热固性粉末涂料研制生产及施工应用中问题探讨河池

热固性粉末涂料研制生产及施工应用中问题探讨

导读：根据热固性粉末涂料研制、生产及施工应用中的一些问题，对当前国内粉末涂料生产控制及优化配方筛选，介入基础理论研究及实际应用，同时在应用施工中技术操控对施工质量的影响及解决途径进行了探讨。

自20 世纪80 年代粉末涂料在国内研制开发生产应用以来，三十年间从产量到质量均有很大的飞跃。

因其节省资源、能源、低公害和提高劳动生产率等特点，每年以10%的增长率发展，品种已从早期纯环氧防腐型发展到环氧/聚酯、聚酯、丙烯酸［1］等装饰型高级系列中国机械网okmao.com。

但总体装饰性能还比不上高档的溶剂型涂料，加之国内生产厂家技术条件不一，所生产的粉末涂料在施工应用［2］时有些厂家的产品往往出现如流平性差、边缘覆盖率低、粉末易结团、漆膜出现缩孔等弊病。

笔者通过多年的生产实践经验，提出如何从根本上减少上述弊病，努力提高漆膜装饰性便是本文讨论的主要问题。

1 生产线调节对质量的影响

1.1 原材料混合

在高速混合机中混合原材料对调色人员至关重要，经常会出现相同配方，小试和生产色差很大。

粉末涂料调色生产后颜色不合格产品的处理常令生产者头痛。解决途径之一是不能常变动颜料生产厂家及型号，更重要的是要操控者对生产时原材料混合时间与混合机转速一经调节好就不要轻易改变。

有经验的生产者都知道其混合时间哪怕相差10 s 其产品颜色就会有差别，浅色漆的色差影响更大而深色漆影响小些。

当发现混合机内壁有较多物料挂壁，就应及时检查颜填料吸潮程度即含水量是否合格及所用树脂之软化点是否合格，挂壁严重对所调色准确性、配方均匀性有很大影响。

1.2 挤出机区间温度

挤出机调节加热熔区间温度对物料分散程度及树脂对颜填料的湿润程度相当重要，温度过低则物料湿润分散不好［3］。

物料润湿分散不好可以通过检查粉末涂料压片，当涂料压片横截面观察到未分散粉粒时，便可以确定为分散不好，它是造成粉末涂料易产生缩孔的主要原因之一。

而温度调节过高则外力对涂料剪切力过低，同样造成分散湿润不好，由于剪切过低粉末涂料在高温的挤出机运行时间过长引起局部物料胶化而最终产生不熔胶粒，这种严重影响涂膜外观又很难除去的胶粒是生产者最不愿见到的。

挤出机温度是否过高，主要是检查压片横截面是否有气泡，有气泡则表示温度调节过高，如果挤出机出口物料呈现流水状则是控温超高了。

不同软化点树脂对温度调节会有变化，大体上一区90 ～ 95 ℃，二区125 ～ 130 ℃，可通用各种类粉末涂料，调节挤出机控制柜表转速1100 ～ 1200 rpm，此时剪切力最好，树脂对颜填料具最佳湿润性。

1.3 ACM 空气分级磨调节

粉末涂料的粒度分布是否合理关系到漆膜表面性能及施工应用性能， 160 ～ 180 目粗粉占比例太多漆膜表面流平性不好，300 目以上细粉占比例太多则边缘覆盖率低，且喷涂施工漆膜易产生针孔，粉末产品易结团甚至不能使用。

一些粉末生产厂家对粒度分布不太重视导致反复出现产品质量问题。好的粒度分布原则应考虑到粗粉摩檫带电及气流流动性佳的优点和中细粉易形成空隙率低，利于生成平整漆膜的特性。

图1 列出3 种不同粒度分布粉末涂料，曲线①160 ～ 180 目占10%，180 ～ 250 目占60%，大于250 目占30%，实践中①粉末上粉率高，工件边缘覆盖理想，漆膜流平性好而且不易堵塞喷枪。

粉末粒度分布靠ACM 磨调节，不同种类粉末涂料因树脂软化点不同调节上略有差异。

以环氧/聚酯粉末为例要求风门全开，半光粉末涂料转速25，高光粉末涂料转速24，纯聚酯高光粉末涂料转速23，环氧美术花纹粉末涂料转速26。

技术人员应通过实验室分级筛对产品粒度分布检验，以观察实际施工应用效果确定某品种ACM 空气分级磨调节的最佳途径。

图1 3 种不同粒度分布粉末涂料

2 原材料选用与配比

2.1 树脂

树脂的结构和性能是决定粉末涂料和漆膜性能的主要因素，应具有合适的熔融温度、良好的带电性、良好的机械粉末涂料成膜性，但应用厂家不具备这些项目检测手段，只能通过实际应用后确定某牌子。

因树脂分子量分布宽其与固化剂交联固化过程内应力不同而产生缩孔，助剂只对问题不严重时的解决方法之一，粉末涂料储存期易结团失效往往也是树脂中低分子量部分因软化点太低造成。

分子量分布宽窄一般而言与树脂软化点没关系，故选择树脂大体上也只能按实际应用效果，软化点指标只是重要参考数据。

2.2 固化剂

固化剂的选择范围很广，既有互为固化剂的树脂型如环氧/聚酯、丙烯酸/聚酯，也有纯固化剂型与树脂交联固化的胺类、封闭型异氰酸酯、异氰脲酸三缩水甘油酯等。

在筛选固化剂时最重要一点是通过配方设计其胶化时间，粉末涂料胶化时间过快会产生流平性差、附着力差等问题。

流平性差很易懂，而附着力差的原因通常是喷涂厚金属或大面积金属件时由于工件的热容量大，要使被涂工件表面达到粉末涂料所需的熔融温度时间较长，如果生产设定的胶化时间不够，则涂料没有充分熔融流平并与金属表面紧密接触。

有些喷涂成膜后的工件稍加外力，某些部位便成小片脱落现象，这种情况除工件局部受污染引起外，另一原因便是胶化时间短，粉末涂料对应大热容量工件容易产生的现象，它与粉末涂料附着力性能关系不大。

当然，设计胶化时间过长也会产生边缘覆盖率低及工件边角流挂弊病，本文认为最佳胶化时间应设定在200 ～ 250 s /180 ℃之间。

2.3 助剂

助剂对修补粉末涂料弊病有一定作用，例如聚乙烯醇缩丁醛对改善漆膜耐冲击性、流平性提高工件边缘覆盖率有较好效果，适宜选用粘度35 ～ 40 s 规格的产品。

少量气相二氧化硅加入对提高边缘覆盖率、减低漆膜光泽及防止产品储存结团均有一定效果，但不能大于0． 5%，否则粉末涂料易在挤出机产生打滑难出料，而且粉末应用时会产生静电火花使漆膜产生针孔。

流平剂选择更广，液体型流平剂因其易使产品结团现已较为少用，现大多使用固体型丙烯酸类产品。应用安息香类亲水物也能一定程度消除因原材料带进水分而导致漆膜上出现的针孔。

2.4 颜填料

颜填料的种类及占配方比例会直接影响漆膜性能，颜填料应具有经高温烘烤颜色稳定，不产生发花、倒光等弊病。

故颜填料宜选耐热性好，所选的颜填料和树脂有良好的湿润分散性，湿润分散性的好坏给漆膜光泽带来明显的影响，这一点依赖助剂收效甚微。

颜填料粒径对漆膜表面性能有较大影响。粉末涂料固化过程中树脂、固化剂、助剂熔融流动，而不能熔融流动的颜填料是最终形成漆膜骨架的主体，由此可见颜填料的几何形状及粒径是漆膜表面性能因素之一。

就粒径而论，不同粒径颜填料合理配搭可有效减少处于熔融期间时漆膜体内空隙，这有利于平滑漆膜表面的形成。

按颜填料原理，生产实践中归纳出粗细颜填料按合理比例配搭具有最小粉末体积空隙率。按此原理在生产实践中还总结出在合适的范围内在保证漆膜表面性能情况下填充料的最大加入比例。

图2 可看出颜填料占配方比例从35% ～45%光泽变化不大，其原理在于颜填料除了吸油量及其化学性质、几何结构对漆膜有影响外，其粒子之间的空隙率多少相当重要。

粉末涂料在熔融流动过程中由于有空隙率少的颜填料骨架体形成，使部分熔融后的树脂向漆膜表面迁移而形成上图表达的效果，此原理对保证质量前提下降低成本十分有效。

对于颜填料堆砌理论我们还可以从几何及物理性质如颗粒形状、结晶状态、密度、相对密度、表面积等原理作深入理解。

图2 不同颜填料比例对光泽影响

3 施工应用

3.1 上粉率

粉末涂料施工应用普遍使用静电喷涂，其原理是金属工件和喷枪电极之间施加30 ～ 90 kV 高压电流，用压缩空气把粉末涂料从喷枪分散到空间［2］。

粒子受喷枪电极晕放电形成电场而产生电离的粒子相碰撞形成带电荷的粉末粒子吸附在接地的金属工件表面。

影响上粉率主要是喷涂设备调试、粉末涂料带电性、粉末涂料粒度分布、涂装环境温度与湿度等［4］。

上粉率低对应用厂家是致命的，因一般情况下回收粉既有环境带进杂质而这些杂质很难通过筛网除去，同时回收粉粒度分布二级分化即太粗和太细粉占重要比例，这些粉上粉率很低，故回收粉厂家一般都作废物处理。

一般正常粉末涂料应用率85% ～ 95%，解决上粉率低的途径主要是粉末涂料生产厂家要控制好产品最佳粒度分布，以及提高粉末涂料带电性如加入导电助剂或少量气相二氧化硅等。

另外应用厂家可通过施工中适当提高电压及减少出粉气压会收到明显提高上粉率的效果。与上粉率相对应是涂膜厚度均匀性，对大平面工件尤其要注意走枪均匀性。

天气潮湿及气温低的春季尤其要注意，一般来讲涂膜太厚易产生针孔及橘皮弊病，太薄部分则颜色不均及易露底，特别是浅灰、浅红等过渡色最易看出颜色不均匀性，适当提高电压减低气压可收较理想效果。

当然，把喷枪调节到最佳出粉雾化状态也是重要的，上述调节也可解决工件边缘覆盖率差的问题。

3.2 烘烤生产线温度调节

粉末涂料涂覆到工件后经加热烘烤，粉末开始熔融并将粉末粒子之间的空气排出，熔融的粉末逐渐流平及逐步失去流平性，固化成膜，其中最重要的时间区域是胶化时间，即涂料开始进入固化交联阶段的起始时间。

从图3 看出涂料在胶化点之前有一个熔融流平时间区域，而此区域如果生产时对烘烤第一区( 按每区5 min 行走时间计) 温度合理调节，对最终产品外观起决定性作用。

图3 环氧/聚酯粉末涂料应用为例( 固化条件180 ℃ /20 min) ，一区调175 ℃，其它三区185 ℃；

因生产线二端与外界联接实际温度会低些，故固化条件实际应为150 ～170 ℃ /10 min 185 ℃ 10 min；

完全可满足固化条件情况下粉末在150 ～ 170 ℃第一区能有5 min 胶化时间，使之充分流平，如果一区设定180 ℃的话则胶化时间只有3 ～ 4 min 不利于漆膜充分流平。

环氧/聚酯粉末涂料熔融温度110 ～ 120 ℃， 180 ℃胶化时间为4 min， 150 ～ 170 ℃可达5 min，生产上通过控温调节延长胶化时间，使漆膜充分流平既给漆膜带来平整丰满效果；

同时也一定程度克服各种原因引起的缩孔、针孔、工件边缘覆盖率低等弊病。

图3 环氧/聚酯粉末固化曲线

4 展望

国内目前粉末涂料以纯环氧、环氧/聚酯、纯聚酯为主，通观我国粉末涂料( 指热固交联型粉末涂料) 发展还落后于国外先进水平。

国外已有户外使用寿命长达20 ～ 30 年的氟树脂粉末涂料上市。从我国粉末涂料［5］发展方向首先应大力开发耐候性优秀的丙烯酸粉末，同时着力研制氟树脂粉末涂料，其二着力开发低温固化粉末涂料。

随着我国对环境保护的日益重视及国家各项环保法规出台，将会成为我国粉末涂料研制生产应用赶超世界先进水平的动力。

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