国内外粉末涂料应用现状及发展前景(一)

1． 概况
1.1粉末涂料
粉末涂料又称粉体涂料，英文powder coatings，是一种以空气为分散介质，由树脂、颜填料和各种添加剂组成的粉末状涂料，一般可以划分为热塑性（thermoplastic）和热固性（thermosetting）两种。热塑性粉末涂料是指在施工过程中不起交联反应的粉末涂料，如果对热塑性粉末涂料涂膜进行加热时，涂膜会再度熔融。热塑性粉末涂料是由热塑性树脂、颜填料、增塑剂和稳定剂等经过干混合或熔融混合、粉碎、过筛分级而得到的，应用较为广泛的几种热塑性粉末涂料品种有聚酰胺（又称尼龙）、聚烯烃（包括聚乙烯、聚丙烯、聚丁烯）、聚氯乙烯、聚酯、聚偏氟乙烯（PVDF）等，由于热塑性粉末涂料分子量较高，具有较高的物理机械性能，一般作为功能性粉末涂料使用。它们难于粉碎成细粒度，一般采用流化床涂装工艺，施工过后为较厚的涂膜，通常一般可以达250um以上，虽然粉末涂料是先从热塑性粉末开始的，但目前市场占有率不到10%。
相对于热塑性粉末，热固性粉末涂料是由分子量小的粉末涂料树脂，在加热烘烤的条件下，与固化剂发生化学交联反应，才能得到性能良好的涂膜，热固性粉末涂料食欲热固性树脂、固化剂、颜料、填料和助剂构成，经预混合、熔融挤出、粉碎、分级过筛而成，目前市场上主要几种热固性粉末品种有纯环氧、环氧-聚酯、纯聚酯、丙烯酸、聚氨酯等，热固性粉末涂料具有熔融粘度低、流平好、交联后形成不熔融的涂膜，非常适用性能技术要求较高的防腐蚀或装饰性的工件表面，是目前市场主流产品，施工方法用的最多的是静电喷涂和流化床侵涂。
粉末涂料的应用、增长如此之快的原因在于：
●粉末涂料VOC接近于零，更加符合环保法的要求
●粉末涂料所带来的直接和间接经济效益高
●金属结构产品的质量标准更高，如越来越多的汽车制造商采用粉末涂料涂装车身底部零件（如散热器、发动机、减震器等），从而提高工件的防腐蚀能力，延长汽车的使用寿命。
●粉末涂料的原材料供应商提出了更高的承诺，有力地促进了粉末涂料的新产品新技术的开发。
●喷涂设备的改进，使粉末涂料涂装的效率和安全性提高，喷粉利用率可达到96%以上。
●粉末涂料设备的大量应用，为粉末涂料替代传统的液体涂料提供了保证。
2.粉末涂料生产技术
上世纪三十年代，火焰喷涂将不溶于溶剂的聚乙烯聚合物成功地应用与金属的涂装揭开了粉末涂料生产应的序幕，1952年Gemmer company发明流化床涂装技术，50年代末美国诞生了第一代热固性纯环氧型，1961年出现了熔融挤出机和静电喷涂技术标志粉末涂料开始进入高速发展阶段。
2.1粉末涂料的组成
粉末涂料的基本组成是由树脂、固化剂、颜填料、助剂等组成，涂膜质量取决于配方组成、加工方法及客户处涂装条件，所以粉末涂料配方是根据具体条件的不同而不同，不论如何变化，基本组成配比是相似的。
树脂分为热塑性和热固性两种，是粉末涂料的主要成分之一，起到成膜和均匀展色的作用，并能很好地附着在底材上，热塑性如聚酰胺、聚烯烃、聚氯乙烯、聚酯、聚偏氟乙烯等热固性的如环氧、聚酯、纯聚酯、丙烯酸、聚氨酯等。
固化剂是应用于热固性粉末涂料中、在涂装施工过程中，达到一定的固化条件下，与树脂起化学交联反应形成体型结构，从而得到性能优良的涂膜。一般按树脂可大致分为三个系列，即环氧固化剂、聚酯固化剂、丙烯酸固化剂，通常固化剂应是粉末状、片状或粒状浅色的固体。
作为有色粉末涂料的重要作组成部分，颜料主要祈祷遮盖、装饰和保护被涂物的作用，通常颜料是粉状（或粒状），不溶于基料，具有光学保护和装饰等作用的有色物质，可以分为有机颜料和无机颜料。填料是满足化学性质不活泼、对光和热的稳定性好等条件的无机物质，且不具备遮盖力和着色力，常用的填料有硫酸钡、碳酸钙、滑石粉、硅灰石、云母粉等，在粉末涂料中起骨架作用，增强涂膜性能，也可以降低粉末涂料的生产成本，还可以提高粉末的上粉率和喷涂面积等。
除以上主要基料外，还有一种明显影响涂膜外观及固化程度的重要物质—助剂，粉末涂料助剂是专门应用于粉末涂料而是聚合物基料顺利生产获得的应用性能而添加到粉末涂料基料中的化学品，一般可以分为两种：一种是只改变聚合物的物理性能而不使聚合物的化学结构发生变化，如消泡剂、润湿剂、干粉流动促进剂等；一种是聚合物的化学结构发生或多或少的变化，如固化剂、反应性的消光剂等。
2.2粉末涂料的生产工艺
粉末涂料制造在某种程度上类似于塑料的加工方法，大多数粉末涂料以同一种方法程序制造：预混合、熔融挤出、粉碎、分级过筛.
粉末涂料的生产有干法和湿法两种：干法中又分为干混混合法和熔融混合法，湿法中可分为蒸发法、喷雾干燥法、沉淀法，熔融混合法 湿当前应用最广泛采用的生产方法，其工艺流程分以下几个步骤：
原料的预混合，湿预先把块状或片状等物料破碎到一定粒度的工艺，将树脂、固化剂、颜填料、助剂等称量好后放入预混合机破碎至一定的颗粒大小，预混合机分高速和低速两种，现行的粉末涂料生产中大多采用具有破碎功能的高速预混机，判断预混效果的优劣，一般是根据成膜后涂膜的性能而定。
熔融挤出，预混合好的物料从加料口进入挤出机机筒，经机筒第一段为加料段，物料在此阶段不会熔融，随螺杆传动，物料被带入第二段为压缩段，该段为加热阶段，物料开始熔融，物料间的摩擦力增加，形成高粘体，继续随螺杆传动进入高剪切的第三段为均化段，使它很有效分离颜料聚集体，达到充分分散的目的。目前，应用于粉末涂料中使用的挤出机设备于双螺杆挤出机、单螺杆挤出机和星型螺杆挤出机等，虽然挤出机的类型、内部构造各不相同，但是设计目的是一致的，即最大限度的使物料均匀分散，因此挤出机的好坏直接决定物料的分散程度。
破碎、粉碎过筛，挤出后物料经压片、成型，采用金属板运用风冷或水冷后，用辊式破碎机，得到均匀薄片状物。目前，粉末涂料生产多采用空气旋风分级磨（ACM），其工作原理式片状物料有送料装置加入粉碎机，粉碎机转子上装有销柱，高速旋转的销柱不断碰撞粉末颗粒使其破碎，自上而下的气流将粉碎过的颗粒带入分级室进行分级，大颗粒粉末受重力、离心力的作用返回销柱旋转区域继续粉碎，过细的颗粒被空气夹带至吸尘器中，改变粉碎转子、分级转子的速度，进料量的空气压力，可以调节粉末涂料的粒径分布。通过颗粒粒径范围通常在30-80um之间，该粉碎设备制得的粉末涂料粒度不可能完全达到施工的要求，总有一些过粗和过细的粒子，所以必须进行分级过筛，通常过筛设备有离心筛、滚筒式、振动式等。
较新方法生产工艺，如使超临界CO2法、悬浮法制造等，主要优势在于基料组分分散优良，粒径分布更狭窄。