粉末涂料與涂裝行業(yè)發(fā)展歷程
時(shí)間:2006-02-06
一、總體概述
粉末涂料涉及多種技術(shù)與涂裝方法．具有多年的發(fā)展歷史，粉末涂料是隨著幾個(gè)主要用粉行業(yè)的進(jìn)步而發(fā)展起來(lái)的，并隨著人們對(duì)環(huán)保型涂裝技術(shù)需求的增加而得以提高。據(jù)中國(guó)環(huán)氧樹(shù)脂行業(yè)協(xié)會(huì)專家介紹，粉末涂料以環(huán)氧樹(shù)脂為主要基材，采用有機(jī)聚合物粉末涂料涂裝工件要追溯到上世紀(jì)40年代末和50年代初，當(dāng)時(shí)采用火焰噴涂法將粉末涂料涂敷于金屬底材上。在此期間德國(guó)科學(xué)家Erwin Gemmer博士開(kāi)發(fā)了一種流化床涂裝工藝，可將熱塑性樹(shù)脂粉末涂料涂裝在金屬材料表面，其涂裝效率比火焰噴涂法高，1953年5月該項(xiàng)技術(shù)申請(qǐng)德國(guó)發(fā)明專利，1955年獲得批準(zhǔn)。
事實(shí)上在1958~1965年期間所有的粉末涂料都采用流化床涂裝，絕大多數(shù)涂裝都以實(shí)用型為主，涂膜厚度6~20mil。這種厚涂膜的功能以電絕緣、防腐、耐磨等為主，所用粉末涂料包括尼龍11、CAB、聚乙烯、增塑型PVC、聚酯和氯化聚醚等。在全歐洲和美國(guó)都采用流化床涂裝粉末涂料的同時(shí)，人們也在開(kāi)發(fā)其他粉末涂裝工藝，用以滿足更加廣泛的商業(yè)需求。傳統(tǒng)的液體油漆含有污染環(huán)境的溶劑，噴漆所含的溶劑量特別高。為此人們開(kāi)始研究無(wú)污染的環(huán)保型工業(yè)烤漆。人們研究環(huán)保型涂料最初的路線是：一是將涂料中50~60％的溶劑含量降低至20~30％；二是將涂料中的溶劑用水取代90~95％；三是用空氣替代涂料中的溶劑。前2種方法得到的涂料依然含有污染環(huán)境的溶劑，而第3種方法則引導(dǎo)人們開(kāi)發(fā)粉末涂料，這種涂料不含任何有機(jī)溶劑。中國(guó)環(huán)氧樹(shù)脂行業(yè)協(xié)會(huì)專家說(shuō)，需要找到適合的固體樹(shù)脂、固化劑、顏料和其他材料，并將這些原材料混合均勻，然后研磨成為粒度適中的粉末，并在帶有多孔底板的容器中通過(guò)鼓入空氣使粉末混合物流化，成為具有某種液體性質(zhì)的物料。
流化技術(shù)源自于石化行業(yè)以及預(yù)熱金屬表面的PVC粉末流化床涂裝技術(shù)，同時(shí)我們還知道，法國(guó)已經(jīng)采用靜電噴涂技術(shù)將滑石粉噴涂到輪胎表面。根據(jù)液體油漆涂裝技術(shù)和法國(guó)的滑石粉靜電噴涂技術(shù)，我們?cè)O(shè)想如果能夠制成粉末態(tài)的油漆，那么這種流化的粉末必須是可以采用靜電噴槍噴涂的，并可以噴涂到接地的工件表面。在噴槍中帶上靜電的粉末粒子可以附著在金屬表面，形成的粉末涂層可以熔融固化。如果這種方法得以實(shí)現(xiàn)，我們就可以用空氣替代液化的溶劑，從而開(kāi)發(fā)出一種不可思議的環(huán)保涂裝方法。
一、低含技術(shù)起點(diǎn)
粉末涂料的技術(shù)含量并不高，因而它對(duì)于原料——主要是固體的環(huán)氧樹(shù)脂——要求也不高。Shell公司生產(chǎn)固體環(huán)氧樹(shù)脂，在該公司成功地研制了最初的粉末涂料，最初的粉末涂料體系相對(duì)來(lái)說(shuō)比較簡(jiǎn)單，是由粉狀環(huán)氧樹(shù)脂、固化劑和顏料采用球磨技術(shù)得到的干法物理混合物。由于混合物的均勻性很差，所以得到的涂膜很難保證一致性。
要提高混合物的均勻性，可以采用加熱的雙輥磨或加熱的Z型刮刀混合器進(jìn)行熱熔融混合加工，這是一項(xiàng)非常必要的加工技術(shù)。經(jīng)過(guò)一段時(shí)間的試驗(yàn)和失敗之后，1961～1962年間真正的工業(yè)試驗(yàn)開(kāi)始了。“Teodur DM”是世界市場(chǎng)上最早出現(xiàn)的可噴涂的裝飾性熱固型粉末涂料，采用Z型刮刀混合器熱熔融混合制成，Teodur DM環(huán)氧/雙氰胺粉末涂料最早是用于醫(yī)院家具的涂裝，其固化條件為350°F/30min。早期的制粉工藝包括混合、擠出和磨粉等工序，某些特殊的粉末產(chǎn)品(如低光澤花紋粉)至今依然采用該生產(chǎn)方法，但這種方法的粒度控制比較差，制成的粉末產(chǎn)品噴涂性能不良(流化、撞擊熔融、上粉率等)。
其它的早期制粉方法還有雙輥磨法和Sigma熔融混合器法等，這2種設(shè)備所生產(chǎn)的產(chǎn)量都比較低，在進(jìn)行每批次生產(chǎn)之前Sigma混合器的清機(jī)工作量都很大。中國(guó)環(huán)氧樹(shù)脂行業(yè)協(xié)會(huì)專家介紹說(shuō)，1962～1964年Shell公司又開(kāi)發(fā)了熱固型粉末涂料的熔融擠出生產(chǎn)方法。與此同時(shí)，法國(guó)Sames公司通過(guò)改進(jìn)現(xiàn)有的靜電噴槍，開(kāi)發(fā)出了第1代有機(jī)粉末涂料的靜電噴涂設(shè)備。上世紀(jì)60年代末至70年代初，人們開(kāi)始小規(guī)模的試驗(yàn)研究用常規(guī)的液體涂料生產(chǎn)工藝制備粉末涂料，將制備粉末涂料用的樹(shù)脂和固化劑溶解在有機(jī)溶劑中，然后加入顏料、填料和添加劑，用常規(guī)液體涂料生產(chǎn)設(shè)備混合上述物料，通過(guò)噴霧干燥得到粉末涂料，并回收大部分溶劑。然而生產(chǎn)過(guò)程中出現(xiàn)的溶劑損失使其失去了環(huán)保意義。
沒(méi)有市場(chǎng)化的粉末技術(shù)——專家曾這樣回顧過(guò)去的市場(chǎng)產(chǎn)品。上世紀(jì)70年代末人們開(kāi)發(fā)了一種獨(dú)特的粉末涂料技術(shù)-粉末涂料漿，該技術(shù)至今沒(méi)能市場(chǎng)化。它是將已經(jīng)制成的粉末涂料(主要為環(huán)氧型)采用表面活性劑分散在水中，用砂磨機(jī)研磨得到的粉末涂料漿可采用常規(guī)油漆涂裝設(shè)備進(jìn)行施工和烘烤固化，形成的涂膜外觀和性能與相應(yīng)的粉末涂料完全相同。粉末涂料漿在應(yīng)用中遇到的主要問(wèn)題是在噴涂操作中涂料容易絮凝結(jié)塊，盡管采用適當(dāng)?shù)姆椒梢越鉀Q，但粉末涂料漿的應(yīng)用卻非常有限。
