产业白皮书小课堂 | 第9期:粉末涂料固化工艺现状分析

粉末涂料固化工艺是决定涂装质量的最后一个环节，固化不完全或过烘都会影响涂层性能，甚至导致涂料性能失效。

粉末涂料固化工艺中最主要的设备为固化炉，静电粉末喷涂后的基材进入固化炉加热升温，通过合适的固化温度和时间，使得粉末涂料在基材上熔融流平成膜。

固化温度和时间因粉末涂料的树脂品种而异。对于热塑性粉末固化温度温度的差别较大，从200℃到400℃不等；热固性粉末涂料固化温度一般在都180～200℃之间。

粉末涂料固化炉按加热方式可分为辐射加热、热风对流加热。

粉末涂料固化炉型式又分为桥式、直通式和箱式等，其中桥式和直通式是连续通过式，适用于自动化流水线生产，箱式适用于间歇式生产。

图：不同类型固化炉对比

粉末涂料虽然是公认的经济环保涂料，但其固化工艺中需要较高的固化温度。不仅导致生产过程中能源消耗量大，而且不适用于热敏性基材，如焊锡件、塑料、木材等不耐高温的基材，制约了粉末涂料应用推广。为了改善固化温度高这一问题，实现粉末涂料的低温固化，已成为粉末涂料业界未来发展方向之一。

粉末涂料的低温固化有两种实现路径，一是在保持温度不变的条件下，大大缩短固化时间，提高生产效率，减少能源消耗；二是通过提高树脂与固化剂的反应活性来降低反应温度。但实现粉末涂料低温固化在技术上有较大难度。一方面，粉末涂料的固化工艺是一种低温潜伏性的固化工艺，低温反应活性较高会对粉末制粉中的挤出与粉末成品的储存稳定性造成一定影响；另一方面，低温固化粉末涂料的树脂与固化剂均是较高软化点的固体，在低温下熔融黏度高，涂膜流平性差，会对涂层效果造成不利影响。如果采用软化点较低的树脂与固化剂，虽然可以降低熔融黏度，但粉末的储存稳定性变差，需要低温冷藏保存和运输，这将增加粉末成本。因此，降低粉末涂料的固化温度就存在粉末涂料反应活性与储存稳定性矛盾的情况，寻求一种能适合粉末储存既有较高的软化点又有合适的反应活性的树脂与固化剂是制备低温固化粉末涂料的关键。

为了解决低温固化存在的问题，紫外光固化粉末涂料和NIR（近红外）固化粉末涂料也开始崭露头角。紫外光固化与NIR固化作为新型固化工艺，虽然由于成本高，还未在中国工业中推广，但通过研发改进降低成本后，具有很大的发展潜力。这些技术还需要通过发展规避一些故有的瓶颈。如解决被涂零件的形状影响、某些特定颜色不易固化等。

图：不同类型固化炉对比

艾勒可95-105℃固化超低温粉末涂料体系主要原理是采用了迈克尔加成反应机理。迈克尔加成反应是有机化学中的经典反应，其基本反应机理是亲核的碳负离子（电子给体）与亲电的共轭体系（电子受体）在碱的催化下进行的共轭加成反应，在液体中运用已经非常成熟。该体系首先由无定形/结晶、不饱和碳碳双键聚酯（属于缺电子）及另一组分含有无定形酮式⍺-CH酸性质子官能团聚酯（属于富电子），在强碱的催化剂的作用下产生的化学反应。

在传统液体中的迈克尔加成反应，可使用强碱的催化剂，但对于粉末涂料而言，在挤出时，很难采用强碱的催化剂，在这种情况下，设计强碱的催化体系尤为重要。我们采用的是通过胺盐/环氧复合催化剂等催化剂，催化剂前驱体在含有环氧基团的激活剂作用下，环氧基团开环，生成中间产物——烯醇结构的负离子。这个负离子是一个强碱，通过这个负离子，引发电子受体和供体的化学反应。所以在实际的产物里，强碱是不存在的，只是通过中间产物强碱，引发了迈克加成反应，本身的化学反应，还是可以持续下去。

目前，艾勒可（宜可居）95-105℃固化低温粉末也已实现了商业化。

图：不同类型固化炉对比

固化及涂层性能：针对中密度纤维板、榉/橡木、硅酸钙板、预处理铝板，都进行了测试，中密度纤维板、榉/橡木、硅酸钙板采用的是中红外辐射，预处理铝板采用热风，测试结果均达到了客户试产的要求。

图：不同类型固化炉对比

在储存稳定性方面，做了60天储存稳定性，相较于115-125℃的粉末，稳定性要更好。

图：白色砂纹粉末涂料（粒径D50 32μm）储存（20℃）稳定性