粉末涂料與涂裝行業發展歷程
時間:2006-02-06
一、總體概述
粉末涂料涉及多種技術與涂裝方法．具有多年的發展歷史，粉末涂料是隨著幾個主要用粉行業的進步而發展起來的，并隨著人們對環保型涂裝技術需求的增加而得以提高。據中國環氧樹脂行業協會專家介紹，粉末涂料以環氧樹脂為主要基材，采用有機聚合物粉末涂料涂裝工件要追溯到上世紀40年代末和50年代初，當時采用火焰噴涂法將粉末涂料涂敷于金屬底材上。在此期間德國科學家Erwin Gemmer博士開發了一種流化床涂裝工藝，可將熱塑性樹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月該項技術申請德國發明專利，1955年獲得批準。
事實上在1958~1965年期間所有的粉末涂料都采用流化床涂裝，絕大多數涂裝都以實用型為主，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。在全歐洲和美國都采用流化床涂裝粉末涂料的同時，人們也在開發其他粉末涂裝工藝，用以滿足更加廣泛的商業需求。傳統的液體油漆含有污染環境的溶劑，噴漆所含的溶劑量特別高。為此人們開始研究無污染的環保型工業烤漆。人們研究環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境的溶劑，而第3種方法則引導人們開發粉末涂料，這種涂料不含任何有機溶劑。中國環氧樹脂行業協會專家說，需要找到適合的固體樹脂、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鼓入空氣使粉末混合物流化，成為具有某種液體性質的物料。
流化技術源自于石化行業以及預熱金屬表面的PVC粉末流化床涂裝技術，同時我們還知道，法國已經采用靜電噴涂技術將滑石粉噴涂到輪胎表面。根據液體油漆涂裝技術和法國的滑石粉靜電噴涂技術，我們設想如果能夠制成粉末態的油漆，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現，我們就可以用空氣替代液化的溶劑，從而開發出一種不可思議的環保涂裝方法。
一、低含技術起點
粉末涂料的技術含量并不高，因而它對于原料——主要是固體的環氧樹脂——要求也不高。Shell公司生產固體環氧樹脂，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來說比較簡單，是由粉狀環氧樹脂、固化劑和顏料采用球磨技術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型刮刀混合器進行熱熔融混合加工，這是一項非常必要的加工技術。經過一段時間的試驗和失敗之后，1961～1962年間真正的工業試驗開始了。“Teodur DM”是世界市場上最早出現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環氧/雙氰胺粉末涂料最早是用于醫院家具的涂裝，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，某些特殊的粉末產品(如低光澤花紋粉)至今依然采用該生產方法，但這種方法的粒度控制比較差，制成的粉末產品噴涂性能不良(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種設備所生產的產量都比較低，在進行每批次生產之前Sigma混合器的清機工作量都很大。中國環氧樹脂行業協會專家介紹說，1962～1964年Shell公司又開發了熱固型粉末涂料的熔融擠出生產方法。與此同時，法國Sames公司通過改進現有的靜電噴槍，開發出了第1代有機粉末涂料的靜電噴涂設備。上世紀60年代末至70年代初，人們開始小規模的試驗研究用常規的液體涂料生產工藝制備粉末涂料，將制備粉末涂料用的樹脂和固化劑溶解在有機溶劑中，然后加入顏料、填料和添加劑，用常規液體涂料生產設備混合上述物料，通過噴霧干燥得到粉末涂料，并回收大部分溶劑。然而生產過程中出現的溶劑損失使其失去了環保意義。
沒有市場化的粉末技術——專家曾這樣回顧過去的市場產品。上世紀70年代末人們開發了一種獨特的粉末涂料技術-粉末涂料漿，該技術至今沒能市場化。它是將已經制成的粉末涂料(主要為環氧型)采用表面活性劑分散在水中，用砂磨機研磨得到的粉末涂料漿可采用常規油漆涂裝設備進行施工和烘烤固化，形成的涂膜外觀和性能與相應的粉末涂料完全相同。粉末涂料漿在應用中遇到的主要問題是在噴涂操作中涂料容易絮凝結塊，盡管采用適當的方法可以解決，但粉末涂料漿的應用卻非常有限。
