粉末涂料的新技術和發展趨勢開發優化潛力日期:2015-01-28     人氣:557

在50多年前,粉末涂料已經建立了高度自動化的工藝以提高優選金屬底材的表面質量。主要原因之一是粉末涂料工藝是在一個對環境非常溫和的工藝。相對于液體涂料而言,它不需要溶劑。

在德累斯頓的Verkehrshochschule,摩擦靜電噴涂粉末涂料的發展,為20世紀60年代中期涂料的發展鑒定了基石。在電壓領域的應用粉末涂料靜電噴涂的發展為建立一個環保的,高度自動化的涂裝工藝打下了基礎,該工藝可獲得極高質量的涂裝效果。由擠出分散的熱固性粉末涂料(雙組分系統)的技術可行性也在該發展過程中發揮了重要的作用。因為它使涂層原材料:固化劑、顏料和填料等均勻分散并且實現了環保性。結合高質量基料體系,使粉末涂料可適合各種防腐和耐候性應用場合。

在過去的20年里,許多相關工藝和技術的發展帶動了全新的粉末涂料涂膜和工藝的發展。這些工藝和技術主要包括粉末回收利用工藝、金屬粉末涂料、摩擦槍Tribo和電暈槍Corona噴涂、重防腐保護底粉和面粉涂料系統、環保濕化學前處理工藝以及顯著降低壓縮空氣用量的密相粉末噴涂。這些發展為粉末涂料使用不同參數施工創造了更好的條件。粉末涂料的品質概念,正在不斷地被實現,特別是歐洲質量協會越來越關注這個問題。作為一個粉末涂料技術評估專家,我在此文章中講述了我的經驗,特別是那些從實踐中體會到的經驗,不僅僅突出了目前粉末涂料的發展趨勢,而且也指出了仍然需要研究和實現的技術方面的局限性和不利因素。

機械表面預處理

就工藝技術而言,機械表面預處理使用各種噴砂方法,近年來幾乎沒有變化。然而有一個發展就是:對鋅和鋁金屬底材,特別是鑄造材料引入了特殊的非磁性不含鐵的噴砂劑。這實現了噴砂裝置中的有效流體管理,能產生合適的表面粗糙度,以保證理想的涂膜附著力。盡管生產價格相對較高,不銹鋼噴砂劑使用很多,因為它們使用壽命長,而且可以通過顆粒調整獲得所需的噴砂混合物。

值得一提的新技術是可將適當的反應化學品應用到底材表面的噴砂過程(所謂的反應噴砂)。結合正確的粉末涂料體系,特別是清洗熱浸鍍鋅表面時,無需使用含硅烷的特殊底漆進行濕化學清洗處理,即可實現良好的耐腐蝕性能。

濕化學表面預處理

關于濕化學表面預處理,某些無鉻工藝正在占領市場,尤其是那些基于鈦、鋯和各種硅烷化合物的產品。

在GSB和Qualicoat標準的控制下,鋁材上,許多優秀體系已經測試,并且通過了涂料實踐驗證,這使得有毒的六價鉻產品被取代。當然,偶爾也會出現問題,有時甚至會出現質量問題,特別是自動預處理工藝階段,組合預處理步驟(如同時進行酸洗和脫脂),以及化學轉換層的均一形成不依賴壓力沖洗或浸泡工藝。

就鋅涂層的預處理而言,還有的問題是所謂的鋅涂層公司噴涂后的陳放鈍化,難以控制。圖1是顯微照片,顯示非金屬的、多孔的臨時性保護聚合物在金屬底材上的粗斷面。若在噴涂粉末涂料之前沒有除盡,就可能導致涂層的附著力問題。有時,這將會導致防腐蝕性差,以及粉末涂料涂層的脫落等。

無鉻(VI)轉換化學體系代表了最新發展趨勢,并且只有在絕對必要時才使用。然而,當使用這些新的環保產品時,需要考慮眾多的因素。因為它們有時仍會產生各種問題。本文中,我特別指出了其對于脫脂,去除特殊氧化物和變形層(如通過酸洗)提出了更高要求,要求大量純水清洗來保證底材表面絕對沒有鹽,特別是納米鈍化時使用了高度敏感的化學物質。無鉻工藝不允許任何錯誤,犯錯就意味著將會接到大量的客戶投訴,例如耐腐蝕差的問題。

這也適用于多種金屬的預處理。對于均一成分和表面特征的特殊金屬底材,這些產品非常有意義和前景。然而,由于防腐要求和材料特性不斷變化,傳統粉末涂料在此方面有很大問題。太多的妥協,導致涂料經常遭受質量的質疑。

無鉻前處理搭配粉末涂料系統對于抵抗絲狀腐蝕仍備受爭議,特別是使用了未被證明的陽極化處理技術的情況下。在這方面,化學和預處理設備制造商需要付出很多的努力,才能給市場帶來可承受的技術。

粉末涂料的發展

近年來,粉末涂料的發展趨向于提高固化體系的質量,因為原材料生產商已經實現了該領域的技術改進。因此,低溫粉(NT)以及高耐候性粉(HWF)已經在前一段時間投入市場。后者在無粉化性能方面(保光性能)有很大提高,那些高品質顏色和金屬效果顏料的抗紫外線性能和外觀一致性已經有了明顯提高。

由于這些新的粉末涂料尚存在質量缺點,因此需要進一步發展,包括高耐候性體系的柔韌性以及NT粉末涂料的在耐化學品和耐候性方面的不足。為了改善這個問題,低溫粉體系應該結合合適的粉末涂料底粉以及面粉。

進一步需要改進的方面是關于可驗證的粉末涂料的熱化學固化的可靠性。

除了這些,一些非常有趣的功能性粉末涂料目前歐洲有許多粉制造商都可以生產。這些涂料體系包括耐刮擦和/或耐應力開裂,特別是高彈性粉末涂料和薄涂涂料,還有對水具有良好屏障效應且低透氣的底粉和/或面粉的特殊防腐粉末涂料。

在我看來,目前有在售的熱固性和熱塑性(單組分和雙組分)特殊混合的粉末涂料需要特別注意,不僅僅是熱塑性成分的來源和價格,還在于均勻混合的能力和研磨問題。盡管存在這些問題,這一發展趨勢仍值得進一步調查研究,應基于混合粉末涂料的品質已完全精化并成功實踐的前提下。

作為一個專業的評估師,我看到并且持懷疑態度的是目前的趨勢之一:各大粉末制造商正在開發并銷售全新的效果粉末,特別是專門用于建筑業的粉末涂料,噴涂金屬幕墻。

例如,創造具有杰出裝飾性的金屬效果,在完成初步的綁定過程后,特殊的金屬粉或者云母粉再干混加入。這些具有高度裝飾效果的粉末直接提供給建筑師,繞過了粉末噴涂廠。設計師熱情驅使,但并沒有意識到該技術的局限性,建筑師隨后便強烈要求使用特殊顏料效果的粉末涂料。

在這個過程中,他們完全低估了這種效果粉末涂料對應用要求的極高要求(如特殊的組份復配、復雜的高壓/電流設置、通常無法回收、均一的噴槍至工件距離),以及特殊要求的建筑外觀(如側面高度)或涂層要以一個平面時尚的方式呈現等。

因為這些不同的影響因素沒有充分考慮,色調和顏色效果會產生波動,導致最后結果有很多的客訴。另外時間長了以后,一些批次粉末涂料會出現分離,大量的司法糾紛不可避免。這種發展趨勢是非常危險的,因為它通常與溝通欠佳有關。

粉末-施工

此外,粉末涂料噴涂過程中(通常是自動化過程),噴涂商必須滿足越來越高的技術要求。可以利用創新的電子控制系統,以實現更精確的噴涂參數調整或設置程序。

在垂直和水平噴涂裝置(X/Y/Z軸)的幫助下,可實現涂料的均一噴涂,創建復雜的噴涂設置,采用了易清洗粉末中心,成熟的粉房技術,最低的耗粉量和粉末回收工藝,以及進樣和/或密相粉末系統。同時,粉末可以在前所未有的短當機時間內換色(圖2)。

為了符合發展趨勢,手動噴涂時噴涂設備應很容易被操作員操控,以匹配工件的幾何形狀(簡單調整噴槍方向)。圖3顯示了這些年來粉末涂料噴涂技術的發展。

粉末—交聯反應

粉末熱化學交聯過程越來越多的使用具有特殊熱回收系統的烘箱,這顯著的降低了固化過程所需的能量。

輻射能量的使用(如深色輻射器)或者向上的紅外凝膠區也使粉末固化過程能更加有效地進行。就設備而言,仍然有巨大的發展潛力。再加上NT粉在市場上的投放,可以節省大量的能量,未來可大大降低涂料的成本。

烘箱制造商面臨的挑戰是在凝膠階段控制循環空氣的流動,使不同顏色的粉末被均勻的固化,在固化加速過程中有效地引導間接加熱空氣的流動。

生產控制的快速測試方法

這些年來,一些特殊的基于歐洲質量協會推薦的加速腐蝕測試變得更為成熟。值得提及的主要有:冷凝測試、酸性和中性鹽霧試驗、絲狀腐蝕測試和特殊的汽車測試標準。盡管是加速測試,通常需要40到60天的測試時間,因此就實時生產控制而言,這些測試是不相關的。

需要建立快速的創新的腐蝕測試,使潛在的防腐蝕問題可以1-3天內可以預測。因此有必要建立適當的短期測試方法,以實現快速、現實的粉末涂料行業中的生產過程控制(圖4)。

結論

總之,上述討論的話題表明在粉末涂料行業仍有大量的發展和技術優化的空間。原材料和粉末涂料制造商,以及設備制造商和工藝噴涂廠都需要意識到這一點。然而,在改進方面最重要的是加強各行業專家之間的良好溝通。



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(作者:Thomas Herrmann

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