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新型粉末塗料發展的新趨勢

   1、粉末塗料市場發展的新動向

 

    世界塗料工業進入20世紀90年代以來,隨著高科技的迅速發展,粉末塗料類型和種類也與日俱增。它將繼續攻克塗膜薄層化、外觀質量亮麗堅固、固化低溫化方麵的障礙,而高於其他塗料的速度向前發展。由於全球麵臨環境惡化的難題,因此,粉末塗料以無溶劑、低汙染的優勢在世界塗料市場中所占比例越來越大。2000~2010年世界工業塗料類型與產品,如表1所列。

 

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    由表1可知,隨著世界工業塗料向環保型塗料方向發展,傳統的低固體分塗料由於存在大量有害溶劑揮發物,因此將受到世界各國嚴格控製VOC的法規限製,產量將逐漸下降,並逐步被淘汰,到2010年電泳塗料、水性塗料、反應型塗料和粉末塗料將成為世界環保型工業塗料四大支柱產品。它也預示著世界工業塗料將向無汙染、環保型塗料方向發展。

 

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    近年來,在粉末塗料工業中以美國Ferro公司開發成功的超臨界(VAMP)新工藝將成為粉末塗料製造工藝上的一場劃時代的革新。由此可開發出一批超細粉末塗料、低溫固化塗料、紫外光固化、熱敏性粉末塗料和複合粉末塗料等新品種。


    在粉末塗裝方麵開發了電磁刷新工藝。它是一種模擬複印或激光打印的新的塗裝方法。尤其適用於將粉末塗料高速塗覆於平板型的底材上。該工藝雖然不適宜直接塗裝在鐵磁體底材上,但可以通過轉移法進行塗裝,從而大大擴展了它的應用範圍。這是一項粉末塗裝開創性的新進展,它有待進一步研究開發,有可能發展成為粉末塗料全色印刷的新工藝,其前景十分看好。

 

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    2、粉末塗料製造新工藝超臨界流體化

 

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    超臨界流體是一種處於特定溫度和壓力下的流體物質,CO2就是一種最常用的超臨界流體(SCF),CO2的臨界溫度為31.1℃,臨界壓力為7.476×106Pa。它不需要特殊的高壓設備,在工業上具有實用性。CO2在發酵廠、合成氨廠等有大量的生產,可以廉價獲得。CO2超臨界流體與普通有機溶劑一樣具有同樣的溶解力,可用於工業物質的萃取和分離。它也能溶解塗料用的樹脂,其溶解力與庚烷相似,作為溶劑一稀釋劑相近。


    美國Ferro公司首先開發成功VAMP新工藝——使用超臨界CO2流體的濕式工藝。據稱,其製造過程並不複雜,將粉末塗料中原材料經料鬥投入配有混合漿葉的壓力容器中,接著用CO2充入該容器中,達到超臨界流態,其操作條件從55℃,1.651×107Pa上升到86℃,2.067×107Pa。經過充分攪拌後,通過常壓容器出料,經粉碎後得到粉末塗料。


    傳統的熔融混合擠出工藝主要缺點是生產工序長、物料分散不充分,而且色調困難。VAMP新工藝主要優點是由於降低了加工溫度,因此避免了局部預反應現象的發生,從而提高了產品的重現性和質量。此外,由於能用熔融黏度較低的原料來配製產品,從而提高了粉末塗料熔融流動性,可獲得比傳統粉末塗料較薄的塗層。


    通過應用研究發現,在汽車用罩光型粉末塗料,微細粒子粉末塗料和低於93℃固化用於木材、塑料的低溫固化型粉末塗料等已取得可喜進展。該新工藝可徹底防止製粉過程中的膠化。產品質量穩定,尤其是用於製造薄膜型粉末塗料和UV固化型粉末塗料,對推動粉末塗料在汽車、木材家具、塑料上應用有重大意義。


    3、粉末塗料色彩多樣化

 

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    粉末塗料的配色往往存在批次之間出現色差的難題,為此,Merck公司采用以Benda—Lutz黏結新工藝加入粉末塗料中,將片狀顏料粘接於幹粉末粒子上麵不損傷片狀結構,該工藝具有高度色彩的一致性。


    Ciba公司開發了一組預分散的顏料,能大大提高粉末塗料生產擠出階段中色彩的顯現度。


    Engelhard公司也開發出9種新的明亮的有機顏料適用於粉末塗料。Akzo Nobel公司開發出粉末塗料的配色服務體係,通過基本顏料的濃縮物,能快速地配製成各種光澤、各種色調的品種。並可將這些基本顏料精確地幹拚混合得到任何色調而無需重新擠出捏混。


    Backer粉末塗料公司開發了一套具有模擬木材紋理效果的粉末塗料,能顯示出塗漆木材的表麵花紋。


    Ciba Geigy和Sun化學公司開發成功有機顏料預分散體,可以很好地解決淺色和深色粉末塗料存在的展現飽和著色強度問題。這種預分散體的高著色力可減少通常為獲得所需色彩所用的顏料量,並改進了流變性。在無光漆中,用較少的顏料,即可獲得標準的顏色。


    Akzo Nobel粉末塗料公司已開發一種獨特的粉末塗料,它能快速配色服務。它能提供任何顏色,包括RAL、BS、NCS和非標準的各種色調,光澤度從20%到90%,3天供貨,數量從20Kg開始,並采用無TGIC固化的聚酯體係。這種配色工藝能用最少量的中間產品配製大量的色彩的產品。該工藝可自動化操作,以最快的時間生產出合格的產品。它可提供有光、緞光、平光的各種麵漆。通過使用一種獨特的消光基料,得到的平光的聚酯粉末塗料的平整度要比傳統的平光聚酯粉末塗料好得多。該公司計劃在歐洲和世界各地建立更多的這種配色設施。


    4、木器粉末塗料專用化

 

    由於研製開發出在100℃以下低溫固化的粉末塗料體係,它的推廣應用可使木器粉末塗料專用化,並可與傳統的工業木器塗料在塗裝方麵相競爭。


    盡管櫥房和家具工業的要求較高,必須噴塗4~5道塗料,才能達到合格,液態塗料仍占工業木器等塗料市場的主導地位,水性塗料也已采用,其缺點是所含助溶劑和水揮發速率慢。而粉末塗料可避免使用各種底漆,塗覆1道就可完全溶劑型塗料的多道工序。


    由於木材含水分為6%~10%,因此它具有良好的導電性,用摩擦噴槍即可實現塗料在木材上的最佳施工應用。


    Sigma塗料公司根據其在塗裝藤木、櫸木表麵和MDF表麵的經驗,總結出成功塗裝這些材料的重要指標是必須具有良好的邊緣覆蓋性、流動性、表麵硬度、耐劃傷性、耐化學品性、打磨性能及在打底表麵上的罩光性,由此研製開發出2種粉末塗料底漆體係。2種體係結合了IR和UV2種固化方式,因而具有如下特點:施工簡單、機械性能很好、效率高和邊緣覆蓋性良好,無粉末吸入木質底材中。


    5、汽車粉末塗料高性能化

 

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    汽車用塗料要求高耐候性、高耐腐性、高耐磨性、耐熱、保光、保色等高性能化,因此現實在汽車車身塗裝中正采用幹粉態或漿液態粉末塗料,並獲得了優良的效果。它們或作為底漆、單層塗料,或作為罩光麵漆而獲得應用。在美國已有11家通用汽車(GM)和克萊斯勒(Chrgsler)生產廠工業化采用粉末塗料作為頭二道合一底漆。在德國BMW汽車廠透明粉末塗料的實用已得到驗證。適用於透明麵漆用的優選粉末塗料是甲基丙烯酸縮水甘油酯(GMA)型丙烯酸體係。


    為了適應汽車粉末塗料,需要采用美國Ferro公司的VAMP新工藝加工。


    6、粉末塗料薄膜化的新途徑

 

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    美國微粉公司(MPI)開發出品種繁多的細粉末塗料,用於木材塗裝和表麵著色、建築麵漆和工業麵漆。特別是含氟碳樹脂品種達10種以上。美國塞姆洛克公司開發出250多種微細粉末塗料,其中包括聚四氟乙烯及其他氟聚物、聚乙烯、聚丙烯等。


    特別令人感興趣的是EP572764專利的發表,它是以聚偏二氟乙烯為基料的粉末塗料,其中含有六氟丙烯、四氟乙烯、偏二氟乙烯三元共聚物和成膜助劑、流平劑、顏料等。它特別是可以塗覆成2.0~2.7μm的無針孔的光滑薄膜,此專利突破了普通粉末塗料很難製成小於50μm薄塗層的框框,為粉末塗料薄層化闖出一條新途徑。


    7、粉末塗料複合化的新趨向

 

    7.1.複合粉末塗料

 

    複合型粉末塗料塗裝在牌號為[SPCO(PB-318處理過)]鐵基材上,經180℃烘烤固化。當烘烤溫度為100℃時,丙烯酸層與環氧層開始分離,鐵紅色的環氧粉末塗液流向鐵基底,藍色的丙烯酸塗液流向氣體界麵。在155℃左右分離終止,然後在20min後形成充分固化的複合塗層。


    該複合塗層的優點是隻需一次塗裝,一次固化,在鐵質基底底層是防腐環氧塗層,在接觸大氣界麵即麵層是高耐候性的丙烯酸塗膜。


    7.2.P/P型粉末塗料

 

    利用複合粉末塗料的基本技術,開發新型塗裝體係Powder on Powder(簡稱P/P型粉末塗料)。它是先塗裝環氧粉末塗料,然後在其上塗裝丙烯酸粉末塗料,最後將兩層粉末一起一次性加熱固化。與前述的複合粉末塗料相比,雖然塗裝工藝增加一次,但比通用粉末塗料工藝還節省了一次固化工序。前者適用鐵質基材,而後者則適用於其他基材。


    7.3.粉末塗料複合塗裝的新方向

 

    7.3.1.熱噴鋁/聚酯TGIC塗層係統

 

    將熱噴鋁在噴塗表麵上進行處理,然後將聚脂TGIC粉末塗料噴塗在其上麵,形成熱噴鋁/聚酯TGIC塗層係統。這樣,使塗層係統既能使鋁塗層作為陽極保護鋼鐵基體,又使聚酯TGIC粉末塗層耐候性能良好,以便在苛刻的環境中使用,使塗層具有良好的耐腐蝕性能。該塗層係統已經過美國嚴格測試,它的耐腐蝕性能已獲得美國海軍司令部的認可和特許,並已應用於海上和般上設備塗裝。


    7.3.2.陰極電泳漆/丙烯酸粉末塗料塗層係統

 

    丙烯酸粉末塗料具有優異的戶外耐久性。它的優點是:(1)塗層耐紫外光性能良好,保光保色性能都優於環氧、環氧/聚酯及聚酯類粉末塗料;(2)塗層表麵硬度高,一般為2~3H;(3)易調成各種顏色;(4)耐弱堿性好。缺點是:(1)價格較貴;(2)在海濱和酸性環境中耐蝕性差;(3)不易流平;(4)磨蝕性大,加大了噴槍及回收設備的磨損,縮短設備使用壽命。


    陰極電泳漆優點是:(1)塗膜均勻、一致;(2)覆蓋完整;(3)耐蝕性好。


    上述2種塗層複合,可利用各自的優點,獲得綜合性能優良的塗層係統。這2種塗層相結合,在美國已得到工業化應用。


    陰極電泳漆/丙烯酸粉末塗層係統的優點:(1)耐蝕性好,根據美國ASTM B117標準進行耐鹽霧試驗達1500h;(2)保光性好,該塗層經過連續900h紫外光照射後,仍可保留90%以上的光澤。該塗層係統用於戶外,已有7a的保證期。它主要用於室外照明設備、家用電器、戶外設備、汽車等塗裝。


    8、建議和意見

 

   8.1.大力研究開發新型粉末塗料,擴大應用領域

 

    近年來國外在低溫固化、紫外光固化、高耐候性、塗膜外觀和耐光性優良、CO2超臨界流態化製造粉末塗料新工藝、氟聚合物粉末塗料等方麵取得了一些新成果和新產品,有的已進入工業化應用領域。為此,建議國內有關科研機構、高等院校、大型企業應當瞄準粉末塗料發展新趨勢,大力研發新型粉末塗料新技術、新工藝、新設備、新產品。始終以創新的姿態與國際同行開展競爭,不僅保持我國生產粉末塗料大國的地位,而且在創新方麵也要進入世界前列。


    8.2.大力開拓粉末塗料應用領域

 

    要大力提倡粉末塗料生產企業與塗裝企業聯手,實現產品生產與應用技術相結合,大力開展應用技術研究。一方麵可以改進和提高粉末塗料產品的質量和性能,另一方麵可以擴大粉末塗料應用領域,使粉末塗料市場占有率不斷提高。


    8.3.加強企業管理,提高產品質量

 

    目前,在不少民辦企業、鄉鎮企業對產品質量把關不嚴,技術力量嚴重缺乏的狀況下,建議有關部門發放許可證製度,每年登記注冊,對不合格產品采取嚴格檢查和處罰,直至發出停止生產的禁令。否則就不能從根本上製止假冒偽劣產品。


    8.4.加強塗料行業標準製訂和實施

 

    當今較為突出的是應當製定出塗料中VOC和有害物質如重金屬限量的標準,並與國際標準接軌。否則,我國進入WTO以後將會受到“綠色壁壘”的限製,缺乏競爭力。為此,塗料企業應當加強環保意識、綠色文明意識、國際標準意識。否則,有可能在國際競爭中被無情地淘汰。