粉末涂料用不饱和聚酯树脂腻子的性能研究

王合情 ，孙 凝，谈 威

（1.常州华日新材有限公司，江苏常州 213127；2.青岛科技大学，山东青岛 266061）

0 引言

腻子又称原子灰，通常由不饱和聚酯树脂、填料、助剂等组成，其中不饱和聚酯树脂一般需要有一定的气干性，易打磨，与底材附着力好，与上层涂料配套性好等特点。近年来，随着人们环保意识的明显增强，以及国家法律法规对环保要求日趋严格，在涂料涂装领域，环境污染严重的传统溶剂型涂料涂装工艺已经不适应新时代的发展。粉末涂料作为一种相对环保的涂料产品，其涂装工艺一般采用自动化静电喷涂，可有效减少“三废”，得到国家政策鼓励和应用市场的欢迎［1］。粉末涂料涂装后一般需要经过3个阶段的后固化工艺，在第3阶段，固化温度达到200 ℃以上，最高可达230 ℃［2］。在固化工艺中，除了粉末涂料本身存在诸如附着力、耐冲击性及吸附性较差的弊病外，一些工件在前处理时，常常要用腻子进行填补、找平，而这些腻子层由于耐温性不够，常常会引起漆膜鼓泡、脱层、附着力差等问题。随着粉末涂料的大量应用，此类问题突显。为了配套粉末涂料的发展应用，开发适合粉末涂料工艺的腻子或者腻子用不饱和聚酯树脂很有意义［3］。

本研究主要从腻子性能的主要影响因素——不饱和聚酯树脂的角度出发，研究不同类型的不饱和聚酯树脂对腻子基本性能以及耐温性的影响，以期能够为腻子客户选用合适的树脂提供参考。同时针对粉末涂料的固化工艺，初步探究腻子固化工艺对粉末涂料漆膜弊病的影响。

1 试验部分

1.1 主要原料

乙二醇（EG）、丙二醇（PG），陶氏化学（上海）有限公司；二乙二醇（DEG），沙伯基础（上海）商贸有限公司；三乙二醇（TEG）、纳迪克酸酐（NDA），波林化工；富马酸（FA），常茂生物化学工程股份有限公司；腻子用不饱和聚酯树脂（CN-H-1026、CN-H-1068、CN-H-1061），市售；钴类促进剂（RP-136）、胺类促进剂（RP-191），常州华日新材有限公司；苯乙烯，新阳科技集团有限公司；325目（44 μm）滑石粉，无锡凤阳粉体厂；钛白粉（TiONA®595），科斯特美礼联；阻聚剂，无锡恒辉化工；润湿分散剂BYKW980，德国毕克化学；腻子固化膏CHPO；测试板（马口铁板、镀锌板、钢板）。

1.2 仪器及设备

四口烧瓶、搅拌器、加热套、电子天平，托利多公司；锥板黏度计，博勒飞；烘箱，上海试验仪器厂；高速搅拌器，上海现代仪器厂；马弗炉、腻子刮涂器、漆膜冲击试验机、附着力测试划格器、柔韧性漆膜测试仪，天津伟达试验机厂。

1.3 不饱和聚酯树脂的合成

将配方量的二元醇、二元酸投入到带搅拌器的四口烧瓶内，通氮气，开动搅拌，加热至205 ℃反应，控制酸值和黏度，反应至终点固体酸值14.0~22.0 mgKOH/g，锥板黏度500~600 mPa·s（120 ℃，2#转子，900 r/min）时，降温至120 ℃以下，用苯乙烯稀释，加入适量阻聚剂，得到不饱和聚酯树脂A，备用。

1.4 不饱和聚酯树脂腻子的制备［4-7］

按表1配方分别配制腻子，称取一定的树脂，加入润湿分散剂BYKW980、阻聚剂、钴类促进剂RP-136，其中腻子5采用胺类促进剂RP-191，搅拌均匀，加入填料，用高速分散机于2 000 r/min分散30 min，加入少量苯乙烯调整稠度，备用。

表1 腻子组成Table 1 Putty composition 单位 ：g

1.5 腻子样板的制备

取100 g配制好的腻子，加入2 %腻子固化膏（CHPO），用刮刀搅拌均匀，用腻子刮涂器在薄钢板上分别制备3 mm和5 mm的腻子层。

1.6 腻子的性能测试

干燥时间：按GB/T 1728—2008《漆膜、腻子膜干燥时间测定法》进行测定；打磨性：按GB/T 1770—2008《涂膜、腻子膜打磨性测定法》进行测定；抗冲击性：按GB/T 1732—1993《漆膜耐冲击性测定法》进行测定；柔韧性：按GB/T 1748—1979《腻子膜柔韧性测定法》进行测定；附着力：按GB/T 1720—1979《漆膜附着力测定法》进行测定；耐热性：按GB/T 1735—2009《色漆和清漆 耐热性测定》进行测定。

2 结果与讨论

2.1 不同类型不饱和聚酯树脂的性能比较

腻子用不饱和聚酯树脂一般要求具有一定的气干性（有利于打磨），以及与底材和上层漆膜的附着力好。采用不同类型的气干性单体合成的不饱和聚酯树脂对腻子的性能影响明显，直接影响到腻子的打磨性、柔韧性、耐冲击性和附着力。表2比较了不同类型气干性单体的不饱和聚酯树脂的理化性能和涂膜性能。

表2 几种腻子用不饱和聚酯树脂的性能Table 2 Properties of several unsaturated polyester resins for putty

由表2可见，CN-H-1061（四氢苯酐型）的表干性最差，CN-H-1026（DCPD型）的柔韧性最差。CN-H-1068（烯丙基醚型）的表干性和柔韧性与树脂A相当。

2.2 几种不饱和聚酯树脂腻子在常温条件下的性能比较

一般腻子施工工艺是常温调制、刮涂，经常温干燥后，打磨处理，再进行后道工序，因此其常温下的性能，如表干性、打磨性、柔韧性和附着力很重要。表3是几种不饱和聚酯腻子在常温条件下的性能比较，其中腻子1、2、3、4是采用有机酸钴类促进剂，经过氧化环己酮（CHPO）引发固化，而腻子5是采用胺类促进剂，经过氧化苯甲酰（BPO）引发固化。

表3 几种不饱和聚酯树脂腻子在常温条件下的基本性能Table 3 Basic properties of several unsaturated polyester resin putty at normal temperature

由表3可以看出，腻子2和腻子4的综合性能最优，而腻子4和腻子5虽然是同一种树脂，但由于采用不同的引发促进体系，性能有一定的差异。腻子4采用有机酸钴类促进剂，打磨性较好，而腻子5采用胺类促进剂，打磨性不佳。这主要是由于有机酸钴类促进剂对不饱和聚酯树脂有较好的催干作用，而胺促进体系使树脂表干效果不佳，特别是受湿度影响明显。

2.3 几种不饱和聚酯树脂腻子在高温条件下的性能比较

对于粉末涂装工艺来说，较高的后固化温度往往是必须的。这就要求工件能够耐高温，用于工件修补的腻子也必须耐高温，一般温度可达150 ℃以上，而耐230 ℃高温是比较苛刻的条件。表4比较了几种腻子在高温（230 ℃）条件下的性能。

表4 几种不饱和聚酯树脂腻子在高温（230 ℃）条件下的性能Table 4 The properties of several unsaturated polyester resin putty at high temperature（230 ℃）

由表4可以看出，腻子层在经过230 ℃后都发生了变色；腻子层的柔韧性和耐冲击性都会变差，仅树脂A配制的腻子4和腻子5耐温性较好；腻子与底材的附着力也变差了，腻子1与钢板、镀锌板和马口铁板都发生了脱层，腻子2和腻子3与镀锌板和马口铁板都发生了脱层，腻子4和腻子5与马口铁板发生了脱层。

2.4 腻子层固化温度对粉末涂料漆膜性能的影响

由于在粉末涂料工艺中，腻子层一般常温固化后，打磨，然后喷涂粉末涂料，再进行漆膜后固化，后固化温度有时可达230 ℃。目前经常遇到的问题是单独腻子层耐温性测试时可以达到230 ℃的要求，但在喷涂粉末涂料后，漆膜经高温后固化时，漆膜表面出现鼓泡、脱层、气孔等弊病，已排除粉末涂料本身的问题。为此，本试验设计了腻子层经不同固化温度处理后，再喷涂粉末涂料并进行高温后固化的试验，选用腻子3和4进行测试，观察漆膜性能。表5是腻子层经不同固化温度处理后的粉末涂料漆膜性能的比较。

表5 腻子层不同固化温度对粉末涂料漆膜性能的影响*Table 5 The effect of different curing temperature of putty layer on properties of powder coatings film

由表5可以看出，当腻子层经过80 ℃和120 ℃的固化处理后，其对粉末涂料的漆膜弊病改善明显，这说明腻子层的固化程度会影响漆膜外观性能。另外，经过中高温的固化处理，腻子层的综合性能都会提高，因此笔者认为，在粉末涂料工艺中有必要增加腻子层的中高温固化处理。

3 结语

由不同类型气干性单体合成的不饱和聚酯树脂对腻子的打磨性和与底材附着力有较大影响。随着粉末涂料市场的扩大，粉末涂料用腻子需求也会增加，其对耐温性要求较高。本研究由气干单体纳迪克酸酐合成的腻子树脂A，韧性好，耐温性好，而且腻子层经过中高温固化处理后，粉末涂料涂层不易出现漆膜弊病。