粉末涂料涂装以其省资源、省能源、无公害、效率高和易实现自动化生产的优点受到人们青睐，产量迅速增长，成为涂料工业的发展方向之一[1]。目前环氧树脂粉末涂料的固化以高温固化为主，固化温度一般在180 ℃以上，只能涂装在那些只能经受高温的金属类底材上[2]。实现环氧树脂粉末涂料中低温固化，可以大大减少对能源的消耗，节约能源。开发低温（120 ℃）固化的粉末涂料体系，可以扩大其新的应用领域，例如对热敏感的木材或塑料[3]，从而使粉末涂料应用于塑料制品、纸张、纸板及木材等热敏性基材成为可能[4]，具有良好的工业发展前途和应用前景。本文主要对低温固化环氧粉末涂料的配方进行设计，通过红外光谱以及DSC 分析对固化物进行结构表征，并对漆膜和粉末的各项性能进行测试，筛选出优的生产工艺和配方。
1 试验
1 试验
1.1 试验用原材料
本研究所用的环氧粉末涂料原料有：环氧树脂、固化剂、固化促进剂及其他填料和助剂。所用固化剂为改性的酚羟基树脂，促进剂是碱类，如表1 所示。
1.2 试验设备
试验设备见表２。
图中可以看出环氧树脂特征吸收峰914 cm-1 在固化后变弱甚至消失，同时1 080 cm-1 出现一个新的吸收峰就是醚键的特征吸收峰。这些特征吸收峰的变化说明环氧树脂和固化剂发生了反应，形成固化产物。粉末涂料所用的环氧树脂在固化前后结构会发生变化，环氧基会参与反应生成新的化学键。所以在红外光谱上，环氧树脂的环氧基特征吸收峰会在固化后消失，出现新的基团特征吸收峰。根据促进剂生产厂家提供信息，促进剂具有弱碱性。因此，固化剂与环氧树脂在碱性催化剂的作用下发生固化反应，其机理一般认为是按离子型机理进行的。
2.2 固化体系对粉末环氧树脂热性能的影响
1.3 粉末涂料制备及性能测试
TC001 为改性酚羟基树脂，按固化剂量的10%添加到试验配方中，试验配方见表3 所示。
按配方称取各个组分，预混合完毕后通过转矩流变仪在90 ℃进行熔融混合10 min，取出样品经平板硫化机冷压3 min，然后对压制的片材用球磨机进行球磨，后经过120 目的标准筛过筛制得粉末涂料。制得的粉末涂料用静电喷枪喷涂，热固成膜，后对漆膜进行性能测试。
1.4 表征方法
红外光谱（FTIR）：采用美国Thermo Electron 公司生产的Nicolet 6700 型傅里叶变换红外光谱仪测试，范围为400～4 000 cm-1。
1.5 性能测试方法
热性能：采用美国TA instruments 公司生产的Q10差示扫描量热仪测试（DSC），N2 气流为10 mL/min，升温速率为5、10、20 K/min，温度为25～285℃。
漆膜附着力：按GB 1720—1989（79）测定。
胶化时间：采用热板法测定。
粒度分析：采用激光粒度分析仪测定。
耐冲击性: 按GB/T1732—1993 测定。
2 结果与讨论
2.1 粉末环氧树脂固化前后结构表征及固化机理
为了分析和鉴别固化剂的官能团及结构，首先对固化剂进行了红外光谱分析。图1 是粉末涂料用固化剂红外光谱图，可以看出3 034、2 965、1 609 、1 510、1 235、830 cm-1 等的特征吸收峰可以表征固化剂中双酚A 结构，与环氧树脂相同，但是因结构中没有环氧基存在，所以不存在914 cm-1 环氧基吸收峰。由于酚羟基的存在，3 357 cm-1 羟基峰的吸收强度和宽度明显增强。可以得知固化剂为改性的酚羟基树脂，结构类似于双酚A 型环氧树脂。
2.2 固化体系对粉末环氧树脂热性能的影响
对各个配方的粉末涂料进行DSC 测试，所得曲线如图3 所示。通过DSC 放热峰曲线积分所测得的反应热与固化剂的关系如图4 所示。
从图4 可以看出，粉末涂料的固化反应热随着固化剂用量的增加先增加后降低，说明刚开始固化剂用量不足，固化不完全。当固化剂用量过多时，反应太快，交联速度过快，反应不完全。所以当固化剂用量为28%时，固化反应放热较大，反应交联完全。
对固化后的产物进行DSC 分析，如图5 所示，当固化剂用量为18%时，环氧树脂固化物的Tg 为99 ℃；当固化剂用量增加到20%时，环氧树脂固化物的Tg 为100 ℃；当固化剂用量增加到25%时，环氧树脂固化物的Tg 为101℃；当固化剂用量增加到30%时，环氧树脂固化物的Tg 为102 ℃。这是因为固化后环氧树脂分子链产生交联缠结，分子链的活动受到约束，自由体积减少，所以漆膜的Tg 较纯环氧树脂有明显提高。另外，随着固化剂用量的增加，Tg 逐渐升高，这是因为随着固化剂用量的增多，固化后漆膜的交联密度增大。交联度愈大，Tg 增加愈多。
2.3 固化条件的确定
对配方5 进行恒温DSC 分析，在温度迅速升至120 ℃后，粉末涂料的热流与时间的关系如图6 所示。热流率随时间逐渐增加，后趋于平稳，随时间固化速率逐渐降低，热流逐渐减小。这是因为随增加反应不断进行，粉末涂料的固化度升高，未固化基团数量也在减少，大约35 min 后基本固化完全。因此较好的固化条件为120 ℃恒温固化35 min。
2.4 不同升温速率对粉末涂料热性能的影响
2.4 不同升温速率对粉末涂料热性能的影响
不同升温速率对粉末涂料热性能的影响见图7。选择配方5 进行不同升温速率的DSC 分析，固化反应发热峰位置与升温速率密切相关。随着升温速率的提高，粉末涂料的固化反应的起始温度和峰值温度都有升高，固化时间缩短，即单位时间内的热效应提高，固化反应发热峰相应地向高温方向移动[5]。
2.5 涂料各项物理性能
2.5 涂料各项物理性能
选择配方5 在120 ℃下固化30 min 后，漆膜放置1 d 后进行涂层的各项物理性能检测，结果见表4。可以看出，配方5 的各项物理性能优异，可以在较低温下固化，实现了木材、塑料等热敏性基材的涂装。
3 结语
本文采用新的固化体系，成功制备出低温固化粉末环氧涂料。
1） 佳试验配方为：m 环氧树脂∶m 固化剂=100∶28，较佳的固化条件为：120 ℃恒温固化30 min。
2）不同的升温速率可以影响粉末涂料的Tg 以及固化条件。升温速率提高，Tg 和固化温度均向高温方向移动。
3）环氧粉末涂料在低温固化条件下，漆膜能够达到常规粉末涂料的各项性能要求，具有较高的反应活性和贮存稳定性。
