1、前言
在我国，铝型材已经在很多行业得到广泛应用，与我们的生活密不可分，因而如何使铝型材能够使用得更加长久，铝型材的表面涂装越来越重要。而其中，粉末涂装以其高生产效率，高的回收使用率和对环境污染少的特点深受广大铝型材制造商的喜爱。粉末涂料一般都是在200℃×10min下实现涂膜的完全固化，这个烘烤过程需要消耗大量的能源，而广东省作为铝型材生产的大省，年产量占到全国的60%，如何减少能源的消耗及减少废气的排放成为重中之重。
一般粉末的固化温度在（180~200）℃×（20~10）min，烘烤温度较高，对于诸如焊锡件，组装电子元件，塑料，木材，纸张等不耐热的被涂物的涂装带来了困难，200℃对于很多日常用品来说都太高了，无法用粉末涂装技术进行涂装，制约了粉末在这些方面的应用。降低烤炉的温度则能在一定的程度上减少能源的消耗，也能减少各种废气的排放。因而低温固化越来越被大家所重视，低温固化技术也得到发展，不过要说成熟和大量的应用，在国内来说还有很长的路要走。
2、低温固化工艺与技术
粉末涂料的低温固化，是通过提高树脂与固化剂的反应活性来达到的，树脂和固化剂的反应基团活性的改进，分子结构的控制，催化剂或促进剂新品种的开发，都是降低反应温度可能采取的措施。低温固化粉末涂料，固化温度低，熔融粘度高，因此涂膜流平较差，同时由于粉末涂料的反应活性强，影响贮存稳定性，二者相互牵制，需平衡解决才能工业化。
从粉末涂料的推广应用来说，最好是低温固化的同时，还可以快速固化，这样有利于提高生产效率的同时还可以节约能源，而且低温快速固化，可以缩短烘烤炉的长度，减少占地面积，降低涂装线的成本。
铝型材用粉末涂料的低温固化要求就没有像那些热敏性的材料那么高，仅仅是从节省能源方面考虑，低温固化做到160℃×10min固化就可以，这样可以在生产效率不变的情况下最大限度的减少能源的消耗。建筑用的铝型材大多都是用于户外的，对于性能要求比较高，特别是耐候等级一定要高，聚酯粉末涂料基本能够满足耐候要求。铝型材用聚酯粉末涂料的低温固化要求在不降低涂膜外观及性能的条件下，实现160℃×10min固化。
3、低温固化粉末涂料配方设计
3.1 常规树脂的低温固化实验
如下表一，多种常用的聚酯树脂在常规配方，正常的条件下熔融挤出，破碎，磨粉，固化条件160℃×10min。
常规用的中等酸值树脂聚酯-1，聚酯-3均不能在TGIC体系中实现160℃×10min完全固化，涂膜表面橘皮明显，流平差，涂膜性能达不到要求。同时在粘度较高，反应速率更快的高酸值树脂聚酯-6中，也无法实现160℃×10min完全固化，而且表面还有很多针孔。
聚酯-2树脂在TGIC体系中固化，涂膜的各项性能都可以满足要求，同时，该粉末涂料胶化时间较短，比较理想，可以用于低温快速固化。只是从外观上看，流平稍差，且有轻微失光，光泽较低，可考虑引入一种功能性助剂予以解决。
表一：常规聚酯树脂低温固化
众所周知，β-羟烷基酰胺（HAA）是一种在国际上广为使用的纯聚酯粉末涂料体系固化剂。由于TGIC有较强的毒性，对环境和人体健康都有一定的影响，所以在世界许多国家和地区早已开始抵制对它的应用，与此同时，TGIC的替代品——毒性较低的HAA备受青睐。
表二：HAA低温固化
聚酯-2树脂在HAA体系中不能160℃×10min完全固化，反应速率明显变慢很多，且涂膜很不平整，耐冲击性能测试就出现开裂脱落现象，不能满足要求。聚酯-5与聚酯-2相类似，也出现了同样的问题。高酸值树脂聚酯-6反应速率很快，但是没有充分的固化，涂膜的致密性不够，而且也存在表面针孔的现象。
常用聚酯-3也可以在T-105M中，160℃×10min条件下固化，涂膜均能满足各项机械性能要求，涂膜流挂，聚酯-3的反应时间过长，涂膜光泽明显偏低，只有50%左右。聚酯-4，聚酯-7均能在T-105M中，160℃×10min条件下固化，涂膜能满足各项性能要求。
对T-105M固化的各个树脂也进行了耐沸水测试，只有聚酯-3，聚酯-4，聚酯-7，在保光率，色差方面均能做到合格，其他的色差都很大，涂膜表面有起泡，脱落的现象。
聚酯-2与聚酯-4均能在160℃×10min完全固化，外观与各项性能指标都相差不大。不过，聚酯-2与聚酯-4相比，反应要更快。同时也分别进行了200℃×3min，180℃×6min的固化实验，两者都能满足要求。在我国，铝型材用HAA体系的粉末涂料应用还不够多，因为HAA体系还存在诸多的缺点：在制备高光粉末涂料时，用HAA固化的涂膜表面光泽没有TGIC体系高；与HAA配套的聚酯树脂在应用上还存在一些问题；HAA体系不宜厚涂；HAA的抗黄变性没有TGIC好。这些是用户反映得比较多的问题，当然还有其他方面的一些原因。但是最根本的一个原因应该是人们已经用习惯了TGIC，哪怕是在试用HAA的时候，也是拿TGIC作为参考标准。所以本来应用就不多的HAA体系很难能更多的应用在铝型材低温固化粉末涂料。
寻找能够提高树脂和固化剂反应活性的试剂，即低温催化剂，从而达到能让常规树脂也能160℃×10min固化，从而能更好的解决遇到的一些难题。
3.3 催化剂催化低温固化实验
催化剂1是一种自交联的超耐侯性树脂作载体合成的催化材料，能够提高聚酯反应活性，使得粉末涂料固化剂也能够在160℃下具有很高的反应活性。
表三：催化剂低温固化实验
3.4 不同催化剂对比及流平剂的对比
（1）由于催化剂1虽能使涂膜的机械性能满足需求，但是如HAA体系一样，也存在光泽过低，无法满足高光粉的问题，在此尝试多种不同的纯聚酯低温催化剂的催化效果，以及相互之间催化性能的对比。
表四：不同催化剂的对比
B、C、D在三种不同的催化剂催化下均能完全固化，与常规配方A相比，各项性能均能达到要求，粉末涂料反应速率都比较快。各项性能的对比上，B、C的硬度等级测试比D的要好一些，同时也做了耐沸水和人工加速老化试验。耐沸水实验中，工件放置在高压锅中，0.1个大气压的条件下，煮沸一个小时，发现B、C、D表面均很平整，没有起泡和脱落的现象出现，色差在标准的范围之内。经过人工加速老化试验，涂膜表面虽然有一定的变化，但是也没有出现粉化或者脱落的现象，保光率和色差都能达到要求。
（2）通过反复的实验发现，使用常规的流平剂很难能够使涂膜的流平有很大的提高，如B、C与A之间的对比，均无法使涂膜的表面流平变好，而且涂膜的光泽依然很低，制备高光粉还有一定的难题，因为很多的流平剂本身熔融温度就比较高，无法在低温的条件下能降低粉末涂脸的熔融粘度，对流平的促进作用不大。
4、低温固化问题探讨
在本实验中，用聚酯树脂-2做的铝型材用粉末涂料可以在不添加助剂的的条件下，以TGIC作为固化剂，在160℃×10min条件下固化，流平不够理想，各项性能指标也达到要求，也进行了多次改善流平的试验，效果不明显。也实验了该树脂HAA体系的低温固化粉末涂料，发现容易出现流挂的现象，而且对于HAA体系，使用还不是很广泛，性能上比不上TGIC固化的粉末涂料。所以最好的方法就是使用催化剂，即在常规的配方中加入适量的催化剂，以提高树脂和固化剂的反应活性，使得粉末涂料能在160℃×10min固化，固化后的涂膜无论是外观还是性能均能满足要求。但是也存在一些问题，那就是使用催化剂后，由于反应速率太快，表面光泽偏低，因此，高光涂膜表面还有待进一步研究。
5、结语
本文介绍了铝型材用低温固化粉末涂料的发展和研究方向，重点讨论了树脂的选择和催化剂的使用，并对低温固化粉末涂料普遍存在的流平及光泽问题进行了探讨。铝型材用低温固化粉末涂料在解决节能、高效的基础上实现了经济效益的最大化，是可持续发展的重大举措。
低温固化粉末涂料的选择途径有：寻找能低温固化的树脂，如聚酯-2；HAA固化体系；开发低温固化催化剂；第一第二种方法由于需要特定的树脂，需要制备特定性能要求的树脂；而低温催化剂的使用则显得更简单一些，既加入适量的催化剂，不会影响制粉的工艺和涂装的工艺，而且不会因为树脂反应活性低的原因而出现贮存问题，因而必然成为最佳的研究方向，虽然低温固化还不够成熟和完善，大量的使用还有一定的路要走，可谓任重道远。
