粉末涂料的新技术和发展趋势开发优化潜力日期:2015-01-28     人气:534

在50多年前,粉末涂料已经建立了高度自动化的工艺以提高优选金属底材的表面质量。主要原因之一是粉末涂料工艺是在一个对环境非常温和的工艺。相对于液体涂料而言,它不需要溶剂。

在德累斯顿的Verkehrshochschule,摩擦静电喷涂粉末涂料的发展,为20世纪60年代中期涂料的发展鉴定了基石。在电压领域的应用粉末涂料静电喷涂的发展为建立一个环保的,高度自动化的涂装工艺打下了基础,该工艺可获得极高质量的涂装效果。由挤出分散的热固性粉末涂料(双组分系统)的技术可行性也在该发展过程中发挥了重要的作用。因为它使涂层原材料:固化剂、颜料和填料等均匀分散并且实现了环保性。结合高质量基料体系,使粉末涂料可适合各种防腐和耐候性应用场合。

在过去的20年里,许多相关工艺和技术的发展带动了全新的粉末涂料涂膜和工艺的发展。这些工艺和技术主要包括粉末回收利用工艺、金属粉末涂料、摩擦枪Tribo和电晕枪Corona喷涂、重防腐保护底粉和面粉涂料系统、环保湿化学前处理工艺以及显著降低压缩空气用量的密相粉末喷涂。这些发展为粉末涂料使用不同参数施工创造了更好的条件。粉末涂料的品质概念,正在不断地被实现,特别是欧洲质量协会越来越关注这个问题。作为一个粉末涂料技术评估专家,我在此文章中讲述了我的经验,特别是那些从实践中体会到的经验,不仅仅突出了目前粉末涂料的发展趋势,而且也指出了仍然需要研究和实现的技术方面的局限性和不利因素。

机械表面预处理

就工艺技术而言,机械表面预处理使用各种喷砂方法,近年来几乎没有变化。然而有一个发展就是:对锌和铝金属底材,特别是铸造材料引入了特殊的非磁性不含铁的喷砂剂。这实现了喷砂装置中的有效流体管理,能产生合适的表面粗糙度,以保证理想的涂膜附着力。尽管生产价格相对较高,不锈钢喷砂剂使用很多,因为它们使用寿命长,而且可以通过颗粒调整获得所需的喷砂混合物。

值得一提的新技术是可将适当的反应化学品应用到底材表面的喷砂过程(所谓的反应喷砂)。结合正确的粉末涂料体系,特别是清洗热浸镀锌表面时,无需使用含硅烷的特殊底漆进行湿化学清洗处理,即可实现良好的耐腐蚀性能。

湿化学表面预处理

关于湿化学表面预处理,某些无铬工艺正在占领市场,尤其是那些基于钛、锆和各种硅烷化合物的产品。

在GSB和Qualicoat标准的控制下,铝材上,许多优秀体系已经测试,并且通过了涂料实践验证,这使得有毒的六价铬产品被取代。当然,偶尔也会出现问题,有时甚至会出现质量问题,特别是自动预处理工艺阶段,组合预处理步骤(如同时进行酸洗和脱脂),以及化学转换层的均一形成不依赖压力冲洗或浸泡工艺。

就锌涂层的预处理而言,还有的问题是所谓的锌涂层公司喷涂后的陈放钝化,难以控制。图1是显微照片,显示非金属的、多孔的临时性保护聚合物在金属底材上的粗断面。若在喷涂粉末涂料之前没有除尽,就可能导致涂层的附着力问题。有时,这将会导致防腐蚀性差,以及粉末涂料涂层的脱落等。

无铬(VI)转换化学体系代表了最新发展趋势,并且只有在绝对必要时才使用。然而,当使用这些新的环保产品时,需要考虑众多的因素。因为它们有时仍会产生各种问题。本文中,我特别指出了其对于脱脂,去除特殊氧化物和变形层(如通过酸洗)提出了更高要求,要求大量纯水清洗来保证底材表面绝对没有盐,特别是纳米钝化时使用了高度敏感的化学物质。无铬工艺不允许任何错误,犯错就意味着将会接到大量的客户投诉,例如耐腐蚀差的问题。

这也适用于多种金属的预处理。对于均一成分和表面特征的特殊金属底材,这些产品非常有意义和前景。然而,由于防腐要求和材料特性不断变化,传统粉末涂料在此方面有很大问题。太多的妥协,导致涂料经常遭受质量的质疑。

无铬前处理搭配粉末涂料系统对于抵抗丝状腐蚀仍备受争议,特别是使用了未被证明的阳极化处理技术的情况下。在这方面,化学和预处理设备制造商需要付出很多的努力,才能给市场带来可承受的技术。

粉末涂料的发展

近年来,粉末涂料的发展趋向于提高固化体系的质量,因为原材料生产商已经实现了该领域的技术改进。因此,低温粉(NT)以及高耐候性粉(HWF)已经在前一段时间投入市场。后者在无粉化性能方面(保光性能)有很大提高,那些高品质颜色和金属效果颜料的抗紫外线性能和外观一致性已经有了明显提高。

由于这些新的粉末涂料尚存在质量缺点,因此需要进一步发展,包括高耐候性体系的柔韧性以及NT粉末涂料的在耐化学品和耐候性方面的不足。为了改善这个问题,低温粉体系应该结合合适的粉末涂料底粉以及面粉。

进一步需要改进的方面是关于可验证的粉末涂料的热化学固化的可靠性。

除了这些,一些非常有趣的功能性粉末涂料目前欧洲有许多粉制造商都可以生产。这些涂料体系包括耐刮擦和/或耐应力开裂,特别是高弹性粉末涂料和薄涂涂料,还有对水具有良好屏障效应且低透气的底粉和/或面粉的特殊防腐粉末涂料。

在我看来,目前有在售的热固性和热塑性(单组分和双组分)特殊混合的粉末涂料需要特别注意,不仅仅是热塑性成分的来源和价格,还在于均匀混合的能力和研磨问题。尽管存在这些问题,这一发展趋势仍值得进一步调查研究,应基于混合粉末涂料的品质已完全精化并成功实践的前提下。

作为一个专业的评估师,我看到并且持怀疑态度的是目前的趋势之一:各大粉末制造商正在开发并销售全新的效果粉末,特别是专门用于建筑业的粉末涂料,喷涂金属幕墙。

例如,创造具有杰出装饰性的金属效果,在完成初步的绑定过程后,特殊的金属粉或者云母粉再干混加入。这些具有高度装饰效果的粉末直接提供给建筑师,绕过了粉末喷涂厂。设计师热情驱使,但并没有意识到该技术的局限性,建筑师随后便强烈要求使用特殊颜料效果的粉末涂料。

在这个过程中,他们完全低估了这种效果粉末涂料对应用要求的极高要求(如特殊的组份复配、复杂的高压/电流设置、通常无法回收、均一的喷枪至工件距离),以及特殊要求的建筑外观(如侧面高度)或涂层要以一个平面时尚的方式呈现等。

因为这些不同的影响因素没有充分考虑,色调和颜色效果会产生波动,导致最后结果有很多的客诉。另外时间长了以后,一些批次粉末涂料会出现分离,大量的司法纠纷不可避免。这种发展趋势是非常危险的,因为它通常与沟通欠佳有关。

粉末-施工

此外,粉末涂料喷涂过程中(通常是自动化过程),喷涂商必须满足越来越高的技术要求。可以利用创新的电子控制系统,以实现更精确的喷涂参数调整或设置程序。

在垂直和水平喷涂装置(X/Y/Z轴)的帮助下,可实现涂料的均一喷涂,创建复杂的喷涂设置,采用了易清洗粉末中心,成熟的粉房技术,最低的耗粉量和粉末回收工艺,以及进样和/或密相粉末系统。同时,粉末可以在前所未有的短当机时间内换色(图2)。

图2

为了符合发展趋势,手动喷涂时喷涂设备应很容易被操作员操控,以匹配工件的几何形状(简单调整喷枪方向)。图3显示了这些年来粉末涂料喷涂技术的发展。

图3

粉末—交联反应

粉末热化学交联过程越来越多的使用具有特殊热回收系统的烘箱,这显著的降低了固化过程所需的能量。

辐射能量的使用(如深色辐射器)或者向上的红外凝胶区也使粉末固化过程能更加有效地进行。就设备而言,仍然有巨大的发展潜力。再加上NT粉在市场上的投放,可以节省大量的能量,未来可大大降低涂料的成本。

烘箱制造商面临的挑战是在凝胶阶段控制循环空气的流动,使不同颜色的粉末被均匀的固化,在固化加速过程中有效地引导间接加热空气的流动。

生产控制的快速测试方法

这些年来,一些特殊的基于欧洲质量协会推荐的加速腐蚀测试变得更为成熟。值得提及的主要有:冷凝测试、酸性和中性盐雾试验、丝状腐蚀测试和特殊的汽车测试标准。尽管是加速测试,通常需要40到60天的测试时间,因此就实时生产控制而言,这些测试是不相关的。

需要建立快速的创新的腐蚀测试,使潜在的防腐蚀问题可以1-3天内可以预测。因此有必要建立适当的短期测试方法,以实现快速、现实的粉末涂料行业中的生产过程控制(图4)。

图4

结论

总之,上述讨论的话题表明在粉末涂料行业仍有大量的发展和技术优化的空间。原材料和粉末涂料制造商,以及设备制造商和工艺喷涂厂都需要意识到这一点。然而,在改进方面最重要的是加强各行业专家之间的良好沟通。



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(作者:Thomas Herrmann