金属粉末涂料绑定效果的提升及绑定率的检测

邵波 王莽 邵彬 王赟

( 安徽桑瑞泰粉末材料有限公司 )

摘要:笔者根据多年的行业经验,结合金属粉的特点和理论知识,重点描述了金属效果粉末涂料绑定效果的提升,文章还对金属效果绑定率的检测进行了较为全面的介绍。金属效果粉末涂料的主要是通过金属颜料的选择、底粉配方的设计、底粉制造工艺控制、绑定工艺控制、绑定率的检验等5个方面来保证,本文就这5个方面逐一进行说明,也就这些问题进行一些探讨,最好还着重介绍未来金属效果粉末涂料的发展前景。

关键词:金属效果;粉末涂料;绑定工艺;绑定率;色差;性能检测;行业标准; 

1.  金属粉末涂料的制造工艺及特点介绍

关于粉末涂料的特点,这里简单描述一下,由于完全不含有机溶剂,在固化时VOC(挥发性有机化合物)的排放量低,目前已成为最环境友好的涂料体系之一。粉末涂料较之液体油漆在环保和使用性能方面具有优势,粉末涂料除具有防腐和耐候性外,还具有很好的美观装饰性。近几十年来粉末涂料作为涂料工业的新技术得到迅速发展。随着国家对环保的要求越来越高,漆改粉是不可避免的大趋势。。

普通热固性粉末涂料的制造工艺,主要工艺流程为:在高速混合机中原材料的预混合—→在挤出机中熔融挤出混合—→挤出物的冷却和破碎—→漆片的细粉碎和旋风分离—→细粉在过筛机中的过筛分离—→分离磁性物—→包装

金属粉末涂料制造工艺

1)   挤出法:即在挤出之前,对片状金属颜料进行类似其它颜料的处理,然后与其它所有原料    混合。缺点是除特殊配方外,绝大多数的金属颜料在挤出过程中会被粉碎。

2)   干混法:简单、经济,国内大部分厂家都用这种方法,然而由于金属颜料的导电性能好,使得涂料的施工性能很差,例如,金属颜料的分离、喷枪短路等等。也由于金属颜料只是松散地混合在底色粉中,它在整个涂料中是孤立的组分。干混法,金属颜料的加人量在1.5 – 6%左右,如太多就不容易喷涂

3)    bonding法:邦定工艺包括一种特殊的混料程序. 这种特殊程序用于解决底粉和金属颜料间的附着问题,使得金属颜料与底粉连结在一起.颜料在配方中添加量: 1 [%] ~ 20 [%].

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最早的Bonding设备都由国外公司研发生产,由于其价格不菲,国内设备供应商粉末涂料生产企业一般都用干混法或用国产bonding设备,随着国内供应商的不断努力,国产设备在工艺方面取得了长足进展,但与进口设备比较,邦定工艺还存在下列的难点:

1)精确控制原料的温度;

2)混料锅内原料各个点的温度要一致; 

3)工艺的稳定性和重复性。

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2. 金属效果粉末涂料绑定效果的提升;

金属效果粉末涂料的主要是通过金属颜料的选择、底粉配方的设计、底粉制造工艺控制、绑定工艺控制、绑定率的检验等5个方面来保证。 

① 金属颜料的选择;

粉末涂料用金属颜料种类不多,选择范围小,性能差。 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 ) 。每一类金属颜料又包含很多色相的产品,通过粉末制造商的配方设计,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。金属颜料的选择是配方的灵魂,需要注意两点,1是颜色尽量与底粉保持一致,减少色差,会有效的避免阴阳面及发花云斑现象;2是金属颜料一定要满足标准满足建筑标准要求下,不能乱用金属颜料。如果灰浆实验比较烦琐,可以通过5%NAOH快速的检测金属颜料是否满足耐化学性要求。测试方法如下图所示:化学试剂液滴按以下浓度滴于如左图所示的粉末涂料样板上,达到要求的时间后(右图所示),样板用水冲洗干净目测观察试剂滴过的表面,比较铝粉的损失。

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但由于金属颜料本身的特性,能够满足高性能需求的金属颜料种类更少,现在只有耐侯级别的珠光粉和少部分铝粉能满足有限的高端需求。在铝粉方面,由于铝颜料的活泼性,极易与水及碱性物质反应,例如按照建筑行业的标准,灰浆实验和洗涤剂等实验是不能通过的,使得建筑粉末涂料金属效果都很差,与油漆差距大,这也使得粉末涂料在很多建筑项目上无法与尤其竞争。所以国外少数铝粉供应商经过研发推出了耐侯性铝粉,在铝粉颗粒上经过多次包裹(丙烯酸树脂+SiO2),提高其耐化学性能,经过在粉末涂料应用测试,大部分能满足建筑的要求,但粒度偏细的金属颜料,在不稳定的混合工艺下,容易产生破碎现象,从而引起性能的下降。珠光粉的优点在于珠光粉色相较多,耐化学性能好,缺点金属质感不强,相比铝粉差距太大。珠光粉的选择也比较苛刻,必须是经过特别包裹的耐侯级别产品,这点国内很多厂商忽视这方面的要求,将工业级别的珠光粉应用到超耐侯的产品中,带来质量隐患。

以材料的限制使得金属效果粉末涂料发展有些阻碍。但可喜的是众多材料供应商不断的技术开发创新,再加上生产工艺的更革新,这些问题都陆续得到解决。

② 底粉配方的设计

合理的底粉设计是整个配方的关键点之一,我们都了解每个粉体材料都有其吸油量,在实际运用中,主要是估计粉体对树脂的吸附量的多少,即涂料中颜料和树脂的体积浓度(PVC),所以金属颜料吸油量的大小对涂膜的性能影响较大,同时对涂料的生产时的黏度影响也较大.在涂膜熔融过程中,树脂不仅要完全包覆在金属颜料表面,还要填充在粒子间的空隙,当金属颜料吸油量大的时候,就需要更多的树脂来完成这些功能,所以配方设计一定要考虑金属颜料的吸油量是影响涂膜很重要的一个因素。

另外影响金属颜料的吸油量还与其表面形态,细度等有关.颜料的粒子越细,表面积越大,分布越窄,吸油量越高。粒度和外形规则的银元型,比玉米片状吸油量低,另外吸油量还和金属颜料的后包裹工艺的关系,例如免绑颜料或3D金属颜料的吸油量要低得多。?   我们也不能单单以吸油量的大小计算理论的润湿,以铝粉为例来讲PVC值大概是5--15,与有机颜料的吸油量类似。但金属颜料没有和树脂材料经过熔融挤出,混炼效果不如其他材料充分,所以铝粉添加量受到限制,我们可以通过树脂、固化剂助剂的选择和配比,掌握各种体系树脂的特性,使得铝粉在粉末涂层熔融过程中得到润湿,在铝粉的展现效果和添加量上得到提升。 

③ 底粉制造工艺的控制

金属粉底粉的工艺控制与普通粉末基本类似,但需要重点关注体系的胶化时间,流动性能,以及粉体的粒度等指标。通过控制底粉工艺指标来提升金属颜料的效果和性能,也能稳定绑定制造工艺。另外颜色和表面的控制与普通粉也有差异。这些指标的大小或多少,严格不严格都没有对错可言,因为他们对金属效果展现的有着不同的作用,所以其中的具体指标控制,需要大家通过产品的经验积累来掌握其变化规律,找到适合自己的工艺指标。 

④ 绑定工艺的控制

干混工艺或不完全的绑定工艺,会造成底粉与金属颜料部分和完全分离,,颜料在底粉分散不均匀,喷样板时颜色效果受电压、雾化和出粉量的影响,小样与生产混料之间的差异大,造成配方不稳定。也由于金属颜料的导电性能比树脂高,金属颜料的添加量不能太多,加人量在1.5 – 6%左右,如太多就不容易喷涂,造成很多效果不能配制,限制了粉末涂料的使用。

通过挤出和 bonding 工艺,解决金属颜料和底粉的分散问题。挤出法由于挤出机的高剪切,使得颜料被破坏,所以一定要选择经过特别处理的金属颜料,例如ECKART的powdersafe体系,但由于颜料表面没有包裹层,或包裹层被高温高剪切破坏,这种工艺的金属颜料抗氧化性和耐磨性都有问题。bonding 工艺,需要在硬件和软件上提升,通过在设备的选择和程序工艺的设置,在最大程度的保留金属效果的同时将金属颜料与底粉尽可能的黏结在一起,要善于总结不同底粉配方的绑定工艺,以及各种金属颜料在不同体系配方和不同绑定工艺下的变化规律,形成一整套绑定工艺。通过这两个工艺可以有效的解决喷涂时由于金属颜料堆积造成的变糙,发花现象。

分散剂的选择则是整个绑定工艺控制的亮点,一个有效的分散剂能够稳定制造工艺,提高喷涂时的分散性,带电性能。为整个配方设计锦上添花,但也不能过分迷恋分散剂的作用,过分关注会产生适得其反的效果。以提升bonding工艺效率是各大厂商致力发展的方向, 稳定的生产工艺用于解决底粉和金属颜料间的附着问题,使得金属颜料与底粉连结在一起(见下图左).让金属颜料具有同树脂一样的带电性能,同时通过配方的设计,突破了金属颜料量的限制,在配方中添加量: 1 [%] ~ 20 [%].真正的能与油漆媲美。

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3. 金属效果粉末涂料的绑定率检验:

金属效果粉末涂料金属颜料与底粉的分离造成了在客户施工的不稳定性;以建材行业为例,用到粉末涂料以型材、天花板和幕墙板为主,铝型材有四面需要喷涂且长度一般在6米左右,而天花板和幕墙板面积较大,这都增加了喷涂时的不确定性,特别是金属效果的粉末涂料,由于金属颜料与底粉间的色差,很容易造成下列问题:

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1)   铝型材四个面的颜色及料头与中间颜色不一致,我们称之为“阴阳面”

2)   天花板或幕墙板,两块板之间或一块板的中间与四周颜色不一样,我们称之为“发花或云班现象”

3)   喷涂时板材表面变粗糙,类似砂纹表面,特别是在边角部位。

4)    经过客户的1、2级回收系统后,回收粉与新粉间色差大,客户自己无法通过添加新粉或直接使用回收粉。

总结起来,这4个问题都与金属颜料的分离或者说绑定率有关,金属效果粉末涂料最大的技术瓶颈就是如何解决底粉和金属颜料的分离问题。而分离的验证一般到客户使用才能真正体现出来,通过模仿客户现场的条件来验证涂料的分离性能,保证回收后的颜色稳定性。各家有各家的方式方法,方法因人而异,重要的是通过方便快速的测试法方法稳定制造工艺。总结起来大概有如下几种方法;

① 通过带电性的检验绑定率 ;

由于金属颜料,特别是铝粉、铜粉导体的特性,在高压静电下带电性差,使得产品粉末涂料的带电性下降。在客户使用时会造成上粉差、链条抖动掉粉等现象。

为了解决上述问题,在出厂前需要进行多次从检测,其中一项就是对弯板进行敲击,静电喷涂后的样板在敲击后需要对弯板进行烘烤,在敲击过程中如何保证每次敲击的力度相同的问题和敲击后对弯板移动影响检测效果的问题需要解决。比较粉末的掉落的面积。得出粉末带电性的等级。

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(弯板敲击仪) 

② 通过电镜直观的观察金属颜料与底粉间的绑定黏结效果;

取适量的粉末在高倍显微镜下,比较黏结的、游离的金属颗粒的数量比。得出绑定效率。

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③ 通过喷枪高低压测试绑定率;

粉末在喷涂过程中由4种力作用。利用游离的金属颗粒与黏结好的金属颗粒带电性不一致的特性,通过调整静电喷枪的高低压,比较两者的金属效果差异,得出金属绑定效率。

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④ 通过旋风分离法来检验绑定率;

绑定不好的金属粉在客户端主要是回收粉能否按比例使用体现,模仿客户喷涂现场的条件,利用旋风分离装置来验证金属粉末涂料的分离现象。游离的金属颗粒会被旋风吸走,而黏结好的金属颗粒会同比例的留下来。通过比较旋风前后样板的金属效果得出绑定效率;

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粉末涂料属于工业涂料范畴,准确讲是一个半成品,更多的问题在客户喷涂使用中产生,相对于普通粉末涂料而言,金属效果粉末涂料的涂装难度更大,客户投诉更多,如何在出厂前就能通过质量检验手段验证金属效果粉末涂料的稳定性,提前发现瑕疵,减少到客户再出现问题的几率,是各大粉厂一直困惑的地方。通过十几年的问题解决和经验积累,我们还是可以通过特别的检验手段来提前验证。金属粉末的检测方法还有很多种,各家可以结合自身特点自由发挥。需要强调的是无论那种检测方法,需要搞清楚原理,重复性和稳定性很重要,这样的检测才能真正帮我我们解决实际问题。 

4. 金属效果粉末涂料的新发展

随着时代的技术变迁,和漆改粉的市场推动下,从原材料、工艺、配方设计结合起来,金属粉末涂料的技术发展不断进步。

a)  原材料方面;近几年,几家大的金属颜料厂商在粉末涂料领域加大了研发投入力度,新产品的推广较之前多了很多,都针对粉末涂料企业的需求开发了很多有价值的新产品。例如用于建材体系的双包裹系列铝粉、提升亮白度的亮银铝粉、耐化学性细浮银效果铝粉、香槟色等着色铝粉、免绑定铝粉等等。

b)  工艺及配方方面,在现有绑定工艺的基础上继续提升,通过底粉材料的选择和助剂的利用提高金属颜料的含量和稳定性。例如3D金属粉末,新一代绑定等新工艺也在很多企业研发拓展中。 

5. 结语 

由于粉末涂料的综合性能优异,随着全球对环保的要求越来越高,中产阶级人群的不断提高,金属效果的粉末涂料应用领域也逐步扩大,市场发展的步伐加快,利用其绚丽的效果与环保兼备的特性,市场需求预期很高。当然其还存在一些需要改进优化的地方,我想在广大粉末涂料企业技术工程人员的潜心努力下,金属效果粉末涂料必将成为涂料行业的一颗璀璨明星。


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