如何克服喷涂超细粉末涂料的缺点?
粉末涂料和油漆是发展迅速的粉末涂料,具有环保、经济、高效、节能等突出优点。它们是 100% 固体成分,与液体涂料不同,不含大量的溶剂排放。它们是不会造成污染的环保型涂料产品。粉末涂料喷涂过程中未使用的粉末可回收再利用。喷涂过程简单稳定,能耗低。与液体涂料相比,具有成本低、性能好的特点。
粉末涂料的发展非常迅速,而在中国,粉末涂料的发展要比其他国家快得多。主要原因是中国的经济发展非常快,粉末涂料是许多新建涂装生产线的首选。中国已成为粉末涂料的使用大国和生产大国,但在高端原材料的生产和高端产品的开发方面,与发达国家相比仍有差距。
如何瞄准具有重大现实意义的前沿课题,利用国内外高新技术进行攻关,并实现产业化,是中国科学家和业内人士面临的重要抉择。
粉末涂料在过去十多年的发展中表现出了巨大的竞争力,但其发展中也存在着需要克服的缺点和局限性。 粉末涂料被公认为有四个缺点:涂层太厚、涂层外观差、不能低温固化、难以改变颜色。
针对这些限制和不足,各国科学家和工程师进行了大量研究,并在许多领域取得了长足进步。
例如,低温固化粉末涂料的开发已经产生了可在 120°C 下固化的商业产品,可用于木板和复合板的涂层。紫外线固化粉末涂料的研究也取得了突破性进展,并已应用于工业领域。
在目前情况下,粉末涂料的高质量和成本效益以及符合环保法规被认为是工业用户接受粉末涂料的最大原因。
与其他类型的涂料相比,粉末涂料的市场份额并不大。然而,在相对成熟的工业涂料领域,粉末涂料是为数不多的能够多年保持高增长率的产品类型之一。
02
超细粉末喷涂技术简介
粉末涂料因其环保、经济、节能等突出优势而得到迅速发展。然而,粉末涂料也存在亟待克服的缺点和局限性。粉末涂料公认的两个缺点是:涂层太厚和涂层表面平整度差。
原因是粉末涂料的粒度相对较大,远远超过普通漆膜的厚度。这不仅会造成材料浪费,而且在很多情况下,涂层过厚还会导致漆膜性能下降。
例如,涂层容易剥落,涂膜硬度降低。为了克服这些缺陷,各国科学家进行了大量研究,开发出了超细粉末涂料。这些粉末粒度更细,涂层表面效果好,可以实现薄涂层。
加拿大 Phoseon Technology 公司的科学家利用一种特殊技术成功地克服了超细粉末颗粒之间的分子吸引力。这避免了粉末团聚,使粉末涂料的粒度达到 10-20 微米,并具有非常好的流化性能。
这种涂层可以形成非常平整的涂层表面,也可以薄层涂覆。超细粉末涂层的表面效果得到了极大改善,盐雾试验表明,极薄的超细粉末涂层具有极佳的耐腐蚀性。主要原因是超细粉末涂层最薄处的厚度高于粗粉末涂层。
03
粉末涂料的精细粉末化及其发展
粉末涂料有四大缺点、 涂层太厚,外观不佳 是最重要的。
粉末涂料的涂层厚度通常为 60-100 pm,比普通漆膜厚得多。这不仅会造成不必要的浪费,而且在某些情况下,涂层过厚会导致涂膜性能下降,如涂层容易剥落。涂层外观不佳降低了粉末涂料的装饰效果,从而限制了粉末涂料的应用和发展。尤其是粉末涂料不能用于某些高端产品(如汽车)的涂装。
粉末涂料太厚、外观不佳的主要原因是粉末涂料的粒度过大。 普通粉末涂料的粒径通常为 30-40μm,这样的粒径很难在静电喷涂后获得平整的表面和良好的表面效果。
如果能减小粉末涂料的粒度,就能获得表面光洁度非常好的涂层,并实现薄膜涂层。 粉末涂料的精细粉末化可以大大节省薄涂层的成本,同时还能获得非常好的涂层表面。可以说,这是粉末涂料研发中最重要的课题之一。
各国科学家和世界各大粉末涂料公司在这一课题上投入了大量资金,同时也吸引了其他行业和一些国家政府的关注。
由于市场的需求和人们的关注,粉末涂料的精细粉碎研究取得了许多突破性进展。
最常见的方法是 添补 润滑剂 以防止粉末涂料团聚,从而适当减小颗粒尺寸。
一些大公司 生产出粒度分布较窄的产品选择 增加润滑剂调整的高水平产品 以进一步减小粉末涂层的粒度,实现薄膜涂层。
美国 Ferro 公司开发出一种新的 使用超临界二氧化碳制备粉末涂料的工艺它可以生产出分散均匀、粒度分布窄的粉末涂料产品。
在中国,许多公司生产 高水平产品 并声称已实现薄膜涂层。事实上,粉末的粒径并没有减小,但因为可以获得更薄的涂层,所以在市场上确实很受欢迎。
上述方法只是实现粉末涂料精细粉末化的部分方法。它们确实给粉末涂料行业带来了很多好处,但并没有真正实现粉末涂料的精细粉末化。
粉末涂料的精细粉末化是指粉末涂料的粒径达到 20 毫米或更小。 一般来说,涂层厚度为粉末粒径的 2.5 倍时,表面效果会更好。然而,超细粉末有其自身的特点,即气体流化性差。这是因为随着粒度的减小,粉末的质量呈指数级减小,而粉末的表面积却呈指数级增大。其结果是分子力大大增强,导致超细粉末结块,无法正常流化。
正常的流态化是粉末涂料静电喷涂的前提条件,因此频繁的流态化成为粉末涂料难以实现精细粉末化的主要技术原因。细粉结块是超细粉的天然特性。要实现精细粉末化,首先必须克服以下问题 超细粉体之间的分子力.
04
超细粉末制备技术的进步
1.机械和化学方法
制备超细粉体的主要方法是机械粉碎法和化学合成法。机械粉碎法是利用机械力将传统的块状或粉状材料超细。
而化学合成则是利用化学反应生成物质的基本粒子--分子、原子、离子等--这些粒子通过成核、生长和凝聚等过程成长为超细粉末。这种方法有三大优势:
- 首先是多功能性。它可以制备各种成分、形态和粒度的超细粉末。
- 其次,它可以在分子或原子尺度上控制产品质量。
- 第三,可精确控制和调整工艺流程,便于实现工业化生产。
从超细粉体制备和应用的角度来看,超细粉体的化学合成方法代表了超细粉体制备技术的发展方向,也成为各国研究和开发的重点。
2.制备超细粉体的工程问题
超细粉体材料的生产工艺有其特殊的工业反应过程,与之相比,主要区别在于材料成本比例相对降低,材料的功能决定了产品的高附加值,而产品的高附加值很大程度上取决于产品的形态(形状、粒度分布、晶体成分和形状等)。
粉体材料的形态是工业生产的关键。解决材料制备的工程问题是工业控制和工艺放大的前提。掌握超细粉体工艺的规律性是解决工程问题的基础。
05
超细粉末涂料的要求
超细粉末涂料可以实现平整、薄的涂层。换句话说,以超细粉末薄涂层为特征的粉末涂料可能对涂层和涂层工艺都有一些特殊的技术要求。
一般来说,粉末涂料要求树脂的熔融粘度低但玻璃化转变温度高;颜料分散性和遮盖力好;粒度分布窄且粒径小,这就要求研磨设备具有良好的研磨和分级效果。
粉末涂料还需要具有良好的干粉流动性和静电性能。要全面解决这些问题,需要原材料制造商、粉末制造商、设备制造商和用户的共同努力。
本文研究流动性极佳的超细粉末涂料。研究的重点是,用户通常无需更换任何设备就可以涂抹这种涂料。下面,我们将列出在实际开发和应用过程中遇到的一系列技术问题。
1.隐藏力量
普通粉末很难薄涂,涂膜厚度在 60-90mm 之间,一般不存在遮盖力问题。在应用中很快发现,使用普通配方得到的超细粉末在涂层小于 50mm 时,遮盖力不够,尤其是白色产品,无法满足实际涂装的要求。
因此,我们适当增加了颜料含量,使其具有液体涂料的高遮盖力。白色产品比较特殊,我们需要使用遮盖力最强的金红石型钛白粉,同时增加用量,否则达不到要求。
随着涂膜厚度的减小,涂层对遮盖力的敏感度也会成倍增加。在研发过程中,我们发现必须考虑采取一系列措施,以防止产品在颜料含量增加时出现不均匀的熔融现象。
一是使用熔化性能更好的树脂;二是使用熔化性能更好的二氧化钛或经过涂层处理的二氧化钛。此外,还需要在挤压过程中增强捏合效果。 因此,要获得非常好的遮盖力,必须对粉末配方进行相应的改进。
2.平整
普通粉末涂料的流平性和流挂性是一对矛盾。流平性好,就容易流挂。超细粉末涂料由于涂层薄,不易流挂、因此可以增加流平剂的用量,以达到更好的流平效果。 超细粉因其粒度细和喷涂均匀,涂层表面非常平整。
3.粉末带电性
超细粉质量小,不易粉化。从理论上讲,应该添加一些增效剂来提高粉化率。但在实际应用中发现,初始粉化率低实际上是一种优势。
由于粉末化率低,喷涂的选择性增强,这意味着在喷涂过程中很容易获得均匀的涂层厚度。 由于超细粉解决了粉末流化的根本问题,因此不存在超细粉的回收和再利用问题。
4.费用
由于涂膜厚度大大降低,超细粉末喷涂的成本将大大降低。然而,成本降低的百分比与粉末节省的百分比并无直接关系。因为许多高端原材料的使用会增加生产成本,超细粉末通常比普通粉末贵得多。
白色超细粉产品由于使用了大量高级二氧化钛,因此成本增加幅度比其他颜色高。深色超细粉的成本增加很小。总体而言,超细粉末涂料在综合成本方面仍具有明显优势,而且越是高端产品,成本下降越明显。
从过去半年的市场经验来看,由于对新产品的认识不足,率先使用超细粉的客户并没有被涂层的成本降低因素所吸引。他们的驱动力是提高产品档次,使其外观更加光滑。当然,即使是现在,节约的成本也明显高于增加的成本。
06
超薄粉末涂层
1.喷涂设备和工艺
解决超细粉体喷涂问题的出发点是彻底解决超细粉体的流态化问题,这样理论上就不需要改变喷涂工艺。
在实际应用中,超细粉末确实可以像普通粗粉一样完全流化,不存在流化不良如堵枪等问题。不过,超细粉喷涂仍有一些特殊性。超细粉体质量小、表面积大,因此虽然单个颗粒的电荷量较低,但整体电荷量会显著增加。
经过一年多的测试和应用,我们发现,无论是简易喷房的手动喷枪,还是现代化喷房的先进自动喷枪,喷涂设备基本上不需要更换。
不过,喷涂过程需要根据具体情况稍作调整。例如 距离可以稍近,电压可以稍低。超细粉的喷涂工艺参数与普通粗粉相同。每条生产线都有适合自身要求的最佳喷涂条件,需要技术人员在现场进行一定的试错试验。
2.粉末施用率和选择性
普通粗粉在回收粉末中含有大量细粉,再利用时往往会出现结块、吐粉等流动性差的问题,给粉末涂料的回收利用带来麻烦。因此,在回收之前,有必要将回收的粉末与粗粉按一定比例混合。
由于尺寸小,超细粉不像粗粉那样容易附着在工件表面。超细粉的首次喷涂率比粗粉低,但这并不一定是坏事。粉末喷涂率低使得在喷涂较好的超细粉末时很容易获得非常均匀的薄膜厚度涂层,而粗粉则很难做到这一点。
另一方面,由于超细粉解决了细粉的流动性问题,因此其回收粉不存在流动性差的问题。只要设备有回收装置,涂层就完全没有问题。
3.恢复性能和重涂性能
目前常用的回收系统有 旋风回收 和 袋式过滤器回收.这两种方法都能有效回收所有未使用的粉末。无论是粗粉还是超细粉,它们都含有不同大小的颗粒,只是比例不同而已。
虽然超细粉的平均粒度比粗粉小得多,但其粒度在现有回收设备设计的回收范围之内。可以说,正常回收是没有问题的。回收粉末的粒度通常小于原始粉末。
超细粉喷涂技术的关键是彻底解决超细粉的流态化问题。因此,再生超细粉具有超细粉喷涂的特点和用途。
4.涂层性能
超细粉的喷涂实际上是通过解决细粉的流态化而成功实现喷涂的一种工艺。由于以下原因,超细粉喷涂具有不同于普通粉末的喷涂特性。
- 首先,颗粒细小,涂层致密,表面光滑,因此增强了表面的抗划伤性和平整度。
- 其次,涂层较薄,避免了厚涂层的缺点,如涂层剥落。
此外,粗粉末涂料很难实现薄涂层,而厚涂层实际上会造成大量浪费。为了节约成本,传统粉末涂料必须与大量廉价填料混合。
虽然这些填料不会影响涂层的遮盖力,但会在一定程度上影响涂层的化学性质和耐腐蚀性。由于涂层薄、遮盖力要求高,超细粉末必须使用最好的原材料,而由于涂层薄,因此也可以使用最好的原材料。
因此 超细粉末涂料在许多方面都明显优于普通粉末涂料,如耐腐蚀性、耐候性、柔韧性、附着力、硬度等。 当然,如果需要较强的抗机械摩擦能力,那么薄涂层就不如厚涂层好。
07
超细粉末涂料应用实例
1.黑色部件
大多数汽车内饰件都可以使用粉末涂料,主要起到保护作用。不过,由于普通粉末无法进行薄涂,涂膜厚度通常为 60-100 pm,因此应用并不广泛。
而黑色超细粉则不存在遮盖力和表面均匀性的问题。在实际应用中,涂膜厚度可降低到平均 20 pm,节省了大量成本。涂层的耐腐蚀性与普通粉末相当,硬度和附着力也有所提高。
2.家具、集装箱和其他室内装饰产品
有些客户之所以选择超细粉末,是因为他们生产的是高质量的出口产品,对表面要求很高。为了达到最佳的外观质量,膜厚减少得很少,但成本并没有降低。由此可见,在低价内饰产品市场,超细粉的应用暂时还不具备成本优势。
3.户外耐候产品
铝型材喷涂的首要要求是出色的耐候性,其次是更好的外观。超细粉末采用高级耐候性聚酯和无机耐候性颜料,使涂料产品在这两方面都具有非常好的性能。更重要的是,可以大大节约成本。
4.汽车领域
多年来,汽车清漆一直被认为是粉末涂料难以涉足的领域。然而,由于粉末涂料在成本效益和环保方面的优势,汽车清漆的市场前景非常广阔、
最近,单组分粉末涂料在汽车涂料领域的成功应用促使汽车制造商和涂料生产商在这一领域开展了广泛的研究。
宝马是世界上第一家在其标准产品中使用粉末清漆的汽车制造商。截至 2000 年底,宝马德国工厂已将粉末清漆投入商业生产,共生产了 500,000 辆汽车。
5.其他应用市场
粉末涂料的其他市场包括管道和钢筋防腐粉末涂料。这些粉末涂料主要基于纯环氧系统(熔融粘结)。
在欧洲,螺纹钢市场几乎被忽视,但从技术角度来看,这一领域被认为有很大的增长空间。由于不同地区的统计分类方法不同,因此很难评估粉末涂料在不同领域的消费量。
在比较粉末涂料和一些符合选择标准的 VOC(挥发性有机化合物)涂料的成本时,必须注意总成本,包括涂装成本。
与其他环保涂料相比,在实际涂装过程中使用粉末涂料的优势在于:原材料利用率从 95% 提高到 99%;能耗减少 30%(与传统低固含碳涂料相比);人工成本减少 40% 至 50%;因表面缺陷而废弃的材料量减少约 4 至 6 倍,从而减少近 90% 的废物。
08
超细粉末涂料在各领域的应用进展
涂布设备的最新发展使得涂布生产线更易于清洁,换色速度更快。涂装设备的发展趋势是 低温固化和高活性粉末涂料 粉末涂料可以提高生产线速度并节约能源,使粉末涂料的经济优势更具吸引力。
采用粉末静电喷涂的中密度纤维板具有涂装性能优异、施工效率高、能耗低等优点。固含量为 100% 的粉末涂料在封装木制品后,可防止木材内部有害物质的挥发,是名副其实的绿色产品。
当然,还有改进的余地,比如粉末的化学储存稳定性:潜在的催化剂或添加剂可以在不影响固化条件的情况下防止基料在储存温度下发生反应;物理储存稳定性:在不影响反应速率和体系粘度的情况下提高体系的玻璃化温度。
线圈涂层 是一种预涂装,有别于传统的 "后涂装 "工艺。由于具有简化生产工艺、施工效率高、节省投资和运行成本、符合环保法规、涂膜性能优于传统方法等一系列优点,卷材涂料已成为当今涂料工业的发展方向之一。
彩板生产技术最早于 1927 年在美国诞生。中国在 20 世纪 80 年代开始引进卷材涂布和涂层技术。
20 世纪 90 年代后期,中国的彩板消费量和产量开始上升,增长势头极为迅猛。截至 2003 年底,124 家企业已建成 169 套涂布装置,生产能力达 874 万吨。
粉末喷涂装置处于强静电场下。旋转的粉刷产生涂层粉末云。云雾中的固体涂料颗粒带着高电荷,高速飞向基材,产生足够大的边界穿透力。粉末颗粒随后均匀地沉积在带材表面。
随着国家对环保要求的严格和对成本效益的考虑,卷材粉末涂料将逐渐得到更广泛的认可,并将成为卷材涂料的发展趋势。
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聚硫醇/聚硫醇 | ||
DMES 单体 | 双(2-巯基乙基)硫醚 | 3570-55-6 |
DMPT 单体 | THIOCURE DMPT | 131538-00-6 |
PETMP 单体 | 季戊四醇四(3-巯基丙酸酯) | 7575-23-7 |
PM839 单体 | 聚氧(甲基-1,2-乙二基) | 72244-98-5 |
单官能团单体 | ||
HEMA 单体 | 甲基丙烯酸 2-羟乙基酯 | 868-77-9 |
HPMA 单体 | 甲基丙烯酸羟丙酯 | 27813-02-1 |
THFA 单体 | 丙烯酸四氢糠酯 | 2399-48-6 |
HDCPA 单体 | 氢化双环戊烯丙烯酸酯 | 79637-74-4 |
DCPMA 单体 | 甲基丙烯酸二氢双环戊二烯酯 | 30798-39-1 |
DCPA 单体 | 丙烯酸二氢双环戊二烯酯 | 12542-30-2 |
二氯丙烯酰亚胺单体 | 甲基丙烯酸二环戊氧基乙酯 | 68586-19-6 |
DCPEOA 单体 | 丙烯酸二环戊烯基氧基乙基酯 | 65983-31-5 |
NP-4EA 单体 | (4) 乙氧基化壬基酚 | 50974-47-5 |
LA 单体 | 丙烯酸十二烷基酯/丙烯酸十二烷基酯 | 2156-97-0 |
THFMA 单体 | 甲基丙烯酸四氢糠酯 | 2455-24-5 |
PHEA 单体 | 2-苯氧基乙基丙烯酸酯 | 48145-04-6 |
LMA 单体 | 甲基丙烯酸月桂酯 | 142-90-5 |
IDA 单体 | 丙烯酸异癸酯 | 1330-61-6 |
IBOMA 单体 | 甲基丙烯酸异冰片酯 | 7534-94-3 |
IBOA 单体 | 丙烯酸异冰片酯 | 5888-33-5 |
EOEOEA 单体 | 2-(2-乙氧基乙氧基)丙烯酸乙酯 | 7328-17-8 |
多功能单体 | ||
DPHA 单体 | 双季戊四醇六丙烯酸酯 | 29570-58-9 |
DI-TMPTA 单体 | 二(三羟甲基丙烷)四丙烯酸酯 | 94108-97-1 |
丙烯酰胺单体 | ||
ACMO 单体 | 4-丙烯酰基吗啉 | 5117-12-4 |
双功能单体 | ||
PEGDMA 单体 | 聚乙二醇二甲基丙烯酸酯 | 25852-47-5 |
TPGDA 单体 | 三丙二醇二丙烯酸酯 | 42978-66-5 |
TEGDMA 单体 | 三乙二醇二甲基丙烯酸酯 | 109-16-0 |
PO2-NPGDA 单体 | 丙氧基新戊二醇二丙烯酸酯 | 84170-74-1 |
PEGDA 单体 | 聚乙二醇二丙烯酸酯 | 26570-48-9 |
PDDA 单体 | 邻苯二甲酸二乙二醇二丙烯酸酯 | |
NPGDA 单体 | 新戊二醇二丙烯酸酯 | 2223-82-7 |
HDDA 单体 | 二丙烯酸六亚甲基酯 | 13048-33-4 |
EO4-BPADA 单体 | 乙氧基化 (4) 双酚 A 二丙烯酸酯 | 64401-02-1 |
EO10-BPADA 单体 | 乙氧基化 (10) 双酚 A 二丙烯酸酯 | 64401-02-1 |
EGDMA 单体 | 乙二醇二甲基丙烯酸酯 | 97-90-5 |
DPGDA 单体 | 二丙二醇二烯酸酯 | 57472-68-1 |
双-GMA 单体 | 双酚 A 甲基丙烯酸缩水甘油酯 | 1565-94-2 |
三官能单体 | ||
TMPTMA 单体 | 三羟甲基丙烷三甲基丙烯酸酯 | 3290-92-4 |
TMPTA 单体 | 三羟甲基丙烷三丙烯酸酯 | 15625-89-5 |
PETA 单体 | 季戊四醇三丙烯酸酯 | 3524-68-3 |
GPTA ( G3POTA ) 单体 | 丙氧基三丙烯酸甘油酯 | 52408-84-1 |
EO3-TMPTA 单体 | 三羟甲基丙烷三丙烯酸乙氧基化物 | 28961-43-5 |
光阻单体 | ||
IPAMA 单体 | 2-异丙基-2-金刚烷基甲基丙烯酸酯 | 297156-50-4 |
ECPMA 单体 | 1-乙基环戊基甲基丙烯酸酯 | 266308-58-1 |
ADAMA 单体 | 1-金刚烷基甲基丙烯酸酯 | 16887-36-8 |
甲基丙烯酸酯单体 | ||
TBAEMA 单体 | 2-(叔丁基氨基)乙基甲基丙烯酸酯 | 3775-90-4 |
NBMA 单体 | 甲基丙烯酸正丁酯 | 97-88-1 |
MEMA 单体 | 甲基丙烯酸 2-甲氧基乙酯 | 6976-93-8 |
i-BMA 单体 | 甲基丙烯酸异丁酯 | 97-86-9 |
EHMA 单体 | 甲基丙烯酸 2-乙基己酯 | 688-84-6 |
EGDMP 单体 | 乙二醇双(3-巯基丙酸酯) | 22504-50-3 |
EEMA 单体 | 2-甲基丙-2-烯酸 2-乙氧基乙酯 | 2370-63-0 |
DMAEMA 单体 | 甲基丙烯酸 N,M-二甲基氨基乙酯 | 2867-47-2 |
DEAM 单体 | 甲基丙烯酸二乙氨基乙酯 | 105-16-8 |
CHMA 单体 | 甲基丙烯酸环己基酯 | 101-43-9 |
BZMA 单体 | 甲基丙烯酸苄酯 | 2495-37-6 |
BDDMP 单体 | 1,4-丁二醇二(3-巯基丙酸酯) | 92140-97-1 |
BDDMA 单体 | 1,4-丁二醇二甲基丙烯酸酯 | 2082-81-7 |
AMA 单体 | 甲基丙烯酸烯丙酯 | 96-05-9 |
AAEM 单体 | 甲基丙烯酸乙酰乙酰氧基乙基酯 | 21282-97-3 |
丙烯酸酯单体 | ||
IBA 单体 | 丙烯酸异丁酯 | 106-63-8 |
EMA 单体 | 甲基丙烯酸乙酯 | 97-63-2 |
DMAEA 单体 | 丙烯酸二甲胺基乙酯 | 2439-35-2 |
DEAEA 单体 | 2-(二乙基氨基)乙基丙-2-烯酸酯 | 2426-54-2 |
CHA 单体 | 丙-2-烯酸环己基酯 | 3066-71-5 |
BZA 单体 | 丙-2-烯酸苄酯 | 2495-35-4 |