摘要：聚酯粉末涂料是由聚酯树脂、固化剂、颜填料、助剂等组成。其中，聚酯树脂与固化剂作为主要成膜物，对涂料性能起决定作用。与其他粉末涂料相比，聚酯粉末涂料耐候性较强，紫外光下较稳定，烘烤过程中不易泛黄、光泽度高、流平性好。
聚酯粉末涂料因其无溶剂、低污染、高效率、成本低、耐候性强等特点，被广泛应用汽车、家具、家电等领域。
1. 聚酯粉末涂料组成
聚酯粉末涂料是由聚酯树脂、固化剂、颜填料、助剂等组成。其中，聚酯树脂与固化剂作为主要成膜物，对涂料性能起决定作用。与其他粉末涂料相比，聚酯粉末涂料耐候性较强，紫外光下较稳定，烘烤过程中不易泛黄、光泽度高、流平性好。
聚酯树脂
粉末涂料用聚酯树脂通常是由官能度不低于2的多元醇和多元酸经酯化缩聚反应，生成线型或轻微支链型高分子化合物（反应合成原理如图1所示）。聚酯树脂官能团的量可以根据羟基数和酸值来定量，且其直接影响树脂的分子量、黏度、玻璃化转变温度（Tg）。通常聚酯树脂选用酸值在30-50 mgKOH/g，软化点95-120℃，玻璃化温度50℃以上，分子量在5000-8000之间。
图1：聚酯树脂反应原理
聚酯树脂合成中，主体酸大多采用对苯二甲酸（TPA）和间苯二甲酸（IPA）。TPA含有苯环对位结构，合成的树脂为直链对称结构，柔韧性优良。但分子链段自由体积大，对酯键的屏蔽保护作用不明显。在紫外光的作用下，分子主链受热易震动，酯键易发生水解，涂层易发生老化降解。IPA含有苯环间位结构，能加大聚酯树脂分子链间距离，削弱分子间的范德华力，对酯键起到屏蔽保护作用。
固化剂
固化剂又名硬化剂，是一类增进或控制固化反应的物质或混合物。固化剂应具有良好的反应性，它是与树脂反应形成膜的关键成分，且固化剂的用量需适中。
固化剂过少，反应慢，固化不完全；固化剂过多，分子量下降，聚合反应中的链生长受阻，导致粉末涂料的冲击强度下降。
颜填料、助剂
颜料：赋予涂料颜色，提高美观度。
填料：用于改善涂料的物理性能，如硬度、抗划伤等。
助剂：包括流平剂、消泡剂等，用于改善涂料的加工性能和涂料质量。
2. 聚酯粉末涂料种类
根据固化剂的不同，聚酯粉末涂料分类如下：
聚酯树脂/TGIC体系
异氰脲酸三缩水甘油酯（TGIC）固化剂属于多环氧化合物，三嗪杂环结构上连接3个环氧基团。TGIC因发生固化反应没有副产物产生，且涂膜烘烤耐泛黄性好，早期常被用于耐候型聚酯粉末涂料中。在聚酯/TGIC粉末涂料中，TGIC中的环氧基团与聚酯中的羧基可交联形成三维网状立体结构，当TGIC与聚酯树脂交联密度不断增大时，反应体系发生固化时交联密度越高，涂膜的耐热性越优异。
然而，TGIC固化需在高温下烘烤，耗能较大且工件降温慢，涂装效率低。为克服这种缺陷，固化时需加入合适助剂，实现低温固化；或者采用高活性聚酯树脂，提升低温固化粉末涂料的装饰性、防护性和贮存稳定性。
TGIC固化剂的毒性具有较多争议，欧洲国家逐渐限制其使用，但美国市场允许使用，国内市场仍为占据绝对优势的粉末品种。
聚酯树脂/HAA体系
β-羟烷基酰胺（HAA）固化剂是含有4个羟基官能团的酰胺类化合物，属于水溶性化合物，与羧基聚酯树脂相容时反应活性较差。但HAA固化剂无毒、环保，相比于TGIC固化体系，固化温度低、用量少，且HAA不会降低Tg，贮存稳定性好。
聚酯树脂的Tg、黏度和反应活性是影响涂料成膜的关键性因素。聚酯/HAA体系在交联固化过程中会产生水分子，水分子无法从涂层内排出，薄膜冷却后表面收缩，造成涂膜表面出现针孔。
聚酯树脂/PT910体系
偏苯三甲酸三缩水甘油酯（PT910）固化剂是酸类的缩水甘油酯混合物，熔点95～105℃，环氧当量141～154，与TGIC固化剂比较，其官能度下降，反应活性降低，涂料配方中需加入固化促进剂。PT910无生态学毒性，但具有一定的接触毒性和严重的刺激性，储存稳定性差，制粉时需选玻璃化温度较高的专用聚酯树脂。
聚酯树脂/PT910体系粉末涂层耐热性、耐候性较差，其它性能较好。由于偏苯三甲酸三缩水甘油酯结构属亚稳定性，粉末涂料粘度低，对制造设备要求高。
聚酯树脂/Link1174体系
Link1174是甘脲类固化剂，固化羟基聚酯。但聚酯树脂/Link1174体系粉末涂料固化过程释放甲醇，涂层过厚出现针孔或起泡，粉末储存稳定性较差，比较适合制备户外皱纹粉末。在国外有一定的应用，占耐候粉末市场5～8％比例，但在国内几乎没有应用。
聚酯树脂/氨基甲酸酯（聚氨酯）体系
聚酯树脂/氨基甲酸酯（聚氨酯）体系粉末涂料采用的聚酯树脂为羟基聚酯，固化剂为HDI-己二异氰酸酯和其它脂肪族二异氰酸酯（如IPDI），异氰酸酯（R=C=O）具有两个杂积累键，活性高，极易与其它含活泼氢原子的化合物反应。
聚氨酯粉末涂料用异氰酸酯都必须预封闭，常用的封闭剂是己内酰胺和酯类；当加热到一定温度后异氰酸酯就会解封闭，与羟基聚酯反应形成网状立体结构。因芳香族的异氰酸酯耐候性能较差，常采用脂肪族的HDI和IPDI作固化剂。
聚酯树脂/氨基甲酸酯体系粉末涂料流平性好、粘度低、配制范围比宽、易喷涂、无相互干扰，但固化时释放封闭剂导致气味难闻污染空气。该体系涂层在抗冲击性、加工性、耐候性和耐腐蚀性等方面具有良好的综合性能，主要应用于建材、空调器等领域。
聚酯树脂/有机硅体系
聚酯树脂/有机硅体系粉末涂料主要用于有耐温要求的服役环境。因有机硅树脂含高键能的硅氧主键，且含羟基，具有高抗氧化性，与羧基聚酯反应使粉末涂层表面生成稳定链（-Si-Ｏ-）的保护层，耐温性能提高，综合性能良好。同时需选择耐温性高的聚酯树脂、耐热性能良好的颜料和填料（如铝粉、云母粉、不锈钢粉、氧化铁、石墨、二氧化硅等）及合适的助剂。
聚酯树脂/有机硅体系粉末涂层在持续工作下保持颜色不变黄、光泽不变，涂层性能不变，涂层外观可以是流平、有光泽、银色、黑色、砂纹状。但因聚酯树脂结构特点限制，不能满足300℃以上服役条件；有机硅粉末涂料、氟碳涂料和高温陶瓷粉末涂料是耐高温粉末涂料的主要发展方向。
聚酯树脂/丙烯酸体系
含甲基丙烯酸缩水甘油酯（GMA）的丙烯酸树脂（含环氧基）作为聚酯树脂的固化剂，聚酯树脂/丙烯酸体系粉末涂层具有优良的抗紫外线和酸雨能力，其机械性能特别是抗碎石冲击的能力比纯聚酯粉末优异，涂层的光滑度、饱满度也提高。同时该体系采用封闭的异佛二酮二异氰酸酯（IPDI），以便使含有缩水甘油酯的丙烯酸固化，从而减少烘烤时的挥发份，提高耐候性。该粉末涂层体系已成功应用于北美三大汽车公司汽车粉末喷涂中，但价格较高，国内市场应用较少。
聚酯树脂/丙烯酸粉末涂料的消光系列主要用于制作2％～5％左右的无光耐候涂膜，主要采用高粘度、低酸值的饱和羧基聚酯同带缩水甘油基的丙烯酸酯（环氧值在0.18~0.20）固化，主要借助酸/环氧和羟基/异氰酸酯反应固化速率的差异实现消光；还可以添加辅助固化剂，还可获得半光、亚光的效果，但需考虑到价格的因素。该体系消光效果与聚酯和丙烯酸的稳定性有一定的关系。该体系生产工艺较简单，在建筑铝材市场潜力较大。
聚酯树脂/聚酯树脂混合粉末涂料体系
聚酯树脂/聚酯树脂混合粉末涂料体系主要是将酸值差异大的两种羧基聚酯（酸值为15～30mgKOH/g及45～65mgKOH/g）分别制成粉体，再进行机械混合，利用二者反应速率不同达到涂膜微观不平整，从而产生消光效果，光泽可降低到20％左右。该体系主要用于制作低光粉末涂料，工艺简单，经济实用，应用范围较广，主要用于天花板领域。但需注意白点缺陷。
3. 聚酯粉末涂料应用
表面涂装技术具有高效（efficiency）、优良成膜性能（excellency）、环保性（ecology）和经济性（economy）的“4e”特点。喷涂技术使得粉末涂料在木质家具、汽车、家用电器等领域取得广泛应用。
木质家具
在木质家具方面，国内的生产企业大多数采用中密度纤维板（MDF），并用脲醛喷漆等工艺方式进行装饰。中密度纤维板是一种不导电的热敏基材。以往的水性涂料在使用时存在成本高、周期长等问题，烘烤时有机溶剂会与水一起排出，使涂膜硬度降低。
聚酯粉末涂料采用静电喷涂技术应用于板材上。喷涂后的产品无溶剂挥发，无刺激性气味；漆膜表面外观质量好，适合现代简约风格木质家居。采用低温固化粉末涂装技术将粉末涂料喷涂在木质基材表面能形成一层均匀、致密的涂层，其对基材表面的孔隙起到良好的封闭作用，且基材静电吸附性能趋向越一致，涂层厚度越均匀。粉末涂料比传统涂料具有更好的耐化学性和持久性，但在固化过程中应避免出现针孔、气泡等现象。
汽车部件
聚酯粉末涂料在汽车领域的应用越来越广泛，如汽车铝轮毂、汽车保险杠、刹车片等，几乎包含汽车的所有零部件。聚酯粉末涂料产品常为低光泽黑色或深灰色，耐紫外老化性和美观性优异，这部分涂料几乎占汽车用粉末涂料的15%。使用纯聚酯树脂作为成膜物质代替传统环氧型粉末涂料，可提高涂层的耐候性、降低生产成本。
摩托车的零部件采用耐候聚酯粉末涂料喷涂也得到较普遍的应用。
家用电器
在家用电器领域，粉末涂料不仅可以保护金属表面，还在装饰、耐腐蚀、耐高温等方面发挥着重要作用。家用电器粉末涂料用量约占整个粉末涂料用量的60%。目前，以聚酯类为主要成膜物质的粉末涂料因色彩鲜艳、坚固耐用的特点在家电应用中最广泛，如空调、冰箱、洗衣机、厨具等。
聚酯/TGIC体系粉末涂料使用量较大，是国内占据绝对优势的粉末涂料品种。家用电器用聚酯/TGIC固化体系的成膜物表现出优异的附着力及柔韧性，但仍存在一定的工艺问题，如边角上粉困难、降低加工成本的问题。
面对家电行业的高速发展，市场中各企业也会不断创新，通过新技术降低产品生产过程中消耗的成本。此外，家用电器用低温固化粉末涂料成为新的发展趋势。
建筑材料
粉末涂料用于建筑材料领域，比如户外铝型材、脚手架、钢窗等。耐候性聚酯树脂/TGIC体系粉末涂层同铝基体有良好的附着力，具有耐候性、耐酸雨、耐湿热，色泽美观且坚牢等特点，使用寿命可达10年以上；用于铝型材，主要在门窗、阳台、走廊、屋顶、墙幕、主柱包覆等方面使用，国家标准（如国标GB/T5237）和欧洲都有相关标准。在建筑用脚手架、钢窗以及高档住宅、社区、体育场馆等的庭院金属用具、扶手、栅栏以及休闲沙滩椅等方面也得到较多应用。
另外，聚酯粉末涂料还应用在多方面，比如卷材、室内和室外各种金属表面涂装，是目前粉末涂料应用最多的品种。
4. 聚酯粉末涂料发展趋势
1. 利用低温固化对热敏性底材进行涂装；
2. 无毒化、低温固化将会是粉末涂料的发展方向之一；
3. 对树脂结构进行改性是混合型低温固化粉末涂料必然发展趋势；
4. 超耐候聚酯粉末涂料需求将逐渐加大；
5. 粉末涂料功能化新品种开发，如导电粉末涂料、抗菌粉末涂料、抗冲击粉末涂料、多层复粉末涂料、超细粉末涂料等；
6. 复合涂装技术是新趋势。
写在最后
目前，聚酯粉末涂料应用越来越广泛，但更深层次的应用还有待开发。在全球绿色涂装的背景下，粉末涂料将迎来更广阔的发展机遇。
来源：错河文案