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粉末涂料——粉末涂料配方设计

发布时间:2017-10-21 17:28作者:user浏览量:

 原材料组分的搭配      在设计粉末涂料配方时,应考虑组分之间的相互关系。其中:环氧树脂具有较好的防腐蚀性、附着力和机械强度;丙烯酸树脂具有很好的保色性、保光性。各种树脂制成的粉末涂料都有独特的功能,不能简单地说,某种树脂高于或低于某些类型的树脂。在设计装饰性粉末涂料配方时,则选择聚酯、聚氨酯、丙烯酸树脂等。总之,要根据客户要求,有的放矢,选对所用的树脂类型。      粉末涂料配方中选用哪种树脂,要根据其用途来决定。如防腐型粉末涂料配方,首先选用环氧树脂或酚醛树脂。因为这种树脂防腐性比其他树脂好。       树脂的技术指标给配方设计者提供依据。如环氧树脂的环氧值、聚酯树脂的酸值等,它们表示树脂的分子大小、活性程度等,每个指标都与粉末涂料性能息息相关。       热固性粉末涂料所用树脂,带有官能团和活性度,与固化剂之间要达到反应用量和反应速度的平衡,否则会影响其技术性能,所以固化剂用量要严格控制。       树脂的成分要注意其特性,如玻璃化温度、软化点、粉碎性、熔融黏度、流动性、稳定性、反应活性、分子量分布和表面化学性等。掌握这些数据后,就可以自如地设计粉末涂料配方。       树脂要有较高的玻璃化温度(55℃以上),这样可满足粉末涂料的粉碎性和贮存稳定性。       树脂的分子量分布范围以窄为好。分布过宽,存在着过小或过大的分子,用其制备的粉末涂料,固化涂膜易产生针孔、杂点和流平不佳等缺点。而且分子链长短和聚合度大小,还影响着配方组分间的混合均匀性。       通过上述分析,在拟定粉末涂料配方时,选好树脂是首要因素,并以此为基础选择其他组分及其用量。       确定好粉末涂料用树脂后,要考虑其他组分与树脂之间的相容性。如果混合体系相容,则所制得的涂膜平整、光泽高,物理机械性能和耐化学性好等。怎样评价树脂的相容性?将两种树脂以适当比例溶解调匀,摊布成薄膜后其透明状态,如薄膜透明,表明相容性好;反之相容性差。另外,明白两种组分的分子结构,也能看出它们之间的相容性。如分子基团相似及分子结构中极性相似,这都是判断相容性的标准。因此还需掌握一些几点:   a.组分间的极性关系;   b.组分间的结构相似性;   c.组分的分子量的大小。       遵循上述三方关系,围绕极性与极性。非极性与非极性物质的相容性,同类物质的相容性和分子量的均衡性为内容进行试验,以确定配方组分的比例,这是一个准确有效的办法。实践证明配方中用料不当或用了混溶性差的物料,其涂膜的外观和性能均较差。尤其是户外用粉末涂料,会出现涂膜过早失光和粉化,在短期内发生涂膜老化和龟裂现象。       粉末涂料在选用颜料时,最好是色彩鲜艳,着色力好和遮盖力强,有很好的耐热性、耐候性、耐久性和优良的流动性。而且在组分中不聚凝,不影响树脂的老化及其他性能。但是没有全优的颜料,只能从主要用途去考虑。如装饰性涂料,要色彩鲜艳,颜色纯正;工艺涂料,要偏重物理机械性能;容器和管道用防腐涂料,则重视化学稳定性,不与所盛物品发生作用;而饮食容器还应达到无毒、无味的卫生标准;户外性涂料特别要求耐候性和耐光性好。                   a该设备必须具有先进的技术性能,能满足不同配方粉末涂料的工艺要求,且技术性能稳定,故障率低,产品回收效率高。b具有可靠的安全性。粉末涂料生产设备的设计、加工和运行必须符合国家标准中有关机械和电气的安全标准和环保要求。c易于操作、清洗和维护保养。d节能,减少劳动力。
粉粉末涂料的生产工序及设备
a预混合。预混合是粉末涂料生产过程的第一道工序。其目的是将粉末涂料所有组分进行混合和均匀分散,为熔融挤出提供原料。
预混合的设备为混合机(mixer)。普通应用的机型有高速混合机、料斗翻转式混合机、V形混合机等。
b熔融混合。熔融混合是粉末涂料生产工艺中重要环节。它的功能是在给定温度下对原料进行充分的熔融剪切,使其预混物达到高度均匀的分散。
熔融混合的设备为挤出机。普通应用的机型有双螺杆挤出机(double-screw extruder)和单螺杆往复式阻尼挤出机(single screw extruder)。
c冷却压片。冷却压片是将挤出机排出的热状态物料滚压成1-2mm厚的带状物,在输送带上冷却至常温下的固态,由破碎机粉碎成片料(是待制粉的半成品)。
冷却压片设备是压片机(cooling band)。
d微细粉碎。微细粉碎的功能是将片料粉碎成标准粒径的粉末涂料。
细微粉碎工艺的设备是空气分级微磨粉系统(air classifying micron gringding system,ACM)。
粉末涂料的含水量       由于粉末涂料较细,其组分中含有亲水性物质,极易吸潮而结团,也会影响其他电阻率和介电常数,使之无法进行静电喷涂。       粉末涂料贮存期的环境吸潮、生产中冷却熔融物料时的表面凝结水、原材料内含的水分和喷涂时压缩空气的净化程度等因素,都能破坏成膜性能。因此,应将水分含量控制在0.4%以内。
粉末涂料的稳定性      粉末涂料的稳定性包括贮存期内的稳定性和使用中的稳定性。经常抽检粉末是否出现结团、流动性、沉积效率、涂膜光泽、外观和物理化学等方面的变化。      在制备粉末涂料时,常加入助剂(偶联剂、蜡粉等),以提高其稳定性。另外也可适量外加气相二氧化硅以增加松散型,防止发生结块现象。
粉末涂料的流动性流动性是粉末涂料的一项重要指标。按常规情况,粉末涂料流动性越大,涂膜平整度就越好,但边角覆盖率越差;而涂膜的平整度越差,则边角覆盖率可能越高。因此对这一现象要综合平衡,还需考虑两种树脂(或树脂与固化剂)的胶化时间和固化速度与作用。流平剂的品种及用量、填料的种类及用量等。对于粉末涂料的熔融流动性,有两种表示方法:一种是水平流动性,可控制在22~26mm;另一种是65°倾斜法流动性,可控制在22~30mm。如小于这一范围的下限,涂膜会呈现严重橘皮;而大于这一范围上限,涂膜可能流挂或边角覆盖率较差。
粉末涂料的胶化时间        胶化时间是指粉末在给定温度下,经熔融产生胶凝的时间。如胶化时间太短,粉末熔融后不能很好地流平,涂膜平整度差;而胶化时间过长,涂膜会不同程度地流挂,也降低了边角覆盖率。根据经验,胶化时间控制在90~150s较合适。某些特殊功能的粉末涂料,其胶化时间可缩短。在设计配方是应重视这一指标。
粉末涂料的表观密度       表观密度是指单位体积粉末的质量,一般控制在0.46~0.65g/cm3之间。粉末的表观密度小,该粉末的质量偏轻,反之则重。如果波动范围过大,会影响用户的粉末用量,也使包装容量发生变化,不利于标准化管理。 粉末涂料的安息角
       安息角是测量粉末流动状况的有效方法。安息角越大,其流动性就越差;相反,安息角越小,流动性就越好。这个指标也能反映粉末粒度分布和涂膜表观现象。如果粉末涂料的组分选择合理,其安息角偏大,粉末粒度则偏小或超细粉末多,在喷涂时会发生堵枪或出粉团等情况,涂膜的流平性一定不佳。        粉末涂料的安息角应控制在36°~40°较为合理,可通过调整微粉碎机和生产工艺来完成。 粉末涂料的工艺性

        因粉末涂料是一个较为复杂的生产过程,常会出现一些莫名其妙的质量问题,有时难以分析和查找原因。由于它涉及的学科门类较多,既有化学问题,又有物理问题,其物质是典型的精细化工产品。 
在设计粉末涂料产品时,考虑的技术内容要贯穿从研究到实际应用的整个过程。如果忽视某一环节,就难以达到使用要求。另外只重视涂膜性能如何卓越,而轻视了涂装施工技术,该产品有时也可能达不到质量标准。所以不能过于侧重某一方面的性能,而要达到综合性能的平衡。即使是工业化生产出质量好的粉末涂料,这也仅是完成产品开发任务的前提。还有许多工作,是需要了解用户,掌握其所采用的涂装工艺后才能完成的。同样,如果一个粉末涂料样品性能很好,涂装工艺也能通过,但是在生产工艺上通不过,无法实现工业化生产,那么这种产品也是毫无价值的。因此必须通过质量问题的“三大关”。1涂膜性能a.执行产品标准或按用户要求;b.确定配方及组分原料;c.小试打样,验证,中试;d.模拟生产工艺进行复验以检查试验的准确性。2 生产工艺a.按生产通知单要求,备料,调试生产设备;b.确定工艺流程和工艺参数,以质量和安全为 准则,进行批量试生产;c.对成品粉末涂料进行质量检验;d.统计投入产出比率,核算成本,样品送用户鉴定。3涂装工艺a.查清涂装工件的材质、结构、性能、用途和涂装质量要求;b.了解工件前处理方法及工艺;c.检验喷涂设备的性能和有关喷涂工艺参数;d.统计投入产出比率,核算成本,样品送用户鉴定。        粉末涂料由于使用层面上的情况多样,有时还无序变化,所以应注意下列问题:a.涂装工件的大小、形态结构、材质的前处理;b.涂装设备的可靠性和烘烤的程序及方法;c.涂装工艺的可行和操作人员的技术素质。        根据上述因素和可能出现某些变化,相同的产品在甲单位很适用,而在乙单位却出现质量问题,这种现象要认真对待,科学判断,不能轻易地肯定和否定。当产品进入涂装现场,经试验发现问题时,要掌握真实的数据,还需要反复试验,有的要根据小、中型试验的结果,参照比对,有针对性地调整涂装工艺参数,如前处理质量、气压大小、电压高低、流水线速度、烘烤温度和时间等。还有两个方面要严格监控:a粉末涂料特性指标,如粒度、粒度分布、粉末流动性、粉末胶化时间、粉末的电阻率和粉末的挥发分等。b粉末涂料涂装性能,如颜色、机械强度、硬度、附着力和耐化学性能等。前者的各项指标对涂装施工很关键;后者各项指标是对粉末涂料应用方面的重要检验。如发现粉末涂料或涂装工艺方面出现问题,应细查是哪方面原因:需要在生产工艺上改进,还是在配方组分上调整?通过反复试验,验证出高品质的粉末涂料和先进可靠、完善的涂装工艺。

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