MDF低温固化粉末涂料制备及性能研究（1）

2．结果与讨论

2.1 MDF聚酯-环氧树脂粉末涂料的反应性

2.1.1 两种MDF聚酯-环氧树脂体系反应性的对比

    将所制备的T-1及T-2样品进行DSC完全非等温升温程序扫描，结果如表3（Tab.3）中所示。其中发现T-2其粉末玻璃化转变温度Tg0高于T-1约3°C，此主要来源于PE-2树脂较高的Tg值。但T-1与T-2反应完全时所得产生的Tg1差距缩小为1.5°C涂料在线coatingol.com。

Tab.3 MDF聚酯-环氧树脂体系的反应焓DSC非等温扫描

Tab.4 MDF聚酯-环氧树脂体系的反应焓

Tab.5 MDF聚酯-环氧树脂体系的反应度

Tab.6 MDF聚酯-环氧树脂体系不同反应条件下Tg的变化

2.1.2 催化剂QAS对聚酯-环氧树脂体系反应性的影响

    由上节分析结果发现，以PE-2为基础的聚酯-环氧树脂体系更适应于粉末涂料的低温固化反应，有利于MDF粉末涂料的制备。但T-2的反应活性需要进一步提高以满足MDF低温反应的要求，如在固化时间及温度条件确定的130°C/3min条件下，固化后的涂膜耐蚀性要达到MEK≥A3，及耐化学品抗性2级要求。

Tab.7 催化剂QAS对聚酯-环氧树脂体系反应性的影响

Fig.3 催化剂QAS对聚酯-环氧T-2反应性的影响

    聚酯-环氧反应粉末涂料常用的催化剂有季铵盐、季鏻盐、咪唑及其衍生物、有机金属络合物、酸或者胺封闭磺酸等，其中前三类应用较多。咪唑及其衍生物，它的作用机理不同于其它另外两种，既能利用叔氮原子作为阴离子型催化剂促进环氧开环，又能利用仲胺上的活泼氢参与对环氧基的加成反应，是高效的催化剂，但该类催化剂容易使固化后的聚酯-环氧体系泛黄。季鏻盐与季铵盐作用类似，且季鏻盐具有十分优异的热稳定性，也常用作聚酯-环氧树脂体系的催化剂，但其催化活性不及季铵盐。季铵盐（QAS）目前应用较多的聚酯-环氧固化剂，本文将选择QAS作为催化剂使用。

Tab.8 催化剂QAS对聚酯-环氧反应性的影响

  PE-2分子结构中存在的可以促进环氧基与羧基反应的单体结构单元，使得聚酯与环氧体系T-2进行DSC非等温扫描时Tp可降低到165°C以下，起到主催化的的作用。在T-2中加入QAS量达到1%后，对T-2-3的DSC非等温扫描所得的反应放热峰从164.28°C降低到153.89°C，变化相对较小（如图3及表8所示），QAS为辅助催化作用。但QAS的加入使T-2的凝胶时间缩短（如表7所示），MEK抗性提高，这主要来源于QAS的加入使得T-2的反应起始温度降低（如表8所示），进一步加速了T-2在低温条件下的固化反应。

    QAS的加入使得T-2聚酯-环氧的起始反应温度Ti降低，促使聚酯-环氧在更低温度即开始反应，对聚酯-环氧粉末生产中的挤出过程稳定性产生较大的影响。如表7中所示，当加入QAS的量为1%时，T-2-3在挤出时会产生胶质。T-2-3粉末在涂于MDF成膜后有颗粒的存在，严重影响涂膜的外观。为使T-2有较好的表面抗性及制备过程中的挤出稳定性， QAS用量为0.5%时较为合适。

2.2 砂纹表面粉末涂料

2.2.1 粉末粒径分布对涂料成膜状况的影响

    基于T-2-2 在130°C/3min较好的固化效果及挤出稳定性，本文即在此基础上制备两种不同表面微观形貌的粉末。然而粉末粒径分布对粉末涂料的施工质量及涂料成膜状况也有很大影响，其中包括施工过程中的上粉率、施工稳定性、粉末回收率及涂料成膜后的外观、流平性等众多方面，所以粉末粒径需要控制在适当的范围之内以兼顾粉末施工稳定性及涂膜外观所需的要求。

Tab.9 Texture-1粒径D(0.5)对涂料成膜表面的影响

在Texture-1配方基础上使用相同挤出工艺但不同研磨工艺可制得粒径不同的粉末。而后在控制涂膜厚度相同的情况下，使用不同粒径的粉末去涂布MDF并在IR热炉中进行固化。由表9所示可知，除粒径太大的粉末D(0.5)超过40µm时，所制备的涂膜表面出现颗粒外，其余未发现存在颗粒。由此可知粉末挤出工艺控制适当，挤出物中未出现胶化的颗粒。而粒径大的粉末涂膜出现颗粒来自于其大粒径粉末颗粒的存在。而粉末粒径越小，粉末固化时流平性越好，外观越平整细腻，光泽度越高；但粉末粒径太小会使粉末颗粒带电性降低，涂装施工效率会下降，且很难涂布膜厚较高的涂膜，如D(0.5)为23µm时较难得到膜厚高的涂层。而增大颗粒粒径，粉末带电量增加，上粉率提高，有利于高膜厚涂层的制备；但粉末粒径太大会使涂膜的粗糙度增加并使光泽度降低。由此可知，粉末粒径控制在25-30µm的范围内是较佳的选择。

2.2.2 两种砂纹粉末涂料的性能

    依据Texture 1与Texture 2配方，在前述挤出工艺参数设置条件下，控制粒径D(0.5)在25-30 µm的范围内制备了两种砂纹粉末。此两种砂纹粉在130°C/3min的固化条件下，在红外烘箱中形成的涂膜其表面抗性如表10所示。由表中所示结果表明两种砂纹粉末涂膜表面可以满足2级表面抗性的要求，可用于MDF家俱的制备。但肉眼观察发现二者有较为接近的表面外观，但砂纹剂量少的光泽度较高。

Tab.10 两种砂纹粉末及其涂膜性能

粉末涂料涂敷的MDF板材制成的成品家俱，在潮湿的环境下，长期使用过程中板材极易吸水受潮。而受潮的MDF板易膨胀，使得涂敷的粉末涂料涂膜受到该膨胀压力而产生形变出现裂缝，甚至使MDF板整体开裂，即会影响家俱的使用寿命。因而在制造成品家俱前要对粉末涂布的MDF板在极端条件下评估其耐水膨胀性。

Tab.11 MDF砂纹粉末涂膜的耐水膨胀性

本文采用佐敦内部方法MDF耐水膨胀性加速测试方法，对两种粉末Texture 1与Textue 2涂布的MDF板材，受水浸润48小时进行其耐水膨胀性测试。结果如表11所示，在MDF板面及边缘都未发现裂缝，可知二者都有极佳耐潮湿性能。

2.2.3 砂纹粉末涂层微观形貌

    利用基恩士电子显微镜VHX-5000，在200×的倍镜下观察发现两种砂纹粉末有较大的涂膜微观效果差异，结果如表12所示。Sa为算术平均高度，表示到表面的平均面高度的绝对值的算术平均值，用于表征涂膜表面的精糙度；Sv为最大谷深，表示到表面的平均面高度的最小值的绝对值；Sz为最大高度表示从表面最高点到最低点的距离；Vvv为谷部的空隙容积[9]。由这些参数发现Texture 1较Texture 2为粗糙，在于Texture 1加入较多的砂纹剂。这也可以从另一角度解释Texture 1光泽高于Texture 2的原因。

Tab.12 两种粉末涂膜的微观效果

3．结论

(1) 对比MDF聚酯PE-1与PE-2与环氧的化学反应性，发现PE-2与环氧树脂有更好的低温反应活性，有较强的自催化效果。由其制备的T-2粉末在130°C/3min的条件下，其固化度超过了70%，有较好的耐MEK抗性。

(2) QAS催化剂对T-2系列聚酯-环氧固化体系的反应活性有一定的提高，降低反应放热峰所对应的温度，但其主要作用在于降低聚酯-环氧固化体系的起始反应温度点，更有利于T-2的低温固化。QAS在T-2中用量为0.5%为时的T-2-2，其低温反应性及挤出工艺稳定性俱佳。

(3) T-2-2基础上制备的两种砂纹粉末涂料，其在红外烘箱中固化形成的涂膜有好的表面抗性，可以满足表面抗性2级的要求。利用基恩士电子显微镜可以定性观察该砂纹粉末涂料涂膜的表面纹理效果，而且可以应用相关参数将砂纹涂层表面形貌进行定量分析描述。