四甲氧基甲基甘脲固化: 耐久性高光、无光和皱纹粉末涂料

一、导论 

    耐久性粉末涂料具有很好的耐光致老化与降解性能，它即可用于室内制品的涂装，也可用于室外制品的涂装。为了得到良好的室外涂膜性能，粉末涂料所有组份包括交联剂，必须具有良好的耐光致老化与降解性能。氨基树脂交联剂如密胺类树脂具有优异耐久性能而广泛应用于液体涂料工业；由于几十年来良好的记录，它们成为液体涂料的首选交联剂，并且可得到低成本、耐久的、光稳定的坚硬涂膜。 

    Powderlink 1174树脂（氰特工业有限公司生产，以下简称1174）是另一种氨基树脂交联剂，它是以甘脲而不是以密胺为基础的。人们都知道甘脲型氨基树脂涂料具有优异的室外耐久性能，而1174它主要是单体的四甲氧基甲基甘脲（TMMGU），它是高熔点的非粘性、不结块、易粉碎的固体，特别适合于室外型耐久粉末涂料的配制。产品1174其熔点高于90℃，它的主要成份TMMGU 结构如图一所示。本论文我们将对Powderkink 1174固化的粉末涂料配方研究和开发的最新成果作一论述（1）。 

二、Powderlink  1174  交联剂和催化剂的特殊作用 

    在酸催化剂的存在下，氨基树脂交联剂包括1174，能够和含有羟基、羧基、酰胺基、氨基甲酸酯、硫醇基及氨基官能团的聚合物反应并交联。酸催化剂如Powderlink  MTSI 催化剂（甲苯基甲基磺酰亚胺，氰特工业有限公司生产），可促进TMMGU中甲氧基甲基官能团与聚合物链上反应性官能团的交换反应，形成交联网络并生成甲醇。该反应如图二所示。前文中（2，3）我们讨论了几种有效催化剂，通过选择不同的催化剂，使用1174可得到多种多样的粉末涂料，如高光的、无光的和皱纹的粉末涂料。另外使用添加剂常常可以改变指定酸催化剂的强度，采用这种方式也可以使涂料的性能和外观得到明显的改善。我们发现使用磺酰亚胺催化剂MTSI，可以得到平滑的、无缺陷的、高光泽的厚膜涂料（4）。 

三、高光泽无缺陷厚膜粉末涂料 

    对绝大多数最终用途来说，粉末涂层的典型膜厚不超过3密耳，近几年来粉末涂料涂膜厚度的发展趋势是趋于薄层化。很明显如果1.5∽2密耳的涂层能得到同样的外观和保护效果，3∽4 密耳的涂层就有点浪费了。但是在某些用途中要求厚膜涂层，例如欧洲建筑涂料就有这种特殊要求。在欧洲建筑涂料要标上“合格”标签需要经过严格审批，合格涂料要求最低膜厚为2.4密尔(60微米)。为了达到上述膜厚，并考虑到法拉第屏蔽效应(在工件某些区域粉末的静电排斥效应)，施工者不得不喷涂得比所需膜厚更厚，偶尔膜厚高达5密耳，图三描绘了这种情况。尽管用TMMGU和MTSI制造的粉末涂料固化时挥发份只有典型聚氨酯粉末涂料的一半左右（3），如果不使用助剂，甲醇的挥发将在膜比较厚(>3.5密耳)的地方造成针孔。为了使Powderlink 1174 粉末涂料能够得到厚度大于5密耳的无缺陷涂膜，我们做了很多努力研究其配方。 
    为了膜厚达到3.5密耳的涂膜充分脱气，防止针孔，1174粉末涂料必须有足够的流动性并且有足够时间让涂料在固化前充分‘愈合’其缺陷。粉末涂料，包括TMMGU粉末涂料固化时的流动性和流度，都可以用流变仪方便地测定（5）。 

四、流变性、添加剂和厚膜涂层 

    本研究中平板流变仪使用Rheometric RMS-605力学谱图仪，试验中复合粘度地测定在升温速度2℃/min，切变频率10rad/s，并改变应力的条件下进行。流变仪测定每一剪切应力下的弹性模量（G′）和损失模量（G″）。从这些数据我们可计算出流动指数、平均流度、固化起始温度和最低粘度。再将这些数据与粉末涂料性质即凝胶时间和斜板流动性以及固化膜性质，特别是外观和无针孔时的膜厚进行比较。 

图四是一典型固化流变图，图的纵坐标为动力粘度(η，其定义见表一)，横坐标为温度。实验的开始，温度很低，粘度非常大；开始加热后，粘度随着温度的上升几乎是以指数级地下降；达到一定温度后，交联反应开始，粘度不再下降；然后随者温度的进一步上升；粘度急剧上升；最终，交联反应停止，动力粘度保持为常数。固化起始温度是按图四所示方式确定的。   

          表1、流变学定义