紫外線(xiàn)固化粉末涂料(紫外粉末)兼具熱固性粉末涂料和液態(tài)紫外線(xiàn)固化涂料的優(yōu)點(diǎn)。它與普通粉末涂料的不同之處在于，熔化和固化明顯分為兩個(gè)過(guò)程：受熱后，紫外線(xiàn)固化粉末涂料顆粒熔化并流動(dòng)形成均勻的涂膜，而涂膜只有在紫外線(xiàn)照射下才發(fā)生交聯(lián)。該技術(shù)中采用的最常見(jiàn)交聯(lián)機制是自由基反應：熔化涂膜中的光引發(fā)劑被紫外光活化，生成的自由基會(huì )引發(fā)包含樹(shù)脂雙鍵的聚合反應。

涂料的最終形態(tài)和性能取決于選擇的樹(shù)脂體系、光引發(fā)劑、顏料、填料、助劑、粉末涂料工藝條件以及固化參數。特定配方和固化條件下的交聯(lián)率可以采用光差動(dòng)熱分析法進(jìn)行測量1。

紫外粉末涂料的最新研究已經(jīng)取得了相當出色的成果，在低至100OC溫度下即可達到平滑的涂膜2。工藝和經(jīng)濟優(yōu)勢均推動(dòng)了紫外粉末技術(shù)快速發(fā)展。

圖1表現了這種快速發(fā)展，它統計了在過(guò)去30年間的專(zhuān)利數量。

1996-1998年期間，紫外粉末技術(shù)專(zhuān)利申請的數量迅速增加。另外還應當提到的是，紫外粉末概念的"擁躉們"早在上世紀七十年代就已經(jīng)非?；钴S了。

現在市場(chǎng)上有許多種可以用于配制自由基聚合固化紫外粉末的固態(tài)樹(shù)脂體系,其中包括了丙烯酸聚酯、甲基丙烯酸聚酯和聚丙烯酸酯3、反丁烯二酸聚酯4及其與固態(tài)乙炔醚的混合物5、丙烯酸或甲基丙烯酸環(huán)氧樹(shù)脂6、不飽和聚氨酯體系7等等。還有一些專(zhuān)門(mén)的環(huán)氧樹(shù)脂可以用于基于光致陽(yáng)離子機理的紫外固化粉末8。

為紫外粉末而研制的聚酯和環(huán)氧混合物能夠充分滿(mǎn)足木器、合成木料、塑料、金屬等帶來(lái)的嚴格要求。盡管結合了聚酯和環(huán)氧樹(shù)脂的"混合粉末"作為熱固性粉末已為人熟知達20余年，但其低溫(比如120OC)固化度只能在很長(cháng)的固化時(shí)間后才能"剛剛滿(mǎn)足要求"。與之相反，紫外固化粉末涂料膜在受熱和紫外線(xiàn)照射下只需"幾分鐘"就能達到最嚴格的標準9。

用于紫外粉末的聚酯/環(huán)氧混合物

甲基丙烯酸聚酯和丙烯酸環(huán)氧樹(shù)脂相結合，為固化膜提供了出色的綜合性能。聚酯骨干使涂料在測試中表現出良好的耐候性，而環(huán)氧骨干則提供了良好的耐化學(xué)品性能、附著(zhù)性能和平整性。這類(lèi)紫外粉末可以取代中密度纖維板上的聚氯乙烯貼膜，在家具行業(yè)中具有誘人的前景。
聚酯/環(huán)氧混合物的制備分為4個(gè)主要步驟：

1. 在240OC溫度及酯化催化劑(如丁基錫酸)作用下， 熔體中鄰苯二甲酸衍生物(PA)同某種二醇比如新戊二醇(PG)通過(guò)縮聚反應生成羧基止鏈聚酯。

2. 保持熔融羧基止鏈聚酯溫度低于200OC，加入甲基丙烯酸縮水甘油醚(GMA)。添加"環(huán)氧/羧基"的快速反應將甲基丙烯酸接枝到聚酯鏈末端。由于毒理學(xué)原因，從來(lái)沒(méi)有使用過(guò)丙烯酸縮水甘油醚。使用適當的抑制劑，可以避免雙鍵的膠化作用2。

3. 向一種熔融雙環(huán)氧樹(shù)脂中加入丙烯酸(AA)，生成一種環(huán)氧二丙烯酸酯聚合物。

4. 通過(guò)擠壓將甲基丙烯酸聚酯同丙烯酸環(huán)氧樹(shù)脂均勻混合。
在試驗聚酯/環(huán)氧的最佳配方時(shí)研究了以下方面：

1.在鄰苯二甲酸, 對苯二甲酸和異苯二甲酸之間選擇芳香二元酸(PA)

2.用某種脂族二元酸如己二酸或1,4-環(huán)己烷二羧酸部分取代所選擇的芳香二元酸(PA)。

3.用其他二醇如1,2-乙二醇、1,6-己二醇或1,4-環(huán)己烷二甲醇部分取代新戊二醇。

4.用多官能團單基物如三羥甲基乙烷或三苯六甲酸分枝 聚酯鏈。根據Flory方程確定所選擇分枝單元的重量百 分數，以避免聚酯在合成時(shí)膠化10。

表1將一種簡(jiǎn)單的甲基丙烯酸聚酯同該聚酯與一種基于雙酚-A和表氯醇的3型丙烯酸環(huán)氧樹(shù)脂11的兩種混合物進(jìn)行了比較。

可以看到，不同體系的熔化粘度明顯不同，其中混合物2最有利于在不降低樹(shù)脂混合物玻璃態(tài)轉變溫度Tg的條件下達到涂膜的高平整度，保證了粉末涂料的良好儲存和搬運性能。
粉末涂料的紫外線(xiàn)固化

用甲基丙烯酸聚酯及其混合物配制成粉末涂料，進(jìn)行紫外固化測試。涂料配方列于表2，測試中采用的加熱/固化曲線(xiàn)如圖2所示。

首先使用中紅外輻射熔化粉末顆粒，第二步采用對流加熱形成涂膜，第三步采用紫外線(xiàn)照射使涂膜固化。紫外輻射總是會(huì )提高表面溫度，但測量結果清楚地表明，僅僅除表層以外，溫度都是完全受控的，在不到3分鐘的整個(gè)測試周期內均不超過(guò)110oC，固化時(shí)間比熱固性粉末在140oC左右固化所需時(shí)間短得多。

在紫外線(xiàn)照射劑量較低時(shí)，雙鍵的轉化使聚酯/環(huán)氧紫外粉末表現出更大的反應性(表3)。采用甲乙酮擦洗法檢驗雙鍵轉化的質(zhì)量。

Tg和熔化粘度的優(yōu)化

合成反應選用的鄰苯二甲酸衍生物(PA)所生成的甲基丙烯酸聚酯，Tg非常接近，但熔化粘度差別很大。聚酯與丙烯酸環(huán)氧樹(shù)脂混合后具有高Tg和低熔化粘度，提供了一種優(yōu)化涂料平整度的低熔化粘度結合劑

為了使含有甲基丙烯酸聚酯A和丙烯酸環(huán)氧樹(shù)脂的結合劑達到更低的熔化粘度，對5種改性劑進(jìn)行了研究。

1. 自然重量百分數的聚酯分枝單元。

2. 用己二酸(一種長(cháng)鏈脂族二元羧酸)部分取代鄰苯二甲酸衍生物(PA)。

3. 用1,6-己二醇(一種長(cháng)鏈脂肪族二醇)部分取代新戊二醇(NPG)。

4. 用一種同樣基于雙酚-A和表氯醇的2型丙烯酸環(huán)氧樹(shù)脂取代3型環(huán)氧樹(shù)脂。

5. 用一種基于氫化雙酚-A的脂肪族環(huán)氧樹(shù)脂取代芳香族環(huán)氧樹(shù)脂。

相關(guān)樹(shù)脂的性質(zhì)列于表5

改性劑4和5使Tg降低到不可接受的程度。應當記住的重要一點(diǎn)是，結合劑中每加入1%羥基甲酮光引發(fā)劑，會(huì )使結合劑的Tg降低約2oC12?；谶@兩種體系的粉末在搬運和儲存過(guò)程中產(chǎn)生難以細化成粉末的擠出物。粉末儲存時(shí)會(huì )出現一些結塊，粉末從喂料器到噴槍的輸送過(guò)程中會(huì )產(chǎn)生一些熔化粘結。當然，如果這些問(wèn)題能夠輕松得到解決(比如使用空調作業(yè)區、用冷卻研磨機進(jìn)行細化等)，那么這兩種結合劑都可以形成平整的涂膜。

高性能粉末涂料研究實(shí)例
平整亞光膜紫外粉末

通過(guò)特定聚酯和環(huán)氧樹(shù)脂的混合，獲得了金屬和中密度纖維板的平整亞光飾面。平整亞光清漆可以成功涂刷在硬木、貼面復合板(如櫸木、粉煤灰復合板、柞木)及彈性地板用聚氯乙烯上。結合劑中的環(huán)氧成分增強了所有涂料的耐化學(xué)品性能。使用改性劑1的結合劑具有最佳的平整度(表5)，而且粉末沒(méi)有嚴重的搬運和儲存問(wèn)題。
木制家具紫外粉末

聚酯和環(huán)氧結構相結合，使紫外粉末可以涂刷在中密度纖維板上并且通過(guò)DIN 68861標準測試，包括耐化學(xué)品性、耐磨性、防劃傷性和耐熱性。近期發(fā)表的4篇論文9, 13-15詳細介紹了測試結果。

聚酯/環(huán)氧的比例對加速耐候測試結果有影響：結合劑中聚酯越多，涂料黃化現象越輕。如果必須通過(guò)這種加速耐候測試的話(huà)，就要在抗紫外線(xiàn)照射能力與耐化學(xué)品性能或平整度之間權衡以找到折衷方案。

提高對金屬附著(zhù)力的紫外粉末

基于聚酯/環(huán)氧混合物的紫外固化粉末涂刷在金屬基材上表現出優(yōu)異的附著(zhù)力，而附著(zhù)力高意味著(zhù)耐腐蝕性強。根據ASTM B 368標準的銅加速鹽霧測試(CASS)被用來(lái)分析涂刷在黃色鉻化鋁和電解鍍鉻鋼上的清漆和白漆的防腐性能1。

塑料清漆

當作為透明保護層涂刷在聚氯乙烯、彈性地板瓷磚或原產(chǎn)片狀模塑(SMC)板時(shí)，聚酯/環(huán)氧混合物使紫外粉末具有高度的靈活性和耐化學(xué)品性13。亞光清漆的耐磨性也很好，但若想獲得全光清漆則還需要作進(jìn)一步研究。

紫外固化調色劑

與一家調色劑生產(chǎn)商共同研究的結果表明，使用(甲基)丙烯酸聚酯/環(huán)氧混合物作為調色劑的結合劑，在熔化和紫外固化后可以獲得期望的調色劑性能。
結論

紫外粉末中使用聚酯和環(huán)氧混合物，應用在木制家具、金屬、塑料和調色劑等方面具有出色的平整度、附著(zhù)力和耐化學(xué)品性能。為得到低熔化粘度和45°C以上玻璃態(tài)轉變溫度的最佳組合，進(jìn)行了結構改性研究,結果使紫外粉末消除了嚴重的搬運和儲存問(wèn)題。

通過(guò)將基于鄰苯二甲酸衍生物和新戊二醇的甲基丙烯酸聚酯同丙烯酸與(雙酚-A和表氯醇聚合產(chǎn)生的)3型環(huán)氧樹(shù)脂的反應產(chǎn)物相混合，得到了一種核心結構的設計。