固化的样板；QUV保光率方面,TGIC固化的样板保光率略高于HH8080固化的样板。因此，为了研究样板表面及冲击强度变化，接下来选择了TGIC+HH8080继续实验。
在表3中：水煮后的保光率这5组相差不多，水煮后表面光亮依旧，保光率都很高；弯曲测试2 mm全部通过；底材附着力十字划后用胶带粘附均未见划格脱落；铅笔硬度1 H测试均为轻微划痕，较单纯一种固化剂固化得到了一定的提升。表面出现针孔临界厚度最大的是配方E，达到了160 μm才出现针孔，同时其冲击性能也达到了150 μm膜厚正反冲均未开裂。从固化剂占比来看，TGIC占比越多，越不易出现针孔。
图1为7个配方QUV耐候保光率曲线图，结合表２、表3和图1，可以看出：QUV老化273h后，保光率最高的是配方D。因此在该组实验中，当TGIC与HH8080比例为55%/45%时，耐候性能得到了一定改善。
图2为不同配方主要性能对比图，结合表2、表3和图2，可以看出：当固化剂中TGIC与HH8080比例为40%/60%时，冲击性能将会得到较大提升，配方F可以达到最佳的冲击效果。
从以上实验可以发现：当TGIC与HH8080比例为60%/40%时，厚涂出现针孔限度除TGIC单独固化之外最高，此时表面外观会得到较大改善；当TGIC与HH8080比例为55%/45%时，耐候性能会得到改善；当TGIC与HH8080比例为40%/60%时，机械性能会得到较大提升。
4 结语
综上所述，较单纯一种固化剂固化的样板，固化剂双拼后的样板的各方面性能都得到一定的提升，不同的固化剂双拼比例，可以分别得到抗老化、机械性能以及表面针孔改善不同方面的提升；从表面流平、光亮程度来看也要比单纯一种固化剂固化的样板要好。
在经济型聚酯中，聚酯生产的成本比其他聚酯低，聚酯性能比高成本聚酯也会略差，但可以通过对其固化剂的调整，使其性能在不同方面得到一定的提升；在原料价格都大幅上涨的市场里，尤其TGIC涨幅最大，针对这种情况便可以采取用HAA和TGIC双拼固化以取得较高的性能以及节约生产成本。
来源：粉末涂料与涂装2024-6 文 / 杨 栋 李卫娜 ( 新中法高分子材料股份有限公司 )
