粉末涂料用环氧树脂的生产工艺及其性能

粉末涂料用环氧树脂的生产工艺及其性能

辛致萍

中石化巴陵石油化工有限公司  湖南省岳阳市   414014

摘要：粉末涂料用环氧树脂约90％采用双酚A（BPA）型环氧树脂，因其具有环保、安全、经济的优点，近年来得到迅速发展。BPA型环氧树脂生产工艺主要有一步水洗法、一步溶剂法与二步法。不同工艺生产的环氧树脂产品各项指标存在较大差异，一步溶剂法生产的CYD-014U环氧树脂综合性能好，应用于制备粉末涂料具有独特的优势。

关键词：环氧树脂  粉末涂料 合成工艺 指标

粉末涂料是一种新型的、不含任何种类溶剂，易于回收、安全、环保的固体粉末状涂料。粉末涂料具有优异的涂膜理化性能，且采用自动化流水线方式涂装，不受气温和季节影响，生产效率较高。目前，粉末涂料迅速替代传统溶剂型涂料广泛应用于建筑、汽车、钢结构、电子电器、户外用品等领域。

以环氧树脂为基料的粉末涂料具有对基材优良的粘接性，良好的机械、电气与耐化学品性，在多方面得到广泛应用，是粉末涂料的主要品种。本文介绍了粉末涂料用环氧树脂的种类、合成工艺及产品性能。

1粉末涂料用环氧树脂

目前粉末涂料所用的环氧树脂90％是双酚A型环氧树脂，该树脂透明度高，是环氧树脂中产量最大、使用最广的一种品种。双酚A型环氧树脂是由双酚A（BPA）和环氧氯丙烷（ECH）在氢氧化钠存在下反应生成。从理论上讲，具有较高软化点的各类结构环氧树脂都可作为粉末涂料用环氧树脂基料，但中等相对分子质量环氧树脂用于制作的粉末涂料综合性能更好，生产厂家多用此种树脂生产。

BPA型环氧树脂结构中所含不同的官能团赋予环氧树脂多种特性，使其应用极其广泛，用其配制的粉末涂料涂膜综合性能较好，可满足粉末涂料的一般要求[1]。

2 粉末涂料用环氧树脂的合成工艺

普通粉末涂料用环氧树脂为中相对分子质量固态BPA型环氧树脂，环氧当量为700~900 g/mol，软化点80~100 ℃。这类环氧树脂生产工艺主要有三种：一步水洗法、一步溶剂法与二步法。

2.1 一步水洗法

一步水洗法工艺是在釜中将BPA溶解于碱溶液中，加入ECH反应生成环氧树脂粗产物，再加入水加热，高速搅拌使水与树脂充分接触，使树脂中的盐溶出，然后抽除上层的水，反复多次加水、抽除后得到最终产品。

此法以水作为分散介质，但环氧树脂不溶于水，因此水难以进入树脂中将反应形成的盐溶解并洗出，故水洗效果不佳，须经过多次水洗才能达到要求。该法用水量大，能耗大，树脂上层的水分也无法完全抽除，脱水阶段的高温搅拌容易引起树脂乳化，影响树脂透明度。该法批次稳定性差，环氧树脂黏度高，相对成本较低。

一步水洗法环氧树脂透明度不高，流平性较差，但消光性能相对较好。树脂中BPA残留相对较高，不适宜在对环保要求较高的产品中使用。

2.2 一步溶剂法

一步溶剂法工艺流程分为溶解、反应、精制、脱溶剂四步工序，首先将BPA溶解在一定浓度的碱液中，再送入反应釜，加入ECH，在氮气保护下进行反应，得到粗环氧树脂产品，然后送精制釜进行精制，洗去粗树脂中的盐、废聚物，用酸中和，水洗至中性。最后在高温、高真空的脱溶剂系统中脱除有机溶剂，得到纯净的高质量环氧树脂产品。

此法生产工艺精细，采用溶剂溶解树脂，体系黏度大大降低、水洗效率提高、水消耗量减少、水洗温度降低、能耗减少，产品端基反应率高，树脂本身具有较强的耐腐蚀作用。

一步溶剂法生产的环氧树脂透明度更高，流平性好，消光性能相对略差，产品质量稳定。树脂中BPA残留低，适宜在对环保要求较高的产品中使用。

2.3 二步法

二步法是第一步先合成低相对分子质量液态环氧树脂；第二步在催化剂作用下再与BPA反应合成所需要的环氧树脂。该方法生产的环氧树脂分子量分布宽，同等环氧值的二步法树脂软化点比一步法高，杂质含量低。但该方法生产成本较一步法高，产品品质容易受到低分子量环氧树脂与BPA品质的影响，且催化剂对产品质量有较大影响，质量波动较一步溶剂法更大。

二步法生产的环氧树脂有时因使用的催化剂在高温下反应，易产生胶化颗粒，影响透明粉和薄层粉产品质量。但其具有较高的软化点，其储存及喷涂性能更好，另外较高的环氧当量赋予了树脂固化物更高的防腐性能，广泛应用于要求苛刻的油气输送管道上。

因此，粉末涂料用环氧树脂三种生产工艺各有特点，粉末涂料厂家可根据产品的侧重点不同而进行选择。

3 环氧树脂各质量指标对粉末涂料性能的影响

3.1 有机氯

    环氧树脂一般是由二元（或多元）酚与环氧氯丙烷在碱的参与下缩聚而得，由于副反应的存在，会导致氯醇醚残留在环氧树脂成品中，其测试指标为有机氯。

有机氯含量高的环氧树脂制成的粉末涂料，涂层发脆，冲击强度不合格，所以环氧树脂中的有机氯含量越低，制粉性能越好。且有机氯含量低，固化物的导电能力差，电气性能更好，耐水及耐候性也会更好，还可以增强涂层的耐阴极剥离性能。

3.2挥发分

挥发分即环氧树脂中残留的水分或溶剂，若挥发分偏高，则会使树脂透明度较差，浑浊不清，结片后气泡较多，制成粉末后易成团，且会导致涂膜出现针孔、缩孔，还可能导致胶化时间过长，机械强度较低等问题。

3.3软化点

软化点是指在受热过程中环氧树脂由硬变软并呈现一定程度的流动性时的温度。当环氧树脂软化点过高时，涂膜的流平性差；当环氧树脂的软化点低时，涂膜的流平性虽然好，但环氧树脂的玻璃化温度低，影响粉末涂料的贮存稳定性。根据粉末涂料的特殊用途和配方匹配的需要，低软化点和高软化点的环氧树脂可根据粉末涂料的种类和用途进行选择。

3.4色度

色度体现了环氧树脂生产过程中被氧化的程度。生产中须对物料进行保护，避免树脂在高温状态下被氧化，从而获得较浅的色度。在制作浅色粉末涂料时，浅色颜料无法遮蔽色度较深的环氧树脂，因此浅色度的环氧树脂应用更为广泛。

4 不同工艺生产的环氧树脂指标对比

对不同厂家用不同工艺生产的粉末涂料用固体环氧树脂进行了分析测试，其质量情况见表1。

表1 不同厂家粉末涂料用环氧树脂指标对比

注：6#为一步溶剂法生产的CYD-014U环氧树脂。

不同工艺生产生产的环氧树脂产品各项指标存在很大差异，同时决定了以其为基料生产的粉末涂料的不同应用领域。一步溶剂法生产的CYD-014U牌号环氧树脂与其他厂家的产品质量相比，具有以下特点：

（1）有机氯更低，因此电气性能、耐水及耐候性更好，力学性能更佳。

（2）挥发分更低，产品的透明度、粉末储存性、涂膜致密性更好更好。

（3）在当量相近时，产品具有较高的软化点，说明产品的存储性更好，且在相近的固化剂用量和反应活性的情况下，产品的交联密度更高，附着力更好，机械性能更好。

（4）CYD-014U环氧树脂在同行业产品中具有较低的色度，已在广泛用于粉末涂料。

5结论

粉末涂料用环氧树脂三种生产工艺生产的树脂，各自的性能不同，可以应用于不同的粉末涂料领域。采用一步溶剂法生产的CYD-014U环氧树脂，产品质量稳定，应用于粉末涂料，产品的透明度好，电气性能、耐水及耐候性好；固化速度和胶化时间易于控制，降低了设计配方的难度，有利于控制配方成本；容易获得外表美观，致密性好的涂膜。

参考文献

[1]梁平辉.粉末涂料用环氧树脂技术进展[J].中国粉末涂料与涂装年会会刊,2008，103-105.

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