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金属效果粉末涂料制备工艺
2020年07月20日    阅读量:1268    新闻来源:南京大学化学化工学院  |  投稿

前言


金属效果粉末涂料,在整个装饰性粉末中,应用面越来越广,是目前美术型粉末的主流。


能够用于粉末涂料的金属颜料有许多品种,大体上分为4类。即铝银粉颜料、珠光颜料、铜金粉颜料和其它金属颜料(如镍粉、不锈钢粉等)涂料在线coatingol.com


每一类金属颜料又包含很多色相的产品,应用于粉末涂料后,便使得粉末多姿多彩,极大地丰富了粉末涂料的品种和装饰性。


由于粉末涂料的4E特性,越来越多的液体涂料正向粉末涂料转变。金属效果粉末涂料现在主要应用于户内外金属家具、灯具、工艺品、油烟机、婴儿车、运动器材以及汽车等行业。


金属效果粉末涂料的生产工艺基本可以分为:熔融挤出法,后混法,热粘接法。而最新的化学粘接法。流化床粘接法也引起了研究者的兴趣。

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1、金属效果粉末涂料的生产工艺


1.1 熔融挤出法

将金属材料和基料、助剂一起经过挤出机的剪切混合挤压。在加热、熔化、混合期间使其全部形成胶囊。


这种方法使铝薄片在得到良好分散的同时还得到牢固的粘结力,经喷涂后容易获得均匀的金属闪光效果,且金属材料用量大大降低,对喷涂设备的要求也明显降低。


但是在混合和高速粉碎的过程中会失去金属光泽。当金属薄片的用量比较大时。这个问题更明显,不仅失去了金属光泽,而且还危及到耐候性。


在随后的粉碎阶段,金属薄片可能会被破碎,使金属曝露在空气中,增加了着火和粉尘爆炸的危险。


1.2 后混法

基粉经粉碎后与铝粉在低速搅拌下进行干混。不会损坏金属薄片。但是在施工应用时,由于金属粒子之间很少或不能粘在一起,而且金属粒子与基粉的带电性能和比重的差别较大,很容易从粉末涂料基料中分离出来。


在静电喷涂时通常会促成雾化物发生分离,导致涂膜不均匀并出现“镜框”。这些漆膜缺陷都是电晕放电电压的改变引起的。


该法的缺点为干混金属粉末涂料的过喷粉不能回收再利用。上粉率低和批次间颜色差异大。


金属粉添加量过高易产生吐粉和堵塞喷枪头现象;过低则无镜面效果,一般其用量为基粉的0~3.0% 。


1.3 热粘接法

自从1977年金属粉的粘接技术有记载以来。热粘接技术已有了长足的进步。最先是金属粉制造商Benda—lutz公司提供热粘接服务,后来包括AkzoNobel和Tiger等粉末涂料公司都将热粘接技术成功地应用于粉末涂料的生产中。

    

热粘接法由干混法和热处理法所构成。在此技术中,将粉末涂料底粉加热到玻璃化温度以上,在惰性气体保护下,在搅拌下加入金属粉,使它粘结在软化的粉末涂料粒子的表面上,避免了粘有金属的粉末涂料结块,增加了聚合物的反应活性。


这种工艺通常是在具有控温夹套的高速混合机中完成金属“粘接”,在短时间内施加高剪切力,没有明显的温升。


但是如果施加太高的剪切力会存在金属薄片破碎的倾向,为了制得高质量的产品,工艺条件最好控制在一定的范围之内。

    

热粘接的金属效果粉末涂料制成后经i寸旋风分离器测量其损失的情况表明:热粘接法的损失少,易得到均一的均匀金属色泽。其他优点还有粉末利用率接近100%,与普通粉末一样。


采用Corona静电枪喷涂时不会有金属颜料堆集和堵塞枪口的问题。没有雾化或喷涂造成的边框问题。金属颜料选择范围宽。


金属颜料含量可以很高,有些粉末涂料的金属效果已接近或超过了液体涂料。金属颜料与底粉没有分离的问题。


1.4 化学粘接法

通过在金属粉与粉末涂料基粉之间添加聚合物来形成化学键,称为化学粘接法。


美国铝粉公司的研究报告认为:对金属粉表面进行有机硅化学改性后再半接枝一定的官能团或者以树脂封装金属粉形成胶囊,这些官能团能与粉末涂料中的树脂形成键合,此时金属粉与粉末涂料底粉形成一致的带电性。


通过对官能团的选择,可以使金属粉与粉末涂料底粉反应或熔合。这些官能团部分参与粉末涂料的交联从而形成均一的涂膜。


对于不同体系的粉末涂料,其改性的官能团是不一样的,可包括:胺类,异氰酸酯类,羧酸类,含羟基化合物等。


根据粉末涂料中底粉的树脂类别设计不同官能团处理金属粉。这种方法通过金属粉和树脂的紧密联系,提高了金属效果粉末涂料的相容性。从而提高了金属效果粉末涂料的平整度和颜色稳定性。


1.5 流化床粘接法

最近,在Hosokawa粉末技术研究院的研究员所提供的一篇论文中描述了一种新的方法。这种新方法包括在适当的基料存在下,将组分进行流化床粘接,操作温度低于粉末涂料的玻璃化温度。


在该研究中所使用的材料是聚酯粉末清漆,平均粒径为35 btm,涂有聚合物的非剥离铝薄片的平均横截面是16/-tm,厚度在十至几百纳米。


液态基料是阴离子型水性PU乳液,平均粒径130 nm;固体含量40% ;pH 8.O;20℃时的粘度为160mPa·s,能用水稀释,与所选用的粉末涂料是匹配的。


流化床粘接设备由一套带有喷嘴的圆柱型设备组成,在该设备的底部,嵌入使热空气流化的装置,在床层的上方装有脉冲振荡袋式过滤器用以捕获小粒子并将回收的粒子返回流化床。


在流化床的底部还安装了2个用以加入液体基料的非固定喷嘴,可将lO~20 btm的基料微滴喷进流化床中。

    

例如:将粉末涂料和铝薄片按质量比95:5配制,用40。C的热空气流化,然后以4 mL/min的流速将液态基料喷进流化床中,大约喷15 min,基料的含量约为粉末涂料质量的0.3% 。


随后用6o。C的热空气将床中的材料干燥5 min左右,使床的温度可达40。C,最后引入室温空气,将温度降至30。


C以下,便制得了产品。制备1 kg粘有金属的粉末涂料样品大约需要25 min。生产规模的流化床粘接系统每小时大约能生产150 kg粘有金属的粉末涂料。


用实验规模的设备操作时,每批需要25 min。材料的配比为粉末950 g,铝50 g,基料60 g(固体加水,固态基料为2.68 g)。


用生产规模的设备生产,每批需要60 min,原材料配比为粉末142.5 kg,铝粉7.5 ,固体基料402 g,即9 000 g乳液。

    

为了便于对比,用相同的铝薄片采用干混法制备粉末涂料,将已制得的粘接粉末涂料喷涂在不锈钢家具门锁上,由各自系统中收集过喷粉,采用感应耦合等离子原子发射光谱测定铝薄片的含量。


在不同电压下喷涂用流化床粘接的粉末涂料,所得涂膜铝薄片分布均匀,涂层外观不随电压变化而改变。


而干混法制得的涂料,所得涂膜铝粉分布不均匀,当电压增加时金属薄片集中在边缘。而用流化床粘接的粉末涂料就不存在分散和粘结牢度的问题。

    

铝薄片在涂膜上的排列是在高放大倍数下测定的,对比了溶剂型金属漆、干混粉末涂料和流化床粘接粉末涂料。


从金属板涂膜横截面的照片可以看出:液态涂料在施工厚度为19 gm时,铝薄片几乎是平行排列的,该涂层具有很高的亮度和很好的金属效应。


对比样,粉末涂料的涂膜厚度约60 gm,干混法的粉末涂料涂膜铝薄片是无规排列的,而流化床粘接粉末涂料具有很高的铝薄片浓度,铝薄片通常是与金属底材平行排列,和干混法涂膜相比具有非常突出的金属外观,与液态金属漆涂膜相似。

    

该项研究还发现,如果配方中大粒径铝薄片的浓度高于5% ,而且能平行排列可以获得更好的金属外观。


这可能是在固化周期内金属薄片由于碰撞彼此干涉造成的,高浓度还能增加涂膜内部的稳定性。

    

从多批次的生产中发现:大约有98%的粘接材料可回收使用,大于或等于120/,tm的聚集粗粉只有2%。


还研究了在流化床内铝薄片和粉末涂料的分布状态,用激光扫描技术测定了干混法材料、实验室流化床粘接材料、生产规模流化床粘接材料从上、中、下取得的样品粒径。


干混法粉末涂料的平均粒径比流化床粘接粉末涂料小,部分原因是在测定粒径时、因小的铝薄片从粉末涂料中分离出来所造成的;


流化床粘接粉末涂料的粒径略微大一些,但不会影响施工性能。实验室和工业生产的流化床粘接粉末涂料都显示出用这种工艺可以获得很好的批次再现性。在所有的样品中铝含量都保持了相同的数值。

    

不使用液体基料,采用热粘接技术也能制得粉末涂料,此工艺需要将各组分在50012的流化床中保持30 min,流化温度与粉末的玻璃化温度(55~C)很接近。


这种方法和干混法相比,能改进涂层的性能,用热粘接材料能得到铝片分布均匀、没有形成镜框的涂膜。随后分别测定每一种粉末在施工时过喷粉中的铝含量,它们是循环5次后的对比结果。

    

干混粉末涂料在第一次喷涂后,铝粉损失含量由4.6%降到1.8%左右,经过5个循环周期的损失,铝含量降到1.1%;热粘接粉末在第一次收集时铝粉含量由4.6%降到小于3%;


经过5次循环后,铝粉含量降至1.5%;用流化床粘接的粉末损失最小,从第一次到第二次回收,铝含量分别为4.2%和3.9%,5次循环后铝含量仅降至2.1%。

       

金属粉末涂料,要得到比较满意的视觉效果,铝粉的极限含量为4.0% 。假设传输率为50% ,添加50%的新粉到回收材料中,就能持续维持所要求的铝粉含量。


其它类型的粉末涂料,如环氧一聚酯混合型,丙烯酸粉末涂料,实验结果与上述纯聚酯粉末涂料相似。

    

对平均粒径为8 ktm的聚酯粉末涂料进行粘接,可能含有1.5%的脱落铝薄片,和没有脱落的类型相比,脱落级的不能防腐蚀;采用流化床粘接时防腐蚀性能得到一定改善,该工艺还有助于防止静电喷涂时产生电火花。


2 、结语


总体而言,增加金属效果粉末涂料中的金属粉的含量,以及保持批次间的稳定性,增加粉末涂料的利用率仍是粉末涂料生产厂家的目标。

        

但目前为止,熔融挤出法和后混法由于设备维护费用低而成为主要制作方法,热粘接法由于稳定性和金属粉的载量高已成为金属效果粉末涂料生产的热点。


但在国内只有奇通公司和三立公司进行了研发和设备生产。而化学粘接法和流化床粘接法研发还处于实验室阶段和中试程度。



标签:工业涂料辅料与设备涂装应用技术中心粉末涂料涂装胶粘剂
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