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摘要：分析了雙官能團聚酯樹脂的結構及固化反應原理，研究了添加丙烯酸樹脂的三類消光體系、封閉異氰酸酯的種類、半結晶樹脂及填料的種類和含量對粉末涂層消光性能的影響。

結果表明：選用雙官能團聚酯樹脂/B1530/羧基丙烯酸樹脂/TGIC消光體系，添加半結晶樹脂，選用高光鋇和沉淀鋇有利于獲得具有優異性能的雙官能團聚酯樹脂消光涂層，而相對來說，封閉異氰酸酯的種類對涂層的消光性能影響較小。

1 前言 

粉末涂料作為新型不含溶劑的固體涂料，廣泛應用于家電、汽車、鋁型材等領域涂料在線coatingol.com。隨著技術的進步，粉末涂料品種不斷增加，消光型粉末涂料越來越受到國內外廣大用戶的青睞。

目前，戶外消光粉末涂料用樹脂主要有丙烯酸類和純聚酯類。丙烯酸類消光粉末涂料裝飾性及耐候性好，但由于丙烯酸樹脂脆性較大，使得消光涂膜的耐沖擊性能較差；

純聚酯類消光粉末涂料中所用聚酯樹脂可分為端羧基聚酯樹脂和端羥基聚酯樹脂兩類。

端羧基聚酯樹脂消光粉末涂料最常見的是端羧基聚酯樹脂/TGIC固化體系，該體系的消光粉末涂料光澤難以做到10以下，且涂層流平及機械性能存在缺陷；

端羥基聚酯樹脂消光粉末涂料主要是運用高低羥共混消光法，該方法制備的消光粉末涂層各項性能都較為卓越，但其工藝控制較難且制備成本較高。

消光粉末涂料占據了粉末涂料用量的30％以上，且隨著用戶審美觀念的改變，其用量呈日漸增長之勢，而目前我國粉末涂料行業正處于從低端加工向高附加值制造轉型時期，對涂膜的綜合性能要求必然越來越高。

雙官能團聚酯樹脂同時擁有端羧基和端羥基兩種官能團，為制備消光粉末涂料提供了更多配方變化的可能性，可制備由于存在多重固化而形成的交聯互穿網絡消光涂層，且可綜合端羧基和端羥基聚酯樹脂兩者的性能優勢。

本文從雙官能團聚酯樹脂的固化原理出發，分析了封閉異氰酸酯的種類，丙烯酸樹脂、半結晶樹脂以及填料的種類和含量對雙官能團聚酯樹脂消光涂層性能的影響。

2 實驗部分 

2.1 主要原材料

雙官能團聚酯樹脂：廣州擎天材料科技有限公司；TGIC、封閉異氰酸酯B1530、B1540、NW-5，HAA、鈦白粉、消光鋇、高光鋇、沉淀鋇、流平劑、安息香、炭黑，環氧丙烯酸樹脂GMA-1#、GMA-2#、GMA-3#、HM308，羧基丙烯酸樹脂QD-1、QD-2，半結晶樹脂SC-1、SC-2，端羧基聚酯樹脂：工業級，市售。

2.2 粉末涂料及涂層的制備

按照表1配方進行配料。

制粉工藝：配料、預混、擠出、破碎、過篩、粉末涂料。制備得到的粉末涂料采用靜電噴涂后在200℃下固化10~15min得到涂層，然后進行相關性能檢測。

2.3 雙官能團聚酯樹脂固化反應原理

雙官能團聚酯樹脂同時含有端羧基和端羥基，在固化過程中，其端羧基與TGIC反應，而其端羥基與解封閉的異氰酸酯反應，最后交聯成目標產物，如圖1所示。

雙官能團聚酯樹脂相比于普通的端羧基聚酯樹脂，固化后分子中引入了較多氨酯鍵，故其耐化學性好，而氨酯鍵的存在又使得大分子間形成了氫鍵，故其機械性能突出。

2.4 測試與表征

聚酯樹脂膠化時間按GB/T 16995-1997測定；水平流動性按GB/T 6554-1986測定；

流平等級按照美國ACT Test Panels LLC桔皮板標準，流平等級分為10級，等級越高流平越好；光澤按GB/T 9754-2007標準測定；采用PerkinElmer Spectrum 65傅里葉變換紅外光譜儀進行紅外表征（KBr壓片）。

3 結果與討論

3.1 雙官能團聚酯樹脂及其涂膜的紅外光譜

雙官能團聚酯樹脂及其透明涂膜紅外光譜如圖2所示。

從圖2可以看到，雙官能團聚酯樹脂在3537cm-1處出現了-OH的伸縮震動吸收峰，而雙官能團聚酯樹脂固化后的透明涂膜在3398cm-1處出現了-NH的伸縮震動吸收峰。

這說明封閉異氰酸酯與雙官能團聚酯樹脂的羥基發生了反應，存在于分子結構中。

3.2 不同消光體系對涂層消光性能的影響

在國內戶外用消光粉末涂料中，應用最為廣泛的是聚酯/TGIC體系，其消光方式有三種：蠟粉與金屬皂消光、消光固化劑消光和干混消光。

但此三種消光方式應用于雙官能團聚酯樹脂時，消光效果一般。丙烯酸樹脂具有極佳的流平性、耐候性及耐溶劑性等突出性能，為此，本文研究了雙官能團聚酯樹脂使用丙烯酸樹脂的消光效果。

（1）消光體系一：雙官能團聚酯樹脂+B1530+環氧丙烯酸樹脂

從表2中可以看到，隨著環氧丙烯酸樹脂環氧當量的增大，消光涂層的光澤變化不大，光澤都較高。為此，實驗考察了同一種類環氧丙烯酸樹脂與擁有相同羥值不同酸值雙官能團聚酯樹脂的消光性能，實驗結果見表3。

HM308是一種環氧當量為600的環氧丙烯酸樹脂，表3為不同HM308添加量對雙官能團聚酯樹脂涂層消光性能的影響。

由于環氧丙烯酸樹脂是與雙官能團聚酯樹脂羧基發生反應，故環氧丙烯酸樹脂添加量越大，對應選取的雙官能團聚酯樹脂的酸值也應越大。

從表3可以看到，隨著環氧丙烯酸樹脂HM308添加量的逐漸增大，消光光澤逐漸降低，涂層較為平整。 

（2）消光體系二：雙官能團聚酯樹脂+B1530+環氧丙烯酸樹脂+HAA

從消光體系一實驗結果來看，使用環氧丙烯酸樹脂的涂層消光光澤仍然較高，為此，考慮增大體系反應的復雜程度進一步降低消光光澤。

表4為在表3中2號做粉配方的基礎上考察添加不同用量HAA對雙官能團聚酯樹脂涂層消光性能的影響。

由表4可知，隨著HAA添加比例的上升，HM308的含量逐漸下降，膠化時間逐漸變長，流動性逐漸變大，光澤逐漸升高。

這主要是因為雙官能團聚酯樹脂的羧基既與環氧丙烯酸樹脂反應，又與HAA反應，但羧基與環氧基團的反應速度（測得反應性為130s）高于與HAA的反應速度（測得反應性為298s）。

故隨著HAA添加量的增大，膠化時間逐漸變長，流動性逐漸變大。從消光的原理來說，固化體系越復雜，消光光澤應趨于降低。

但實驗結果顯示，雙官能團聚酯樹脂/環氧丙烯酸體系消光光澤低于雙官能團聚酯樹脂/環氧丙烯酸樹脂/HAA體系。

（3）消光體系三：雙官能團聚酯樹脂+B1530+羧基丙烯酸樹脂+TGIC

圖3中，QD-1酸值為240mgKOH/g，A與B為羥值相近、酸值不同的雙官能團聚酯樹脂，A酸值為32.6mgKOH/g，B酸值為25.3mgKOH/go可以看到，兩者的消光光澤均隨羧基丙烯酸樹脂添加量的增大而降低。

但是相對來說，酸值更低的雙官能團聚酯樹脂在同等羧基丙烯酸樹脂添加量的情況下，光澤可以消到更低，這是由于此消光體系的消光原理所導致的。

羧基丙烯酸樹脂的酸值較高，反應活性也較高（與TGIC測得的反應性為39s），而雙官能團聚酯樹脂的羧基相對來說反應活性較低（A的反應性為318s，B的反應性為435s）。

雙官能團聚酯樹脂的羥基與封閉異氰酸酯的反應速度則最慢（測得反應性超過1000s），故消光體系中存在三種速度不一的固化反應。

再加上雙官能團聚酯樹脂與羧基丙烯酸樹脂存在相容性差異，故此消光體系的消光涂層可以將光澤降到很低。

另一方面，對于雙官能團聚酯樹脂來說，其酸值更高，與TGIC的反應活性也更高，故高酸值的雙官能團聚酯樹脂、羧基丙烯酸樹脂分別與TGIC反應的速度差異小于低酸值的雙官能團聚酯樹脂、羧基丙烯酸樹脂分別與TGIC反應的速度差異，而固化速度差異變小對消光光澤的降低是不利的。

因此，相對來說，使用低酸雙官能團聚酯樹脂更有利于消光光澤的降低。但是，從實驗結果來看，低酸雙官能團聚酯樹脂相對于高酸雙官能團聚酯樹脂在板面流平性方面要稍差。

3.3 封閉異氰酸酯的種類對涂層消光性能的影響

端羥基樹脂通常是用封閉異氰酸酯固化。異氰酸酯有TDI、MDI、HDI及IPDI型等，不同類型的異氰酸酯具有不同的性能。

另外，異氰酸酯的封閉劑類型有醇類、酚類、胺和酰胺類、肟類及無機鹽類等，不同封閉劑封閉的異氰酸酯的解封溫度是不一樣的。

為此，本文分別研究了封閉異氰酸酯B1530、B1540及NW-5對雙官能團聚酯樹脂消光性能的影響。

從表5可以看到，分別使用B1530、B1540及NW-5固化時，雙官能團聚酯樹脂的消光光澤均較低，沖擊性能優異，板面流平突出，手感細膩。

3.4 半結晶樹脂的種類和含量對涂層消光性能的影響

從表6中可以看到，不論是使用端羥基半結晶樹脂還是端羧基半結晶樹脂都可以在一定程度上降低涂層的消光光澤，且有助于改善板面的流平。

這是因為雙官能團聚酯樹脂與半結晶樹脂反應活性存在差異故其加入有助于降低涂層光澤；另一方面，半結晶樹脂較無定形聚酯，可以同時滿足較高的玻璃化溫度和較低的熔融粘度，故其加入可以顯著改善涂層的流平。

另外，將消光粉末涂料儲存10天后噴粉，光澤也無明顯變化，說明此消光體系消光光澤具有較高的穩定性。

3.5 填料種類和含量對涂層消光性能的影響

實驗考察了填料BaSO4的種類和添加量對粉末涂料消光性能的影響，為了放大不同種類BaS04的差異，實驗制備的消光板光澤為10左右。

表5為相同添加量下，不同種類的BaS04對雙官能團聚酯樹脂涂層消光性能的影響。結果如表7和圖4所示。

從表7可知，使用高光鋇和沉淀鋇的涂層消光光澤更低，手感更為細膩爽滑且板面流平更為優異。

高光鋇和消光鋇均為天然鋇，沉淀鋇為化學合成，三者的粒徑大小排序為：消光鋇>高光鋇>沉淀鋇。

可能由于高光鋇和沉淀鋇粒徑較小，比表面積大，吸油量也就相對較大，故光澤消得更低。另外由于其粒徑小，涂膜表面更為細膩，因而板面流平更為優異。

從圖4可以看到，隨著BaS04添加量的逐漸增大，雙官能團聚酯樹脂涂層的消光光澤逐漸降低，但添加量到33％以后，光澤趨于穩定。

3.6 雙官能團聚酯樹脂與端羧基聚酯樹脂消光涂層性能對比

從表8中可以看到，雙官能團聚酯樹脂相比于端羧基聚酯樹脂消光涂層，消光光澤更低、機械及老化性能更優、板面的外觀更突出。

圖5為用顯微鏡放大的消光涂層，可以看到，雙官能團聚酯樹脂消光涂層表面凹凸較小且均勻，而端羧基聚酯樹脂消光涂層表面凹凸紋路較大且不是很均勻，這也進一步闡釋了雙官能團聚酯樹脂消光涂層在流平性方面的優異性。

4 結論

（1）通過研究雙官能團聚酯樹脂與丙烯酸樹脂搭配的三類消光體系，發現雙官能團聚酯樹脂/B1530/羧基丙烯酸樹脂/TGIC消光體系可獲得較好的消光效果；

（2）在雙官能團/B1530/羧基丙烯酸/TGIC消光體系下，添加半結晶樹脂、選用高光鋇和沉淀鋇有利于進一步降低涂層的光澤并提高涂層的流平性能；而封閉異氰酸酯的種類對涂層的性能影響較小；

（3）雙官能團聚酯樹脂相比于端羧基聚酯樹脂消光涂層，消光光澤更低、機械及老化性能更優、板面的外觀更突出。