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“漆改粉”之闪烁金属粉末涂料的制备
发布时间:2018-11-5
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1 前言

近年来环保压力日益增加,早在2013年9月,国务院发布了《大气污染防治行动计划》提出了各相关行业的VOC限制标准。2015年,我国“史上最严"的《环保法》正式实施,对用漆企业开征4%的涂料消费税。2018年1月1日,环保税正式实施。而传统涂料及其上下游的化工企业,历来是环保监管的重点对象。传统油漆生存空间一再被压缩,其替代行动已经正在进行并加快进度。

因环保优势,粉末涂料取代传统油漆已成为当今的主流和趋势,随着粉末涂料及涂装技术的改进,粉末涂料应用领域日益扩大。但是与油漆相比粉末涂料依旧存在一些不足亟待改善,比如液体油漆的颜料可选择性较多、金属颜料(铝粉、铜金粉、珠光颜料在此统称金属颜料)的可添加量大,某些涂膜中金属颜料添加量可多达50%,而且液体油漆的涂膜有很好的透亮度和饱满度等。由于粉末涂料本身的特性,使得粉末涂料中不易添加太多的金属颜料。如何得到高饱满度、高透亮度,同时兼具油漆闪烁效果的涂膜是“漆改粉”需要解决的一大问题。

目前闪烁金属粉末涂层的实现主要有两种方式,分别为一次喷涂成膜和二次喷涂成膜。一次喷涂为金属粉末涂料一次喷涂而成,二次喷涂是首先喷涂底粉,预固化之后再喷涂罩光面粉固化而成。

 

2 一次喷涂金属粉末制备及喷涂工艺

一次喷涂是由金属粉末涂料一遍喷涂而成(如图1),为获得闪烁金属效果同时兼具足够的遮盖力,需用透明底粉添加大量粗粒径的金属颜料,这样一来对粉末涂料配方、制备工艺和喷涂工艺都有较高的要求。

 

2.1 金属粉末涂料的制备

2.1.1 金属粉底粉的选择

为了保证最终金属粉末涂层的闪烁度,底粉的透明度要尽可能高,少加颜填料,甚至选用全透明粉。任何有遮盖力的颜填料的加入都会影响到最终涂膜中金属颜料的闪烁性。使用透明粉和透明颜料搭配金属颜料做出的粉末涂层金属感和闪烁度才能达到最佳。

为了最终涂膜的平整度,底粉宜选用固化温度下熔融黏度低、胶化时间长的配方。这样能够有效避免由于大量金属颜料加入导致的流平变差甚至橘皮,最终得到更接近油漆流平的涂膜。

为了尽可能的减少涂膜的缺陷,底粉的抗干扰性要足够强。大量金属颜料的加入会放大原本不明显的缺陷。由于此类粉末金属颜料添加量较大,粉末中稍有缺陷就会导致缺陷处金属颜料的含量和排列与周围不一致,进而导致其颜色明显的与周围不同。

另外,底粉的粒度应适当降低,因为底粉经过邦定后,粉末的粒径会有不同程度的增加,应综合考虑客户需要和邦定工艺来确定底粉的粒度。同样的底粉粒度,分布略宽,细粉量略高会有助于提高中、大粒径金属颜料的邦定效率,如果邦定金属粉主要是细粒径金属粉,粒度可以适当的粗一些(如图2,图3)。

 

 

2.1.2 金属颜料的选择

金属颜料的选择会直接影响涂层闪烁度。不同种类金属颜料闪烁度不同,同类金属颜料不同粒度闪烁度也不同(如图4)。

 

 

目前粉末常用的金属颜料有铝粉、铜金粉和珠光颜料:

铝粉,俗称银粉,目前闪烁铝粉主要是由雾化铝粉球磨成鳞片状再抛光、包裹而成,抛光和包裹工艺直接决定铝粉的闪烁度、耐候性和耐酸碱性,目前也有厂家通过增加一层金属氧化物的包裹使铝粉呈现出彩色金属光泽。

铜金粉是铜和锌合金的细粉,金粉可按铜和锌的不同比例,制出青金色、黄金色及红金色等不同光彩的成品。

珠光颜料是由金属氧化物薄层包覆云母片构成。改变金属氧化物薄层,就能产生不同的珠光效果,颜色主要有银色、亮金色、金属色、彩虹干扰色以及变色龙系列等。目前合成云母片也已大量应用,用合成云母制得的水晶珠光颜料要比传统珠光颜料闪烁度高很多。这是由于合成云母片透明度和纯度比天然云母片高,进而亮度和闪光度也提高许多。

一般来讲,同材质金属颜料粒径越大,闪烁度越高,但是粒径越大,遮盖力也越差。如果底粉选用的是半透粉或透明粉,就要注意同时考虑闪烁度和遮盖力,还要注意粒径过大的金属颜料更易出现涂膜剌手、颗粒等缺陷。

 

2.1.3 混合工艺

混合工艺是金属粉末制备的关键环节,闪烁金属粉末涂料一般金属颜料含量较大,如果直接干混后喷涂,会存在施工不稳定,喷涂工件缺陷多,回收粉难以重复利用等问题。其原因是金属颜料与粉末涂料底粉颗粒存在比重、带电性等方面的差异,上粉能力差异大。所以要对底粉和金属颜料进行热粘接或者对金属颜料进行特殊处理后再干混。

A 热粘接

热粘接目前最常用的就是邦定工艺,也有粉末厂家利用高速预混外加保温套,内加温度传感器改造而成的热粘接预混器,此预混器改造成本较低,能够进行一些简单、要求不高的热混合,这个算是一种“简配版"的“邦定机"。

邦定机目前已逐渐普及,邦定工艺也日渐成熟。邦定机操作上只要能够注意几个关键参数的设定,如邦定温度、桨叶转速、邦定时间等,通过摸索一般都能达到一定的邦定效果。

闪烁金属邦定粉的制备对邦定工艺的要求更为严格。因为金属粉的添加量一般较大,如果邦定效果不佳很容易造成使用时喷涂困难、枪头积粉、甩粉团、回收粉无法使用、喷涂工件发花或者阴阳面等情况。此外也容易出现邦定完后金属粉闪烁度严重下降的情况。

 

闪烁金属邦定粉邦定时尤其要注意三个关键环节:

(1)邦定温度的设定

邦定温度尤为关键,传统观点认为邦定温度应在粉末Tg点附近,实际的邦定温度要稍高于Tg点,具体温度可以通过实验摸索确定。最佳温度应该是邦定完成后过筛时有少量的结团(不超过5%),如果过筛时完全没有团那说明还没达到邦定温度。还可以对比邦定前后的粒度分布确定,较好邦定粉通过邦定后一定是D50略有增加,而D10显著下降。如果邦定前后D50和D10无明显变化那说明没有达到邦定温度,邦定效果不佳。有些邦定机可以通过主机电流变化来判断,到达邦定温度时粉末明显发粘,桨叶阻力增大,主机电流也随之增大,主机电流明显增大时就到达邦定温度了,但是有的邦定机即使到达了邦定温度主机电流也增大不明显,这可能是跟桨叶的设定和主机电机的选用有关系。

(2)金属颜料加入时机

金属颜料加入时机也比较关键,闪烁金属颜料大多粒径较粗,在与桨叶和斧壁碰撞、摩擦时容易导致金属颜料破裂或者表面光洁度下降,进而影响涂层闪烁度。较粗的金属颜料应在即将达到邦定温度时加入,而且在加入前要把邦定机桨叶转速降下来,以防闪烁金属颜料被破坏。

细金属颜料应提前加入,因其主要提供遮盖,不是闪烁度提供者,且其被打碎的概率相对较低,另外细金属颜料不易分散,提前加入在高转速下会分散更好。

B 直接混合

邦定工艺能够很好的解决施工稳定性和回收粉再利用问题,可是邦定工艺相对还是较复杂。因此有人通过对金属颜料进行包裹改性,使其更接近底粉的上粉能力。目前已有厂家声称做出了“免邦定金属颜料",通过对金属颜料包裹树脂等缩小金属颜料与底粉的上粉能力差距。例如有厂家对铝粉处理,先是包裹一定厚度二氧化硅薄层,之后再次包裹与二氧化硅厚度相当的超耐候聚酯层,既提高了铝粉的耐侯性,又缩小了铝粉与粉末涂料底粉带电性和密度方面的差异。

 

2.2 喷涂工艺

近年来邦定工艺逐步在完善和成熟,邦定粉喷涂也相对越来越容易操作。可即使如此,想要达到100%的金属颜料邦定效果还是有难度的,因此喷涂时还要注意一些情况:

(1)注意喷枪参数的一致性

在不同时间喷涂同一品种粉末时,喷涂的气压、电压、出粉量、雾化和枪距等参数应保持前后一致性,这样更有助于不同批次成品的一致性,减少不同喷涂批次产品的颜色差异。

(2)注意回收粉和新粉加入的稳定性

喷涂时还要注意新粉和回收粉按固定的比例同时加入流化桶,尽量保证粉桶中粉末的前后一致性,如此就可以保证涂装效果的稳定性了。

 

3 二次喷涂金属粉末制备及喷涂工艺

邦定粉是实现粉末涂料替代闪烁油漆的一个途径,如果客户具备二次喷涂条件的话,可获得更接近油漆效果的粉末涂料涂层。二次喷涂就是两次喷涂两次固化,即底粉喷涂→半固化→面粉喷涂→固化(如图5,图6)。

 

3.1 二次喷涂金属粉末涂料的制备

二次喷涂的底粉和面粉都可以选择是否添加金属颜料。与一次喷涂要求一遍喷涂就要全遮盖不同,二次喷涂可以具有以下特点:

底粉不仅可以是金属含量特别多的邦定粉,也可以是普通的粉末涂料,也可以是含有少量金属颜料的干混粉。

面粉宜选择透明粉与大粒径闪烁金属颜料的干混物,无需考虑遮盖力。

 

3.1.1 底粉制备

二次喷涂粉末涂料的底粉可以根据客户需要,可添加不同量的金属颜料,也可以不加金属颜料。如果在底粉和面粉中都加入金属颜料,可以得到立体感更强且具有明显层次感的闪烁涂层。

无金属颜料的底粉

当底粉为不含金属颜料的普通粉末涂料时,其生产工艺没有特殊性,一般可以按正常的粉末涂料生产即可。

金属颜料量较少的底粉

金属颜札含量较少时可以按普通的干混工艺,即生产出底粉后,再混入金属颜料,混合均匀即可。

金属颜料较多的底粉

金属颜料含量较多时也需要邦定,具体工艺可以参考上文2.1邦定粉的制备。

 

3.1.2 面粉制备

由于底粉遮盖力足够,面粉推荐选用透明粉,也可以使用透明颜料调色,同时面粉中宜适量外混入闪烁力较强的金属颜料,混入量不宜太多,金属颜料没必要完全盖住底色。这样底粉提供遮盖,面粉提供闪烁效果,涂层的金属感和立体感俱佳(如图7)。

 

3.2 二次喷涂工艺

二次喷涂的喷涂工艺,单独看底粉和面粉喷涂与一次喷涂相比没有特殊性,每次喷涂时都尽量保证喷涂工艺的稳定性,尤其是有有金属颜料加入时,具体可以参考本文2.2喷涂工艺章节所述。

另外底粉喷涂完后宜在半固化的情况下再喷涂面粉。面粉熔融固化的同时底粉完成后续固化,以增加两层的层间附着力,防止“两张皮”情况的发生。

同时由于是两遍喷涂,容易出现过厚的情况。为了节约用粉量,底粉面粉喷涂时都应根据需要控制厚度。底粉主要提供遮盖性,不需要太厚。如果喷涂过厚,会一定程度上影响到面粉的上粉情况。而面粉在一定范围内适当增加厚度,能够提升金属颜料的立体闪烁感和饱满度。

 

4 总结

 

综上,目前闪烁油漆涂层的“粉末化”有两种实现途径:

一次喷涂,粉末宜选择透明粉添加大量闪烁金属颜料,工艺上需要邦定或者对所加金属颜料进行包裹改性;

二次喷涂,底层粉末可以有多种选择,面粉宜选择透明粉添加闪烁金属颜料。


 

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