環氧樹脂（EP）粉末涂料是一種新型的熱固性功能涂料，由Mr（相對分子質量）較高的環氧樹脂、顏料、填料、固化劑及其他添加劑等組成。由于其在受熱后會形成不能熔化且質地堅硬的涂層，并且涂層的流動性好，所以具有較好的裝飾性。同時，EP粉末涂料具有極好的機械性能、粘接性能和防腐蝕性，并具有低公害、涂裝工藝簡單、原材料利用率高和涂層堅固等特點。EP粉末涂料及涂飾技術是繼水溶性電泳涂料后在涂料涂飾上的又一次新發展，是一項符合四項原則（經濟、生態、能源和效果）的新材料、新工藝和新技術。目前，發達國家以10%~13%的速度發展EP粉末涂料，我國也獲得了一定的發展，但仍處于開發階段。
以EP（環氧樹脂）為基體（牌號GESR903H、GESR912和GESR924等）、XGP603-1A為消光固化劑、安息香為固化促進劑、炭黑為顏料和硫酸鋇為填料，采用熔融共混法制備了EP粉末涂料；著重探討了EP、消光固化劑、樹脂與固化劑配比等因素對涂膜的光澤度、沖擊強度、附著力和流平性等影響，并分析了影響粉末涂料消光性的因素。研究結果表明：當w（GESR924）=6.47%、w（安息香）=0.30%、w（硫酸鋇）=18.30%、w（炭黑）=4.99%、w（XGP603-1A）=5.97%（均相對于基體樹脂質量而言）時，體系固化最完全，涂膜具有較低的光澤度（3.3%）、較高的沖擊強度（147.05J/m）、優異的附著力（0級）和流平性。
0前言
環氧樹脂（EP）粉末涂料是一種新型的熱固性功能涂料，由Mr（相對分子質量）較高的環氧樹脂、顏料、填料、固化劑及其他添加劑等組成。由于其在受熱后會形成不能熔化且質地堅硬的涂層，并且涂層的流動性好，所以具有較好的裝飾性。同時，EP粉末涂料具有極好的機械性能、粘接性能和防腐蝕性，并具有低公害、涂裝工藝簡單、原材料利用率高和涂層堅固等特點。EP粉末涂料及涂飾技術是繼水溶性電泳涂料后在涂料涂飾上的又一次新發展，是一項符合四項原則（經濟、生態、能源和效果）的新材料、新工藝和新技術。目前，發達國家以10%~13%的速度發展EP粉末涂料，我國也獲得了一定的發展，但仍處于開發階段。
單純的雙酚A型EP樹脂固化物因分子中EP基數量較少而固化交聯密度較低，并且含有醚鍵，故涂膜經日光、紫外光照射后易降解斷鏈。以上原因導致單純的雙酚A型EP樹脂粉末涂料存在以下缺點：①脆性大，耐沖擊性能不好，一般需要添加增塑劑進行增塑改性；②耐熱性差，需要通過添加耐熱樹脂進行共混改性；③耐候性差，不適合用作戶外涂裝（若需戶外涂裝時，應添加足量的遮蔽紫外線的顏料）。我國涂料市場存在的主要問題有產品良莠不齊、“綠色”涂料濫竽充數，與國際品牌存在一定的差距。
因此，本研究以EP樹脂為基體、XGP603-1A為消光固化劑、安息香為固化促進劑、炭黑為顏料和硫酸鋇為填料，合成了光澤度低、沖擊強度高、附著力和流平性能優異的金屬基材EP粉末涂料。
1試驗部分
1.1試驗原料
EP樹脂，工業級（牌號GESR903H、GESR912、GESR924，環氧當量750、612、695、720~770），宏昌電子材料股份有限公司；EP樹脂，工業級（牌號DER663U，環氧當量762），上海凱茵化工有限公司；EP樹脂，工業級（牌號S-903H、CYD-014U，EP當量760、800），廣州市盛浩化工有限公司；EP樹脂，工業級（牌號E-12，EP當量726），黃山錦峰實業有限公司；消光固化劑（B68）、消光固化流平劑（XGP603-1A），工業級，寧波南?；瘜W公司；安息香，工業級，湖北新飛化工有限公司；硫酸鋇，工業級，無錫樂樓金屬材料有限公司；炭黑，工業級，鄭州市泰瑞碳黑化工有限責任公司；蠟（GESR903H-2），工業級，青島邦尼化工有限公司。
1.2試驗儀器
BT125D型電子分析天平，多利斯科學儀器有限公司；SHR-500型高速混合機，張家港市順科機械有限公司；SJSL75D型雙螺桿擠出機，南京永杰化工機械制造有限公司；ZP35D型壓片機，上海天和制藥機械有限公司；BZDL-8-6型高速粉碎機，河南新鄉市宏達振動設備有限公司；COLO800型靜電粉末涂料噴涂設備，上海捷貿靜電科技有限公司；DZF-6021型真空干燥箱，北京科偉永興儀器有限公司；Q2000型差示掃描量熱儀，美國TA公司；KGZ-3D型光澤度計，天津永利達材料試驗機有限公司；QCJ型漆膜沖擊試驗器，天津市中亞材料試驗機廠；Defelsko型便攜式附著力測試儀，天津永利達材料試驗機有限公司；SK-8型粉末熔融水平流動性測定儀，廈門群隆儀器有限公司。
1.3試驗制備
1.3.1EP粉末涂料的制備
EP粉末涂料基本配方如表1所示。
用于金屬基材環氧樹脂粉末涂料的研制
用于金屬基材環氧樹脂粉末涂料的研制
按配方用量稱取EP樹脂、固化劑、顏填料及助劑等，使用高速混合機預混合，經雙螺桿擠出機熔融擠出、冷卻壓片后，用高速粉碎機粉碎至要求粒度，即得涂料粉體。熔融擠出條件為：螺桿長徑比16∶1，擠出頻率20Hz，擠出溫度110℃。
1.3.2涂層的制備
采用高壓靜電粉末噴槍，在靜電粉末噴涂設備上噴涂樣板，然后在200℃烘箱中固化10~15min，得到35~50μm厚的涂層。
1.4測定或表征
（1）光澤度：按照GB/T8754—1988標準進行測定（最終結果以5組試樣的平均值示之）。
（2）沖擊強度：按照GB/T1732—1993標準進行測定（最終結果以3組試樣的平均值示之）。
（3）附著力：按照GB/T9286—1998標準進行測定。
（4）流平性：按照GB/T21782.5—2010標準進行測定。
（5）熱性能：采用差示掃描量熱（DSC）法進行測定（氮氣氣氛，流速為50mL/min，升溫速率分別為5、10、15、20、25K/min）。
（6）玻璃化轉變溫度（Tg）：采用DSC法進行表征（升溫速率為20K/min，氮氣氣氛）。
2結果與討論
2.1消光固化劑對涂膜性能的影響
由于消光固化劑會使得制備的涂料機械性能好，消光明顯，因此消光劑被廣泛應用于EP樹脂粉末涂料中。消光固化劑作為一種助劑，通過化學反應進行固化的同時實現消光，其原理是利用兩種粉末成膜物之間反應速率和相容性的差別，形成表面粗糙、反射力差的涂膜。現在市場上最常用的消光固化劑是B68和XGP603-1A。B68是國外較早開發成功的消光固化劑，為環咪與多元酸通過成鹽的方法自成一體的混合固化劑；XGP603系列是寧波南海化學公司將這類消光固化劑與丙烯酸酯接枝制成的消光固化流平劑。
2.1.1消光固化劑用量對涂膜性能的影響
為了確定消光固化劑在EP粉末涂料體系中的最佳用量，改變消光固化劑的用量（相對于基體樹脂質量），其他物質含量不變，則不同B68含量對涂膜性能的影響如表2所示。
用于金屬基材環氧樹脂粉末涂料的研制
用于金屬基材環氧樹脂粉末涂料的研制
由表2可知：在不同的金屬基板上，隨著固化劑的用量增加，光澤度呈現出逐漸減小的趨勢，即消光效果越來越好；但是，隨著固化劑用量的增加，沖擊強度呈現出先增加后減小的趨勢。這是由于固化劑用量較少時，不足以引發EP基團發生交聯固化反應，EP樹脂固化不完全；當固化劑用量過多時，固化速率太快，產生的小分子結構較多，不能形成長鏈的交聯固化物，導致固化物強度較小。綜上所述，本研究選擇w（消光固化劑）=5.97%時較適宜。
2.1.2消光固化劑種類對涂膜性能的影響
消光固化劑的種類不同，EP粉末涂料靜電噴涂所形成涂膜的各項性能也相應不同。消光固化劑分別為B68和XGP603-1A時對涂膜各項性能的影響如表3和表4所示。
用于金屬基材環氧樹脂粉末涂料的研制
用于金屬基材環氧樹脂粉末涂料的研制
用于金屬基材環氧樹脂粉末涂料的研制
用于金屬基材環氧樹脂粉末涂料的研制
由表3和表4可知：在其他各組分都相同的條件下，以XGP603-1A為消光固化劑，EP樹脂GESR902、GESR912、E-12和GESR903H的涂膜光澤度明顯低于B68為消光固化劑的涂膜光澤度。沖擊強度和流平性各有高低，附著力都為0級。綜合來看，XGP603-1A為消光固化劑時的涂膜性能優于B68。
2.2EP樹脂對涂膜性能的影響
EP樹脂是EP粉末涂料的重要組成部分。EP樹脂的各項指標對粉末涂料性能有著重要影響。為比較不同品種的EP樹脂對EP粉末涂料涂膜性能的影響，本試驗選用65gEP樹脂GESR924分別與EP樹脂GESR903H、GESR902、GESR912、DER663U、S-903H、CYD-014U和E-12各500g相配合作為基體樹脂，采用表1中的配方（B68用量為50g），制備出一系列EP樹脂粉末涂料。
由表3可知：各種EP樹脂的消光效果由好到壞的順序為E-12、GESR902、CYD-014U、GESR912、GESR903H、DER663U和S-903H，其中CYD-014U、GESR912和GESR903H的效果相差不大，而E-12和GESR902的效果相對較好，但S-903H的效果相對較差。由表4得到的順序為GESR902、E-12、GESR912、GESR903H，而表3和表4中光澤度達到5%以下的有E-12（B68）、GESR902（XGP603-1A）、GESR912（XGP603-1A）和E-12（XGP603-1A）。
理論上，EP樹脂中的EP基含量（即EP值）與Mr成反比，即EP值越小，EP樹脂平均分子量越大，軟化點相對較高，固化產物具有較好的耐彎曲和耐沖擊性能，粉末涂料的儲存性能也較好。但只有EP樹脂和消光固化劑在等當量的配比范圍內時，EP粉末涂料才有合格的物理和化學性能。從這個角度來說，相同質量的EP樹脂，平均分子量越高，需要配比的消光劑的量越少。即分子量越高，越劃算。
從表2和表3可知，當消光固化劑的實際用量（3.97%）遠小于消光固化劑和EP樹脂等當量配比用量時，其沖擊性能明顯下降，因此需要取得EP當量的平衡。GESR903H、GESR912、CYD-014U、DER663U的消光效果差不多，其中GESR903H、CYD-014U、GESR663U的沖擊性能較好，而GESR912的較差，也是因為配比不當的原因。E-12的消光性能較好，但沖擊性能很差，主要是因為其樹脂中可水解氯太高，樹脂中含有較多雜質的原因。
因此，只追求消光效果可選用分子量較小的EP樹脂。而需要綜合性能較好時選用分子量較大的EP樹脂。GESR903H的消光性能和DER663U、CYD-014U、S-903H差距較小，可相互替代。GESR912和GESR902可進一步提高消光效果。
不同牌號的EP樹脂所得粉末涂料的涂膜性能有一定的差異，而造成這種影響的原因是不同廠家不同規格EP樹脂的制造工藝和其內在技術指標存在一定的差異，而且不同EP樹脂所用的原材料組成也存在差別，致使EP樹脂的結構出現不同；另外，各種規格的EP樹脂合成時所用的催化劑和促進劑也不同。以上這些差異就造成了合成的EP樹脂相對分子質量、熔融黏度、反應活性等的差別，最終會影響所得EP粉末涂料的膠化時間、熔融水平流動性，還影響涂膜的外觀和其他一些物理機械性能。
2.3助劑的選擇
助劑在粉末涂料配方中用量很小，但其作用卻不可忽視，常用的助劑有固化促進劑、消光劑、流平劑、邊角覆蓋改性劑、涂膜增光劑和粉末松散劑等。經過對比選擇，本配方中采用B68為消光固化劑、安息香為固化促進劑，通過這些助劑的添加，加快了樹脂與固化劑之間的反應，降低固化溫度，縮短固化時間，減少固化劑用量；同時樹脂的外觀、光澤、機械性能和化學性能也得到相應的改善。
采用DSC法進行分析，消光固化劑為B68和XGP603-1A時，DSC曲線的特征數據分別如表5和表6所示。
用于金屬基材環氧樹脂粉末涂料的研制
用于金屬基材環氧樹脂粉末涂料的研制
用于金屬基材環氧樹脂粉末涂料的研制
用于金屬基材環氧樹脂粉末涂料的研制
由表5和表6可知：EP樹脂的消光性能與DSC圖上的平均每分鐘放熱量及峰頂溫度Tp有關。平均每分鐘放熱量越大，峰頂溫度Tp越低，得到的涂膜光澤度越低。而峰始溫度To、放熱時間與光澤度沒有很強的關聯性。因此可以認為，EP樹脂與消光固化劑的反應活性對消光效果的影響至關重要，反應活性越好，消光效果越好。這可能是因為反應活性越好，環咪與樹脂反應越劇烈，這樣剩下的樹脂與酸酐反應時，兩個反應的差距越大，造成的微觀平整性破壞越大，所以得到的涂膜光澤度越低。三類不同牌號的EP樹脂GESR902、GESR912和GESR903H之中，GESR902分子量最小，反應性最大；GESR903H的分子量最大，反應性最小。因此GESR902的消光效果最好，GESR903H的消光效果最差。
3結語
以EP樹脂為基體、XGP603-1A為消光固化劑、安息香為固化促進劑、炭黑為顏料和硫酸鋇為填料，采用熔融共混法可制備出性能優良的EP粉末涂料。
（1）當w（GESR924）=6.47%、w（安息香）=0.30%、w（硫酸鋇）=18.30%、w（炭黑）=4.99%和w（消光固化劑XGP603-1A）=5.97%時，體系固化最完全，涂膜具有較低的光澤度（3.3%）、較高的沖擊強度（147.05J/m）、優異的附著力（0級）和流平性。
（2）當EP為GESR902和E-12時，涂膜的光澤度（達3.3%）相對較低。
（3）EP樹脂與消光固化劑的反應活性對消光效果的影響至關重要，反應活性越好，消光效果越好。