超细粉末涂料涂装技术

第五讲超细粉末涂料涂装

1市场背景

粉末涂料和涂装是以其环保、经济、高效和节能为突出优点而得到非常快速地发展。粉末涂料含百分之百的固体成分，不象液体油漆那样含有大量溶剂需排放，是没有公害的环保涂料产品；粉末涂料一次喷涂未能利用的粉末可以回收再次使用，喷涂工艺简单稳定，能耗较低，相对液体涂料具有成本低，性能好的特点。粉末涂料的发展速度非常快，而在我国的发展速度又远远快于其他国家，主要原因是我国的经济发展速度很快，大量新建的涂装线首选使用粉末涂料。我国已成为粉末涂料的使用和生产的大国，但在高档原材料的生产和高档产品的开发研制上，还与发达国家存在一定差距。如何瞄准一些具有巨大实际应用意义的尖端课题，利用国内外的高新技术进行技术攻关，并实现其工业化，是我国科学家和业内人士面临的重要决策。

粉末涂料在最近十几年的发展中呈现了非常强的竞争力，但也有其发展过程中亟待克服的缺点和限制。粉末涂装公认的四个缺点是涂层太厚，涂层表观效果较差，不能低温固化，换色较难。针对这些限制和缺点，各国科学家和工程技术员进行了大量的研究，在很多领域取得了可喜的成绩。如低温固化粉末涂料的开发研究已经有了可用于120度烘烤固化的商业产品，用于木器和复合板的生产；粉末涂料紫外光固化的研究也有了突破性的进展并有了工业化应用。我国粉体涂装设备的老厂上海新星静电喷涂设备有限厂与比利时UCB公司合作，已成果研制出粉末涂料紫外光固化设备，使我国在这一新兴领域得到很好发展，并带来巨大潜力。在粉末涂料的四个主要缺点中，涂层太厚和涂层表观效果较差是两个主要的缺点。粉末涂料的涂层厚度通常在60~100微米，远远超过普通油漆漆膜的厚度，这不仅带来不必要的浪费，而且在很多情况下涂层太厚还会造成漆膜性能下降，如涂层变得容易脱落，漆膜硬度表现降低等。涂层表观性能差，降低了粉末涂层的装饰性，在很多地方限制了粉末涂料的应用和发展，特别是对某些高档产品，如小轿车等表面要求较高的产品，就无法使用粉末涂料。粉末涂料的涂层太厚和表观效果不好，主要是由于粉末涂料的粉末粒径较大引起的。普通粉末涂料的粉末粒径通常为30~50 微米，这样的粉末粒径经静电喷涂后很难达到平整的表面和良好的表面效果。如果能将粉末涂料的粉体粒径变细，涂层就能得到很好的表面效果。并且，粉体粒径变细，就能够实现薄涂层涂装。粉末涂料的细粉化，既能实现薄涂层，大量节约成本，又能得到非常好的涂层表面，具有巨大的社会效益和经济效益，可以说粉末涂料的超细粉化是粉末涂料研究开发中最重要的课题。

辉旭微粉技术公司的超细粉末涂料产品具有非常细的粒径，可以达到非常平整的表面，同时也能得到很薄的涂层厚度。2004年，中国的粉末涂料用量达到40万吨，价值80亿以上，如果能够将现有的膜厚从70~80微米降低到30~40微米，可以节约巨大的涂料成本；另一方面，如果粉末涂料达到了液体涂料的表面效果，就可以在很多领域全面替代液体涂料，从而更大范围内推大粉末涂料的使用量。因此，超细粉涂装的推广应用，对整个粉末涂装工业都是非常有意义的事情。

2 粉末涂料的细粉化及其发展

超细粉末涂料的研究开发，可以显著提高产品质量，大大降低涂装成本，从而在很多领域内扩大粉末涂料的使用范围，因此，各国科学家和全球的各大粉末涂料公司在过去很多年来对该课题的研究开发进行了巨大的投入。并且该课题还吸引了其他行业甚至部分国家政府的关注。比如，1997年，美国三大汽车公司联合投资在底特律成立研究所，专门研究粉末涂料的超细粉化，试图用超细粉末涂料代替油漆用于汽车车体；1998年，加拿大政府也拨专款对粉末涂料细粉化的研究进行专门资助。

超细粉末涂料是指粉末涂料的粒径在20微米以下的粉末涂料产品。粉体的粒径越细，涂装出的涂层表面越平整。通常，涂层厚度为粉末粒径的 2.5倍时，涂层表面效果较好。如果涂层厚度与粒径相差不大，涂层很容易出现麻点或大量漏涂现象。要得到涂层厚度为30微米而平整度较好的涂层，粉末涂料的粒径通常要大大低于20微米。

粗粉

粗粉粒径大，烘烤前粉末喷涂量较多，粉体相对不均匀，烘烤后漆膜厚，表面效果较不平整。

细粉

细粉粒径小，烘烤前粉末喷涂量较少，粉体相对均匀，烘烤后漆膜薄，表面效果较平整。

粉体粒径低于20微米的粉体具有特别的性能。随着粒径的降低，粉体的质量会成倍地降低，同时粉体的表面积成倍地增加，其结果是分子间力大大增强，使得粉体抱团现象出现，抱团的粉体无法进行正常流化。而正常流化是粉末涂料实现静电喷涂的前提。这实际上就是粉末涂料细粉化难以实现的主要技术原因。将普通粉体从正常粉末涂料的30~50微米粉粹成为粒径为10~20微米的超细粉体时很容易的事，但要使之在空气流中能够单个地流化起来实现超细粉喷涂，必需首先克服超细粉粉体间的分子间力，但超细粉抱团是超细粉体的自然属性，要改变其属性或克服其粉体间的吸附力，是非常困难的事。

由于市场的需求和人们的重视，粉末涂料细粉化的研究不断取得突破。

最常见的是在粉末涂料中加入一些添加剂，如气相法二氧化硅、三氧化铝等润滑剂，使粉末涂料不容易抱团，从而达到适当降低粉末粒径的目的；也有的人采用生产非常窄的粒径分布的产品，并选用高流平的产品外加润滑剂调节，使粉末涂料的粒径进一步降低并初步实现薄涂层涂装；美国Ferro公司开发了采用超临界二氧化碳在液态下进行混合挤塑，并喷雾成粉的新工艺，能够得到分散均匀，粒度分布窄的粉末涂料产品。在国内，很多公司采用高流平的产品并宣称实现了薄涂层涂装，尽管实际上粉末粒径并未降低，但由于能够得到较薄的涂层，也确实很受市场欢迎。上述各种方法只是实现粉末涂料细粉化的众多的努力的一小部分，他们的确给粉末涂料工业带来了很多的利益，但实际上并没有真正意义上的实现粉末涂料的细粉化。加拿大辉旭微粉技术公司的科学家采用一种全新的纳米表面处理技术，根据各种不同的涂料产品进行特殊的表面处理，成功得到粒径为10~20微米的流化很好的粉末涂料，即可以得到非常平整的涂层表面，又可以进行薄涂层涂装。其工业化超细粉末涂料产品已经上市，只是其技术原理仍未公布。另据报道，日本人制备了流平性能非常好的粉末涂料，依靠其特别优异的流平性，成功得到涂层厚度很薄，平整都很好的涂装产品，但生产控制比较困难，而且涂层较厚时反而会出现较严重的桔纹现象。

3 超细粉涂装对粉末涂料的要求

首先，超细粉涂装可以得到薄涂层，其膜厚可以从普通粉末涂料涂层的60~80微米降到普通液体油漆的20~30微米，从而大大降低涂料成本；其次，超细粉可以得到非常平整的只有液体涂料才能达到的高质量表面效果。对薄涂层和高平整度的要求，超细粉需要具有一系列与普通粉不同的性质，而在涂装过程中，也有一些特别注意的事情。下面，我们分别进行讨论。

3.1超细粉末涂料必须具备很好的粉体流化性能

粉末涂装都需要粉末涂料的粉体在空气流中充分地流化起来，粉体只有在空气流中单颗粒悬浮，才能均匀地喷涂到工件表面。如果粉体抱团流化，达到工件上就成为大粉包，严重影响涂层表面。就是说，粉体流化是粉末喷涂的前提。超细粉的平均粉体直径为10~20微米，大大低于常规粉末涂料的30~50微米，由于质量大大降低而表面积成倍增加，粉体的分子间力大于其重力，超细粉都呈现强烈的抱团倾向。比如，一般的回收粉粒径小于正常粉，流动性能就大大降低，常常出现粉包。超细粉喷涂的首要条件就是粉体的流化。而超细粉的流化正是超细粉末涂料的技术关键。辉旭公司研制生产的超细粉末涂料，代表目前市场上最先进的技术，成功解决了超细粉的流动难题，从而奠定了出现超细喷涂的基础。

辉旭公司的超细粉末涂料，具有与常规粉末涂料同样甚至更好的流动性能，完全可以在同样的喷涂设备上进行涂装。在使用时，按照正常的方法进行流化即可以进行喷涂。但超细粉的流动性能是通过涂料粉体表面改性达到的，通常在喷涂前需要一定的摇动和较长时间的流化。另一方面，超细粉完全解决了粉体抱团的问题，回收的粉体尽管粒径较小，但不存在常有的回收粉的流动问题。

简单说，以超细粉、薄涂层为特征的粉末涂料可能对涂料和涂装都有一些特殊的技术要求，通常情况下，粉末涂料用树脂的熔融粘度低，但其玻璃化温度又不低；颜料的分散性要好，遮盖力要强；粉末涂料的粒度要小，分布要窄，这些需要粉碎设备对细粉末涂料的粉碎和分级效果好；再有，要求粉末涂料具备较好的干粉流动性和带静电性能。要全面解决这些问题，需要原材料生产厂、涂料和制造设备生产厂、以及用户的共同努力才能解决。在本文中研究的是具有很好流动性的超细粉末涂料，而研究的最重要的目标是用户不改变任何设备而能够正常进行涂装，为此，下面为实际开发应用过程中遇到的一系列技术问题。

3.2 超细粉末涂料需要较强的遮盖力

涂层越厚，其表面越显平整。超细粉涂装在膜厚达到50微米的时候就呈现最好的涂层表面。但对降低成本有一定要求的客户，可以将膜厚控制在30微米左右。在30微米左右的涂层，必须具有非常好的遮