编号：CYYJ00014

篇名：粉末涂料、涂装的国外现状及最新动向

原文： 1　前言 　　由于工业发展和人类活动产生严重的大气污染而引起的臭氧层破坏、地球变暖、酸雨等全球性的环境破坏问题，造成气候反常、各种灾害不断，近一、二十年来人类的生存环境条件越来越恶化。全世界呼吁保护环境，多次举行国际环保专业会议，签定条约或协议。例如1992年联合国签订“防止V OC环境污染”协议书，“防止地球温暖化条约”；同年国际标准化组织通过ISO－14000系列环境管理法“EMS”；1997年12月日本京都国际环保会议提出“削减CO 2排放量的数值目标值”。各国政府制定了环保法规。例如，美国的CAA法（Clean Air Act，大气净化法），按其挥发性有机化合物（V OC－Volatile Organic Com pounds）法规，大幅度限制有机溶剂的排放。德国1992年实施的大气清洁法（TA－Luft）是世界上限制溶剂排放最严的法规。有机溶剂的大气排放是其中最大的问题之一，促使各产业界实现无溶剂化的革新，使工业涂装进入净化工程时代。 　　粉末涂料作为无溶剂涂料的代表与水性涂料一样在涂料涂装产业界，引起世界的注目。使粉末涂料及其涂装技术在其自获得工业应用的近30年历史的近10年中市场十分活跃，得到持续高速增长（增长率在涂料中是最高的），在制造和涂装技术上有了突破性进展。全世界的粉末涂料的生产量增长了3倍（1986年17万t，1996年达51．7万t），尤其欧洲和美国的涂料制造厂是以环境保护为优先的产品开发作为主要目标，低V OC的涂料（水性涂料和粉末涂料）保持高增长率。日本还是以品质和经济为优先，故其工业涂装在环保方面比欧洲落后些。 　　专家们预测1995～2010年世界各种工业用涂料生产的发展趋势列于表1中［1］。粉末涂料仅次于水性涂料，约占总生产量的20％，取代溶剂型涂料有逐步增大之势。 表1　工业用 涂料类别构成的预测 　 类　别 年 份 　1995 　2000 　2005 　2010 　 低固体分溶剂型涂料 39.5 30.5 15 .0 7 .0 高固体分涂料　　　 12.5 12.0 10 .0 8 .5 电泳涂料　　　　 　 8.5 10.0 15 .5 17 .0 其它的水性涂料　 　 14.0 16.0 19 .0 22 .5 反应型涂料　　　　 14.0 15.0 16 .5 17 .5 粉末涂料　　　　 　 8.0 12.0 17 .5 20 .0 电磁波硬化涂料　　 3.5 4.5 6 .5 7 .5 　　本文主要介绍粉末涂料及其涂装技术的国外现状和发展动向，以促 进我国工业粉末涂装的技术进步。 　　2　粉末涂料的技术进步 　　自1960年采用流动浸渍法和热固性粉末涂料进行电气绝缘粉末涂装以后，相继开发了电晕带电的静电粉末涂装、摩擦带电的静电涂装机、粉末涂装室和室外用的粉末涂料等，可是在60～70年代粉末涂料的市场发展缓慢，粉末涂装工艺也没有象同期开发的电泳涂装工艺那样普及快，仅较多地应用于电气绝缘、中小金属件等涂装，发展缓慢的原因有以下几点： 　　●当初粉末涂膜的外观装饰性（桔皮、平滑度等）较有机溶剂型涂料差，一次喷涂的膜厚较厚（40μm以上），且薄膜化和表面平滑化困难。 　　●通常的粉末涂料的固化温度高，一般需在180℃以上（被涂物温度）20 min。能耗高，使粉末涂装的应用面受限。 　　●当初热固性粉末涂料还是以环氧树脂为主，其机械性能和耐腐蚀性能非常优良，可是耐候性差，不能适用于户外使用产品的涂装。能取代装饰性和耐候性优良的轿车用面漆或罩光清漆的丙烯酸系或聚酯、聚氨酯系粉末涂料近几年才问世。 　　近10多年来防止大气污染的环保法规要求各产业的V OC排放限期达标，促使无溶剂的粉末涂料市场活跃，开发出很多粉末涂料新品种，如低温固化型粉末涂料、紫外线固化型粉末涂料、小粒径粉末涂料、高耐候性粉末涂料、涂膜外观和耐光性优良的低温固化的汽车面漆用的丙烯酸系粉末涂料、抗菌性粉末涂料、氟树脂粉末涂料、使用小粒径粉末涂料的料浆（Slurrg）等等，以适应市场的需要；发明了制粉末涂料用的原材料，如各种结构的新型树脂和固化剂，又如紫外线吸收剂和能使粉末涂料在未固化的湿的阴极电泳漆膜上不产生缩孔，且附着力优良的流平剂等添加剂。 　　传统的粉末涂料的制造方法是使用熔融混炼粉碎法（俗称干法）。这种方法的工艺流程长，且分散不充分，调色也困难，制成后若不合格，无法修正。 　　美国Ferro公司开发了新的粉末涂料造成法，称为VA MP法（The Vede Advanced Manufacturing Process）［1］，它是使用超临界液体二氧化碳的湿式制造法。所谓超临界液（流）体是临界状态的蒸汽，即不是气相，也不是液相，显示出特异的性状和性质。超临界流体具有与通常的有机溶剂同样的溶剂能力；二氧化碳临界温度为31．1℃，临界压为74．8×10 5 Pa，不需特别的高压设备就能制成超临界液体二氧化碳，它能溶解涂料用树脂，其溶剂能力与庚烷类似，近似于溶媒稀释剂。VA MP法的制造工艺简单，将粉末涂料用的全部原料投入料箱中，加超临界液体二氧化碳混合搅拌，使树脂软化，制成膨润的液状涂料。作业条件由55℃165．2×10 5 Pa至86℃206．7×10 5 Pa。充分搅拌后，向常压的容器中排出，得到粉碎的粉末涂料。小粒径的粉末涂料就用此法制造。 　　下面重点介绍一下低温固化型粉末涂料和高耐候性粉末涂料的品种和性能。 　　2．1　低温固化型粉末涂料 　　粉末涂料的烘干温度低温化后带来以下效果。 （1）节能，降低烘 干室的运转成本。省能效果180℃→150℃为18％，150℃→130℃为23％。一般为烘温每降低10℃，省能10％左右。 　　（2）适用于粉末涂料的底材增加。 　　●耐热性不足的，原来不能粉末涂装的材料（例如FRP、ABS、木材等）有可能采用粉末涂装。 　　●钢材、铝合金材等，在高温烘烤场合产生金属特性变化的材料也可有效地来用粉末涂装。例如弹簧、铝车轮、精密部件、计量器等。 　　●复合材料采用粉末涂装成为可能。例如储气瓶、汽车部件等。 　　（3）因烘干室的负荷减轻，烘干室的寿命延长，且可使维修费用减少。另外可使向室内散发的热量减少，可抑制室温的上升。 　　（4）在老涂装线改造场合，使用原有的溶剂型涂料用烘干室成为可能。 　　（5）随烘干室的升温时间缩短，还有烘干后的冷却时间也缩短，可期望缩短生产线长度。 图1　环氧粉末涂料初期和贮存后的表面粗糙度 为达到上述效果，解决推广应用粉末涂装的问题，各涂料厂努力开发低温烘干型粉末涂料。就环氧系粉末涂料而言，扩大粉末涂料中的固化剂、固化促进剂的选择幅度，实现低温化的可能性是最强的。实际上也是这样，多添加反应性高胺系固化促进剂，在120℃／20 min下能充分固化。可是这种涂料的贮存稳定性明显变差，还有耐腐蚀性也比环氧本来的性能差。为此，需要冷藏保管、运输，并且制约了回收粉的利用。日本东亚公司［2］针对这一点作了改良，开发出实用性高的120℃／20 min固化型环氧系粉末涂料“阿龙粉末E203”。E203有以下特点（开发的指导想法）： 　　●在120℃附近有良好的流动性。且不发生结块，能达到的Tg不下降。 　　●考虑贮存稳定性，在接近室温的低温域内不反应，而在120℃以上反应加速。 　　●耐腐蚀性应达到与标准环氧粉末涂料同一水平以上。 　　东亚合成公司通过种种技术努力，新开发的130℃／20 min固化型环氧聚酯系的粉末涂料，商品名为“阿龙粉E301”［2］。E203和E301低温固化型粉末涂料与老产品（E100和E300）的性能比较结构列于表2中。E203、E100老产品的初期和贮存后的喷涂所得涂膜的外观表面质量（粗糙度）对比结果如图1所示。E203和E300的烘干可能范围如图2、3所示。 　　　　　　　表2 低温固化型粉末涂料的涂膜性能试验结果 　 试验项目 试验方法 环氧树脂 系 环氧·聚氨酯系 E203 E100 老产品 E301 E300 低温型 标准型 低温型 低温型 标准型 烘干条件 ℃／min 120／20 180／20 120／20 130／20 180／20 光泽 60°镜面反射率／％ 大于90 大于 90 大于90 大于9 0 大于90 静冲压性 埃力克森试验仪／mm 大于8 大于 8 大于8 大于8 大于8 耐冲击性 杜邦式1／2″Φ／g／cm 500／50 500／50 500／50 500／50 500／50 附着力 1m m 划 方格胶带剥离 100／100 100／100100／100 100／100100／100 表面硬度 铅笔硬度（三菱铅笔） 2 H 2H 2 H 2H 2 H 耐盐雾性 5 ％Na Cl35 ℃720h 0 0 4 0 0 耐水性 40 ℃温水240h ， 100／100 100／100100／100 100／100100／100 方格残留数 耐碱性 5 ％NaOH 20℃ 240h 无异常 无异常 无异常 无异常 无异常 耐酸性 5 ％H2SO42 0℃240 h 无异常 无异常 无异常 无异常 无异常 贮存稳定性 40 ℃下保管28d 　　表面性 良好 良好 极差 良好 良好 　　结块 良好 良好 极差 无异常 无异常 　　注：＊所谓老产品，低温型系指多添加胺固化剂，使需高温烘干的老产品也能在120℃／20min下固化。