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        粉末涂料及涂裝技術新體系


        摘要:粉末涂料作為一種無溶劑涂料以其高效、優良涂膜性能、生態環保、經濟型的*品質成為涂料界的新秀得以快速發展并被廣泛應用。本文介紹了粉末涂料及涂裝的新技術體系及未來發展趨勢。

            粉末涂料和涂裝技術是20世紀中期開發的一項新技術、新工藝,具有不含有機溶劑、無污染、低公害、工序簡單、節約能源、涂裝效率高、保護和裝飾綜合性能好、可一次成膜等特點,它是一種新型“綠色涂料”。進入21世紀以來,人類對環境的保護更加重視,對揮發性有機化合物("VOC)向大氣排放量的限制日益嚴格,對有限資源如何節約使用等問題日益關注,致使涂料與涂裝界對粉末涂料與涂裝技術更加重視。

            1、發展歷程

            1950年,聚乙烯粉末火焰噴涂試驗的成功開始了粉末涂料的應用,1952年,德國的蓋特梅爾發明了流化床涂裝熱塑性粉末工藝,保證了涂層的均勻性,從而使粉末涂料開始具備了實際應用價值。隨后不久,聚氯乙烯和尼龍熱塑性粉末涂料相繼美國問世。

            60年代,美國殼牌公司開發了*種熱固性粉末涂料—環氧粉末涂料,同時,法國薩邁斯公司首先推出了粉末靜電噴涂設備,并與1966年實現工業化生產。70年代,粉末涂料得到了快速的發展。各國不僅開發了聚酯環氧混合型、聚酯型、聚氨酯型等各類熱固性粉末涂料,還有聚丙烯、聚氯乙烯、聚酰胺、乙烯-乙酸乙烯乙烯、聚苯硫醚、氟樹脂等熱塑性粉末涂料。

            半個多世紀以來,伴隨著制造工藝和涂裝技術的改進和發展,這項工業技術發展到現在如今應用領域已覆蓋到家電、建筑、汽車、管道及防腐等領域。全球粉末涂料市場2013年的銷售額約為77.7億美元,預計2020年銷售額將達到125.3億美元,年均增長率為7.1%。

            2、粉末涂料新技術體系

            2.1紫外光固化粉末涂料 

            紫外光固化粉末涂料是通過紫外光激發生成自由基或活性陽離子進行交聯聚合、固化的熱固性粉末涂料。其優點包括:1)低溫固化;2)一次施涂即可獲得理想的涂膜厚度,且涂膜外觀可與溶劑塑料涂膜外觀想媲美,性能優于溶劑型涂膜的性能;3)設備體積小,涂裝流水線更為緊湊,節省空間;4)固化速度快,能量消耗低。可以涂裝熱敏性底材塑料、木器、紙張以及電子元件等。紫外光固化粉末涂料已在歐美發達*工業化,成功應用于中密度纖維板中。但是該種涂料價格昂貴,并且對結構復雜的工件和大型工件的涂裝比較麻煩。

            2.2粉末涂料的復合化 

            復合粉末涂料技術是運用不相容原理將含有兩種樹脂成分的粉末涂料(環氧/丙烯酸)通過一次涂裝和一次加熱形成具有兩面特性的復合涂層。其接觸空氣的一面是具優良耐候性的丙烯酸樹脂體系,而與基材金屬相接的是防腐性優良的環氧樹脂體系,復合體系既可減少工藝過程,又賦予涂膜雙重性能,是一種既適應環保要求,又可節省能源的新型粉末涂料[2]。

            2.3低溫固化環氧粉末涂料包接技術 

            包接技術指在分子水平上由能形成包接化合物的主晶化合物和被包接的黃體形成包接化合物的過程。包接化合物不是簡單的混合物,而是有特定的結晶結構,在熱穩定性、熔點、化學反應性、溶解性等等物化性能上與原來化合物有很大差別[2]。包接化合物有兩種類型:1)單分子包接;2)多分子包接。



            TEP(1,1,2,2—四(4-羥基苯)乙烷是一種實用主晶化合物,其包接的黃體化合物有很好的穩定性,對水的溶解度、蒸發速度、皮膚刺激性等都下降到百分之一到千分之一。在通常情況下數天內就分解的化合物經現TEP包接后則能達到數年的穩定性;熱穩定性也大幅提高,熔點、沸點能上升10~100℃[2]。

            利用包接技術制造的低溫固化環氧樹脂粉末涂料具有優異的性能、涂裝適用性和貯存穩定性,因此在管道、管道配件、汽車零件、鋼制家具等方面有良好的應用前景。

            2.4結晶聚酯樹脂 

            結晶聚酯樹脂相對于傳統的無定型熱固性聚酯有如下優點:1)在相似分子量條件下,結晶聚酯比無定形聚酯的熔融黏度低,具有較好的熔融流動流平性。所得涂膜橘皮輕微,涂層平整、光滑,光澤更高;2)結晶聚酯與封閉異氰酸酯交聯劑的反應更快速,使固化溫度大大降低,所制得涂料具有極優的物理性能;3)結晶聚酯涂料在室溫下具有優良抗粘連性。



            結晶聚酯有兩種類型:液晶聚酯和半結晶聚酯。液晶聚酯具有分子取向度高,力學性能好,耐沖擊性強,熔融黏度低及密度低等優點。半結晶聚酯的窄熔點和低熔融黏度有助于粉末涂料在固化反應開始前的流動,從而有利于得到平整的涂膜。聚酯的酸值、相對分子質量和玻璃化溫度可通過所使用單體、催化劑和反應條件的選擇來加以調控。

            3、粉末涂裝新技術體系

            粉末涂裝新技術包括電磁刷涂裝技術、NIR(近紅外)輻射固化粉末涂料技術及粉末涂料感應加熱固化技術等。

            3.1電磁刷涂裝技術(EMB) 

            電磁刷涂裝技術(EMB)是一種模擬復印或激光打印的新技術,尤其適用于將粉末涂料高速涂覆于平板型的底材。該裝置由磁刷臺和可將被涂物貼附的磁鼓組成。粉末涂料可看做復印機的磁粉,平板型的被涂物可看做是待復印的紙張。當靜電開通,隨著被涂物通過,磁場將其涂上了粉末涂料。該技術可應用于金屬、木器、紙張底材和紙板涂裝等領域。

            3.2NIR(近紅外)固化技術 

            NIR固化是以近紅外高輻射能量去激發涂料分子的劇烈振動而使涂層在短時間內受熱固化。其優點在于:不需要特殊配制的粉末涂料;可以使用形狀略微復雜的工件;固化時間短;對底材熱影響小應用領域廣等特點。上NIR固化粉末涂料可以用在木材、中密度纖維板、塑料、紙張、電子產品等熱敏性產品的涂裝上,并且基于輻射光源可移動、固化時間短的特點,還可以用在大型鋼結構如橋梁、高層建筑、船舶、儲槽和工業廠房的涂裝。近紅外光能的轉化效率高達速60%,是熱風轉化率15%的4倍,可以節電50%左右,是節能型產品;采用這種產品和技術可以大大提高生產效率,設備占地面積小,運行成本低。

            3.3感應加熱固化技術 

            粉末涂料感應加熱固化技術是通過將底材暴露于多變電磁場下來實現的。感應加熱用于粉末固化的特殊優點在于:用這種形式加熱時,工件只在表面上受熱,對于笨重和厚壁的工件來說,大大節省了固化涂層所需的能量。同時感應加熱工藝十分靈活,工件可在涂層施工過程中的任何時刻進行加熱。由于涂漆部位保持一致的溫度,使得涂層質量優異。

            4、粉末涂料及涂裝發展趨勢

            為了使粉末涂料更好地得到推廣應用,粉末涂料品種的多樣化、低溫快速固化、薄涂層化、涂料制造設備的改進、粉末涂料制造新工藝的開發仍是粉末涂料今后發展的趨勢。

            4.1功能性粉末涂料 

            隨著粉末涂料技術的進一步發展,功能性粉末涂料的需求量將大大提升,包括紫外光固化粉末涂料、抗菌防霉粉末涂料、電氣絕緣粉末涂料、耐高溫粉末涂料、防涂鴉粉末涂料、美術型粉末涂料、熱轉印粉末涂料、電泳粉末涂料、水分散粉末涂料等新品種。

            4.2優化樹脂品種 

            在粉末涂料配方中,決定粉末涂料與涂膜性能額最關鍵因素是成膜物質樹脂和固化劑,其中樹脂的研究和開發是增加粉末品種的最重要的途徑。因此粉末涂料用樹脂的品種月新年異。近幾年來,樹脂廠家已經開發出了紫外光粉末涂料用樹脂系列產品、貯存穩定性好的干混合消光聚酯粉末涂料用聚酯樹脂、超耐候性粉末涂料用聚酯樹脂、環氧-聚酯粉末用樹脂、聚酯粉末用羧基聚酯樹脂、聚氨酯粉末涂料用羥基樹脂等,但是這些樹脂品種仍存在不足之處,尚待改進。

            4.3新型固化劑 

            粉末涂料用新型固化劑的開發喜憂參半。例如羥烷基酰胺與傳統固化劑相比,有較低固化溫度、貯存穩定性好、無毒等優點,但是存在不能厚涂及厚涂涂膜易出現粗毛孔的問題;多環氧化合物在PT910價格偏高等。無封閉的聚氨酯粉末涂料固化劑脲二酮在烘烤過程中無封閉劑釋放,具有環境友好特性,當前耐候性聚氨酯粉末在美國和日本的使用占相當比例,但由于該種粉末涂料的價格偏高,我國目前的推廣應用還存在許多問題,因此開發出價格合理的環境友好型固化劑是今后粉末涂料的發展方向之一。

            4.4薄膜型粉末涂料 

            粉末涂料開發初期的優點是厚涂層,一次涂裝可以達到溶劑型涂料幾道涂裝的厚度,節省涂裝時間,生產效率高。然而有些產品的厚度不要求太厚,厚涂層屬于質量過剩、浪費資源。一般粉末涂料的厚度要達到60~80μm技是比較容易,而要達到30~40μm的薄涂層是比較困難的,需要粉末涂料的粒度分布、遮蓋力、干粉流動性、帶靜電效率等多方面改進,才能達到薄涂層的目的,因此粉末涂料的薄層化是近年來的研究熱點。

            4.5超耐候超耐久性粉末涂料 

            隨著工業技術水平的發展,大型長久性、耐久性工程項目及超高層建筑越來越多,對粉末涂料的裝飾性和防腐性能的要求也越來越高,同時對使用壽命也要求越來越長,因此對超耐候性和超耐久性粉末涂料的需求越來越多。

            在超耐候性粉末涂料方面,在一般耐候性粉末涂料基礎上開發使用年限達到薄5-10年甚至更長的聚酯、聚氨酯、丙烯酸粉末涂料,特別是使用年限達到10-20年以上的氟樹脂粉末涂料,滿足超高層大樓和鋼結構物的涂裝要求,開發超久性環氧、聚苯硫醚等粉末涂料品種是未來發展方向。

            此外,改進粉末涂料制造設備、粉末涂料制造工藝及粉末涂料的快速配色等也是未來值得重視的方向。

            4.6粉末涂裝的發展趨勢 

            粉末涂裝產品的質量不僅取決于粉末涂料的質量,也與粉末涂裝工藝分不開。目前主要的涂裝方法是采用靜電粉末涂裝法,如何提高靜電粉末噴槍的帶靜電效率、保持噴槍供粉的均勻性和穩定性、提高供粉的*度、涂裝系統的快速換色和換粉末涂料樹脂品種等方面是亟待解決的關鍵問題。

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