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粉末塗料及塗裝技術新體係探討

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粉末塗料及塗裝技術新體係探討

發布日期:2018-01-21 作者:www.qinghuren.cn 點擊:

  【摘要】粉末塗料作為一種無溶劑塗料以其高效、優良塗膜性能、生態環保、經濟型的優秀品質成為塗料界的新秀得以快速發展並被廣泛應用。本文粉體塗裝設備介紹了粉末塗料及塗裝的新技術體係及未來發展趨勢。

    粉末塗料和塗裝技術是20世紀中期開發的一項新技術、新工藝,具有不含有機溶劑、無汙染、低公害、工序簡單、節約能源、塗裝效率高、保護和裝飾綜合性能好、可一次成膜等特點,它是一種新型“綠色塗料”。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)向大氣排放量的限製日益嚴格,對有限資源如何節約使用等問題日益關注,致使塗料與塗裝界對粉末塗料與塗裝技術更加重視。


    1 發展曆程


    1950年,聚乙烯粉末火焰噴塗試驗的成功開始了粉末塗料的應用,1952年,德國的蓋特梅爾發明了流化床塗裝熱塑性粉末工藝,保證了塗層的均勻性,從而使粉末塗料開始具備了實際應用價值。隨後不久,聚氯乙烯和尼龍熱塑性粉末塗料相繼美國問世。60年代,美國殼牌公司開發了第一種熱固性粉末塗料—環氧粉末塗料,同時,法國薩邁斯公司首先推出了粉末靜電噴塗設備,並與1966年實現工業化生產。70年代,粉末塗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塗料,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塗料。半個多世紀以來,伴隨著製造工藝和塗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、建築、汽車、管道及防腐等領域。全球粉末塗料市場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 粉末塗料新技術體係


    2.1 紫外光固化粉末塗料


    紫外光固化粉末塗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、固化的熱固性粉末塗料。其優點包括:1)低溫固化;2)一次施塗即可獲得理想的塗膜厚度,且塗膜外觀可與溶劑塑料塗膜外觀想媲美,性能優於溶劑型塗膜的性能;3)設備體積小,塗裝流水線更為緊湊,節省空間;4)固化速度快,能量消耗低。可以塗裝熱敏性底材塑料、木器、紙張以及電子元件等。紫外光固化粉末塗料已在歐美發達國家工業化,成功應用於中密度纖維板中。但是該種塗料價格昂貴,並且對結構複雜的工件和大型工件的塗裝比較麻煩。


    2.2 粉末塗料的複合化


    複合粉末塗料技術是運用不相容原理將含有兩種樹脂成分的粉末塗料(環氧/丙烯酸)通過一次塗裝和一次加熱形成具有兩麵特性的複合塗層。其接觸空氣的一麵是具優良耐候性的丙烯酸樹脂體係,而與基材金屬相接的是防腐性優良的環氧樹脂體係,複合體係既可減少工藝過程,又賦予塗膜雙重性能,是一種既適應環保要求,又可節省能源的新型粉末塗料。


    2.3 低溫固化環氧粉末塗料包接技術


    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。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TEP包接後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℃。


    利用包接技術製造的低溫固化環氧樹脂粉末塗料具有優異的性能、塗裝適用性和貯存穩定性,因此在管道、管道配件、汽車零件、鋼製家具等方麵有良好的應用前景。


    2.4 結晶聚酯樹脂


    結晶聚酯樹脂相對於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。所得塗膜橘皮輕微,塗層平整、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,所製得塗料具有極優的物理性能;3)結晶聚酯塗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,耐衝擊性強,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於粉末塗料在固化反應開始前的流動,從而有利於得到平整的塗膜。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 粉末塗裝新技術體係


    粉末塗裝新技術包括電磁刷塗裝技術、NIR(近紅外)輻射固化粉末塗料技術及粉末塗料感應加熱固化技術等。


    3.1 電磁刷塗裝技術(EMB)


    電磁刷塗裝技術(EMB)是一種模擬複印或激光打印的新技術,尤其適用於將粉末塗料高速塗覆於平板型的底材。該裝置由磁刷台和可將被塗物貼附的磁鼓組成。粉末塗料可看做複印機的磁粉,平板型的被塗物可看做是待複印的紙張。當靜電開通,隨著被塗物通過,磁場將其塗上了粉末塗料。該技術可應用於金屬、木器、紙張底材和紙板塗裝等領域。


    3.2 NIR(近紅外)固化技術


    NIR固化是以近紅外高輻射能量去激發塗料分子的劇烈振動而使塗層在短時間內受熱固化。其優點在於:不需要特殊配製的粉末塗料;可以使用形狀略微複雜的工件;固化時間短;對底材熱影響小應用領域廣等特點。NIR固化粉末塗料可以用在木材、中密度纖維板、塑料、紙張、電子產品等熱敏性產品的塗裝上,並且基於輻射光源可移動、固化時間短的特點,還可以用在大型鋼結構如橋梁、高層建築、船舶、儲槽和工業廠房的塗裝。近紅外光能的轉化效率高達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,設備占地麵積小,運行成本低。


    3.3 感應加熱固化技術


    粉末塗料感應加熱固化技術是通過將底材暴露於多變電磁場下來實現的。感應加熱用於粉末固化的特殊優點在於:用這種形式加熱時,工件隻在表麵上受熱,對於笨重和厚壁的工件來說,大大節省了固化塗層所需的能量。同時感應加熱工藝十分靈活,工件可在塗層施工過程中的任何時刻進行加熱。由於塗漆部位保持一致的溫度,使得塗層質量優異。


    4 粉末塗料及塗裝發展趨勢


    為了使粉末塗料更好地得到推廣應用,粉末塗料品種的多樣化、低溫快速固化、薄塗層化、塗料製造設備的改進、粉末塗料製造新工藝的開發仍是粉末塗料今後發展的趨勢。


    4.1 功能性粉末塗料


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


    4.2 優化樹脂品種


    在粉末塗料配方中,決定粉末塗料與塗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。因此粉末塗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塗料用樹脂係列產品、貯存穩定性好的幹混合消光聚酯粉末塗料用聚酯樹脂、超耐候性粉末塗料用聚酯樹脂、環氧-聚酯粉末用樹脂、聚酯粉末用羧基聚酯樹脂、聚氨酯粉末塗料用羥基樹脂等,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


    粉末塗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,但是存在不能厚塗及厚塗塗膜易出現粗毛孔的問題;多環氧化合物PT910價格偏高等。無封閉的聚氨酯粉末塗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,但由於該種粉末塗料的價格偏高,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後粉末塗料的發展方向之一。


    4.4 薄膜型粉末塗料


    粉末塗料開發初期的優點是厚塗層,一次塗裝可以達到溶劑型塗料幾道塗裝的厚度,節省塗裝時間,生產效率高。然而有些產品的厚度不要求太厚,厚塗層屬於質量過剩、浪費資源。一般粉末塗料的厚度要達到60~80μm是比較容易,而要達到30~40μm的薄塗層是比較困難的,需要粉末塗料的粒度分布、遮蓋力、幹粉流動性、帶靜電效率等多方麵改進,才能達到薄塗層的目的,因此粉末塗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塗料


    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築越來越多,對粉末塗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塗料的需求越來越多。在超耐候性粉末塗料方麵,在一般耐候性粉末塗料基礎上開發使用年限達到5-10年甚至更長的聚酯、聚氨酯、丙烯酸粉末塗料,特別是使用年限達到10-20年以上的氟樹脂粉末塗料,滿足超高層大樓和鋼結構物的塗裝要求,開發超久性環氧、聚苯硫醚等粉末塗料品種是未來發展方向。此外,改進粉末塗料製造設備、粉末塗料製造工藝及粉末塗料的快速配色等也是未來值得重視的方向。


    4.6 粉末塗裝的發展趨勢


    粉末塗裝產品的質量不僅取決於粉末塗料的質量,也與粉末塗裝工藝分不開。目前主要的塗裝方法是采用靜電粉末塗裝法,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、提高供粉的精確度、塗裝係統的快速換色和換粉末塗料樹脂品種等方麵是亟待解決的關鍵問題。


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