粉末涂料与涂装行业发展历程
时间:2006-02-06
一、总体概述
粉末涂料涉及多种技术与涂装方法．具有多年的发展历史，粉末涂料是随着几个主要用粉行业的进步而发展起来的，并随着人们对环保型涂装技术需求的增加而得以提高。据中国环氧树脂行业协会专家介绍，粉末涂料以环氧树脂为主要基材，采用有机聚合物粉末涂料涂装工件要追溯到上世纪40年代末和50年代初，当时采用火焰喷涂法将粉末涂料涂敷于金属底材上。在此期间德国科学家Erwin Gemmer博士开发了一种流化床涂装工艺，可将热塑性树脂粉末涂料涂装在金属材料表面，其涂装效率比火焰喷涂法高，1953年5月该项技术申请德国发明专利，1955年获得批准。
事实上在1958~1965年期间所有的粉末涂料都采用流化床涂装，绝大多数涂装都以实用型为主，涂膜厚度6~20mil。这种厚涂膜的功能以电绝缘、防腐、耐磨等为主，所用粉末涂料包括尼龙11、CAB、聚乙烯、增塑型PVC、聚酯和氯化聚醚等。在全欧洲和美国都采用流化床涂装粉末涂料的同时，人们也在开发其他粉末涂装工艺，用以满足更加广泛的商业需求。传统的液体油漆含有污染环境的溶剂，喷漆所含的溶剂量特别高。为此人们开始研究无污染的环保型工业烤漆。人们研究环保型涂料最初的路线是：一是将涂料中50~60％的溶剂含量降低至20~30％；二是将涂料中的溶剂用水取代90~95％；三是用空气替代涂料中的溶剂。前2种方法得到的涂料依然含有污染环境的溶剂，而第3种方法则引导人们开发粉末涂料，这种涂料不含任何有机溶剂。中国环氧树脂行业协会专家说，需要找到适合的固体树脂、固化剂、颜料和其他材料，并将这些原材料混合均匀，然后研磨成为粒度适中的粉末，并在带有多孔底板的容器中通过鼓入空气使粉末混合物流化，成为具有某种液体性质的物料。
流化技术源自于石化行业以及预热金属表面的PVC粉末流化床涂装技术，同时我们还知道，法国已经采用静电喷涂技术将滑石粉喷涂到轮胎表面。根据液体油漆涂装技术和法国的滑石粉静电喷涂技术，我们设想如果能够制成粉末态的油漆，那么这种流化的粉末必须是可以采用静电喷枪喷涂的，并可以喷涂到接地的工件表面。在喷枪中带上静电的粉末粒子可以附着在金属表面，形成的粉末涂层可以熔融固化。如果这种方法得以实现，我们就可以用空气替代液化的溶剂，从而开发出一种不可思议的环保涂装方法。
一、低含技术起点
粉末涂料的技术含量并不高，因而它对于原料——主要是固体的环氧树脂——要求也不高。Shell公司生产固体环氧树脂，在该公司成功地研制了最初的粉末涂料，最初的粉末涂料体系相对来说比较简单，是由粉状环氧树脂、固化剂和颜料采用球磨技术得到的干法物理混合物。由于混合物的均匀性很差，所以得到的涂膜很难保证一致性。
要提高混合物的均匀性，可以采用加热的双辊磨或加热的Z型刮刀混合器进行热熔融混合加工，这是一项非常必要的加工技术。经过一段时间的试验和失败之后，1961～1962年间真正的工业试验开始了。“Teodur DM”是世界市场上最早出现的可喷涂的装饰性热固型粉末涂料，采用Z型刮刀混合器热熔融混合制成，Teodur DM环氧/双氰胺粉末涂料最早是用于医院家具的涂装，其固化条件为350°F/30min。早期的制粉工艺包括混合、挤出和磨粉等工序，某些特殊的粉末产品(如低光泽花纹粉)至今依然采用该生产方法，但这种方法的粒度控制比较差，制成的粉末产品喷涂性能不良(流化、撞击熔融、上粉率等)。
其它的早期制粉方法还有双辊磨法和Sigma熔融混合器法等，这2种设备所生产的产量都比较低，在进行每批次生产之前Sigma混合器的清机工作量都很大。中国环氧树脂行业协会专家介绍说，1962～1964年Shell公司又开发了热固型粉末涂料的熔融挤出生产方法。与此同时，法国Sames公司通过改进现有的静电喷枪，开发出了第1代有机粉末涂料的静电喷涂设备。上世纪60年代末至70年代初，人们开始小规模的试验研究用常规的液体涂料生产工艺制备粉末涂料，将制备粉末涂料用的树脂和固化剂溶解在有机溶剂中，然后加入颜料、填料和添加剂，用常规液体涂料生产设备混合上述物料，通过喷雾干燥得到粉末涂料，并回收大部分溶剂。然而生产过程中出现的溶剂损失使其失去了环保意义。
没有市场化的粉末技术——专家曾这样回顾过去的市场产品。上世纪70年代末人们开发了一种独特的粉末涂料技术-粉末涂料浆，该技术至今没能市场化。它是将已经制成的粉末涂料(主要为环氧型)采用表面活性剂分散在水中，用砂磨机研磨得到的粉末涂料浆可采用常规油漆涂装设备进行施工和烘烤固化，形成的涂膜外观和性能与相应的粉末涂料完全相同。粉末涂料浆在应用中遇到的主要问题是在喷涂操作中涂料容易絮凝结块，尽管采用适当的方法可以解决，但粉末涂料浆的应用却非常有限。
