李亮坚 谢品雄
佛山市南海嘉多彩粉末有限公司
摘要：在环保和低碳的潮流中，油漆由于VOC排放的原因逐渐被淘汰，取而代之是绿色健康的水性涂料和粉末涂料。粉末涂料得益于VOC 0排放的“4E”优点，一场轰轰烈烈“漆改粉”行动缓缓开始，但粉末涂料中，金属效果颜料的干混加入会影响喷涂施工。针对金属漆的效果，应用邦定工艺开发了“漆改粉”双涂品种，以及“漆改粉”单涂品种。
1 、“漆改粉”的方向
VOC是挥发性有机化合物(volatile organic compounds）的英文缩写，油漆VOC排放是指油漆中不形成漆膜而最终挥发到大气中的有机化合物。挥发性有机化合物挥发到空气之后会与空气中的氧气发生反应生成臭氧，低空臭氧对大气环境及人体健康会造成危害。
为控制臭氧等大气环境污染，国家不断出台法律法规，如: 《中华人民共和国环境保护法》2015-1-1发布实施；2015年2月国家对溶剂型涂料征收消费税正式实施；《中华人民共和国环境保护税法》于2016年12月25日通过，2018年1月1日将实施。油漆在环保政策和税赋的挤压下寸步难行，慢慢地淡出涂料家族是历史的必然结果。
粉末涂料具有四E（Economy经济, Ecology环保, Efficiency高效, Excellency性能卓越）优点。在环保执法越来越严的气氛下，为其带来了巨大商机。粉末涂料凭借成熟的涂装工艺，环保和成本优势，加速了在五金家电、汽车、集装箱、农用机械、建筑、高速公路、港口码头、桥梁等应用领域的“漆改粉”进程。中国化工学会涂料涂装专业委员会统计，2016年我国热固性粉末涂料销量约142万吨，比去年增长了10.1%，成为我国增长较快的涂料品种。
“漆改粉”之路并非一帆风顺。油漆以液态存在，添加较大的银浆后，施工仍然影响不大，但粉末涂料以固体存在，添加较大的金属效果颜料后，施工时金属效果颜料容易在静电喷枪的枪头上聚积，形成施工困难，常常产生涂装弊病。邦定工艺的应用，对问题的解决起了关键性作用。
2 、邦定工艺对“漆改粉”的贡献
在没有应用邦定工艺之前，基本上是采用干混合工艺，金属效果颜料加量不能超过1%。加量少时，闪烁不可以与金属油漆的闪烁效果相媲美。若加量大时，容易出现“斑马线”、“阴阳面”、“发花或云斑” 、色差等弊病。特殊的邦定工艺可以使金属效果颜料的含量达1～20%，而不影响喷涂施工，新粉涂装和回收粉涂装没明显色差。喷涂铝型材后，制作铝合金门窗时，目视门窗两根铝材的90°拼角位置没有目视色差。邦定工艺在“漆改粉”进程中演泽了桥梁和纽带的角色。现在介绍一下金属漆和金属粉的特性：
2.1 金属漆
金属漆，又叫金属闪光油漆；是较流行的一种装饰漆。是在配制油漆时，添加了一些金属效果颜料，如铜粉、铝粉或珠光颜料等。利用金属效果颜料的定向排列，呈现闪烁的金属效应，当光线照射到效果颜料上时，被反射出来。因此，看上去好像金属在闪闪发光一样。由于液体金属漆具有特殊的流变性质，粘度低湿润性好，添加较大的效果颜料量，液气混合载体的施工仍然不受工艺影响，但金属粉末涂料以固体为载体。金属效果颜料的加入，降低电阻率，影响静电储蓄，造成静电喷涂施工困难。
2.2 金属粉
金属粉即金属粉末涂料。加入金属效果颜料量少时，闪烁不明显，而干混加入量大于1时，底粉不能完全湿润和包膜金属效果颜料，且两者粒径、带电性、比重不同，喷涂时常会出现颜料积枪头，产生砂粒瑕疵等一些弊病。这样就给“漆改粉”带来巨大障碍，但邦定工艺可以利用熔融粘接解决这个技术难题。在金属效果颜料的加入量增多时，通过与底粉邦定在一起，减少对带电性的影响，从而不影响喷涂施工。适合的效果颜料添加量，在不同的角度下、由于光线的折射，会使颜色、甚至轮廓都会有所变化，让外观造型看起来更丰富、更有趣。给人们一种愉悦、轻快、新颖、五光十色、琳琅满目的视觉效果，彰显高贵、典雅的气质。改变效果颜料形状和大小，可以控制闪光度。所以，采用邦定工艺后，金属粉的效果颜料含量，完全可以与金属漆的效果颜料含量一致。
3 、邦定工艺
邦定（Bonding）工艺是在专用的邦定设备上，通过粉末高速混合磨擦加热，或者传导加热方式，使粉末温度达到粉末玻璃化温度（Tg）附近的临界温度，在惰性气熏保护下，搅拌中加入金属效果颜料，使它粘结在软化的粉末粒子表面上，然后快速冷却，避免“粘接”好的粉末结块，从而得到金属粉末涂料。
邦定工艺的技术关键点是：1）找准Tg的临界温度范围。Tg的临界温度即邦定的“窗口温度”，不同批次和品种的粉末Tg是不一样的，可以通过DSC来预先测定，指导邦定温度的设置；2）罐内粉末温度的均匀一致性。粉末邦定的“窗口温度”上下限范围相当窄，高于上限会进入粘流态，低于下限底粉仍是玻璃态。所以，罐内粉末温度如果不匀一，就会出现局部结块，或者局部没法粘接等缺陷，影响邦定质量；3）控制系统的信息检测和传输精确性。温度探头的精度、电流感应精度，以及电控系统的数据采集、传输、报警保护等的精确性，是适应极窄的“窗口温度”的应用基础。
3.1 底粉和效果颜料对邦定工艺的影响
底粉中的基料直接影响熔融时的表面张力和邦定的“窗口温度”。选择邦定的“窗口温度”相对宽的基料可以降低操作难度。选择熔融时表面张力大的基料，能让效果颜料充分浮到涂层表面，更容易呈现颜料的闪烁效果。所以，树脂制造商和我们共同开发了适合于邦定工艺的专用树脂品种。
铝粉传热好，质轻利于邦定。铜粉传热也好，但密度大，比同粒径的底粉重很多，邦定相对困难一些。但是，珠光粉传热差，也容易被打碎，是较难邦定的效果颜料。如果不同种类的效果颜料混合在一起邦定，由于传热能力不同，对邦定技术的要求会更高。选择效果颜料时，不但要考虑品种也要注意耐候性，一般通过致密包膜的颜料耐候好，所以，高耐候要求的产品邦定时，由于选择了致密包膜颜料，即使底粉高速混合磨擦加热，达到邦定温度时，加入效果颜料后也要低速混合邦定，以免破坏颜料的包膜层。至于邦定时间的设置，当然，传热差的颜料要比传热好的颜料，邦定时间长一些才能达到理想的邦定效果。
3.2 邦定设备
邦定设备的使用要注意安全性。金属颜料的粉尘属可燃物质，在一定条件下具有爆炸危险。浮型铝粉颜料的MIE(Minimum Ignition Energy) 最小引燃能量极小，爆炸的危险性更大。邦定时，必须保证惰性气体浓度正常。邦定设备制造商国外的如：MIXACO Dr. HERFELD GmbH & Co. KG Maschinenfabrik和Zeppelin Systems GmbH，国内的有深圳市置胜隆科技有限公司等。置胜隆也有邦定代工业务。
泽普林(Zeppelin Systems GmbH)即原来莱梅德亨息尔(Reimelt Henschel MischSysteme)，与MIXACO的设计理念类似。不但有惰性气熏保护，而且氮气浓度、罐盖有电路联锁保护装置。罐体内壁有特殊处理，不会粘粉。罐壁和搅拌刀都可分组通冷却水降温，浆翼导流轨迹翻滚设计使罐内粉末温度匀一。电控系统配合PLC编程智能化程度高，对罐内粉末温度的控制很精准。Zeppelin新设备突出的特点是在线Tg测量，能智能精确选择邦定“窗口温度”，使邦定自动化程度更高。
置胜隆通过代工经验不断改进设备，特别高颜料添加量方面积累了丰富数据。新设备采用伸缩功能的温度探头，多层、自洁、翻滚浆叶，倒置可升降热缸，智能化PLC温度过热保护和电流过载保护。相关厂家设备如下图：
3.3邦定效果的评价
邦定效果的评价主要是看金属效果颜料和底粉是否充分粘接。可以通过目视痕迹观察、电镜观察、高低电压喷涂对比、旋风循环回收和现场小批量应用等方法进行评估。
目视痕迹观察法：是最简单的测试方法。可以分别用两手抓一下邦定好的两种粉末，对比效果颜料粘在左右手上的程度；也可以对比两种粉末效果颜料粘在包装PE袋壁上的程度；定性定量还可以分别取两种粉末5克左右并列放在纸的上端，将纸慢慢立起，让粉末流下，然后观察效果颜料粘在纸上两条下落轨迹的程度。邦定效果差的粉末效果颜料粒子粘得比较多，而邦定效果好的粉末则几乎没有效果颜料粒子粘附。
电镜观察法：是直接利用电镜观察，比较效果颜料与底粉粘连和游离的数量比，游离的颜料越少邦定效果越好。
高低电压喷涂对比法：相同的喷涂条件下，用高压静电(90KV)和低电压(50KV) 喷同一个邦定粉，邦定效果差的粉游离颜料多，与底粉带电性不一致，两个板色差会较大；邦定效果好的粉，底粉与效果颜料粘连，带电性接近，上粉效果一致，不同电压喷涂基本没有色差。
旋风循环回收法：测试装置是模拟实际喷涂过程中的回收系统设计的。不同次回收的粉末喷涂对比，色差的变化趋势可以反映粉末的邦定效果。邦定效果好的粉末，不同回收次数的色差非常小。回收装置示意图如下：
现场小批量应用检验邦定效果更直接。新产品的验证我们都先生产一罐料，直接在客户的施工条件下，小批量连续生产，充分验证邦定效果。
优质的邦定效果主要表现：(1)效果颜料的粘接率高，游离份少；(2)批次间色差稳定；(3)涂层无金属效果断裂；(4)适合不同的施工条件和喷涂设备；(5)过喷粉末可以回收利用。
4 “漆改粉”的特色产品
4.1 双涂系列
双涂系列“漆改粉”品种得益于,一种荧光改性颜料。将颜料改性后，在预固化的涂层中，仍然可以有上浮的能力，迁移到二涂透明层里形成类似油漆的效果。
双涂系列“漆改粉”品种的原理是：先按照常规配方，加入适当份量的改性效果颜料，然后，混合→挤出→研磨→加镜面银粉邦定得到底粉，底粉静电喷涂后，先预固化熔融定型，由于银粉的上浮能力比改性效果颜料强，浮到预固化涂层的最上层。接着再喷涂一层透明粉末，在固化炉中固化。固化过程中，预固化的镜面银粉已经不能动弹，但改性效果颜料还有迁移能力，慢慢地浮到银粉的上面来，即分散在透明层之中。当完全固化后，光照在涂层上，涂层以镜面银粉为反射面，透明层中的改性效果颜料产生不同的折射光线，给人以色彩缤纷的视觉效果。
双涂产品典型配方举例：
底粉 | 透明粉 | |||
原料名称 | 质量份 | 原料名称 | 质量份 | |
聚酯(AV=30) | 67 | 专用聚酯(AV=30) | 67 | |
TGIC(EEW=107.5) | 5 | TGIC(EEW=107.5) | 5 | |
纯流平剂(液流含量70%) | 1 | 专用流平剂 | 1 | |
增光剂 | 0.7 | 增光剂 | 0.7 | |
安息香 | 0.3 | 安息香 | 0.3 | |
填充料 | 20 | 其他助剂 | 适量 | |
HW-1530A改性颜料(杭州宏伟) | 5 | |||
银粉排列剂HW-302 | 1 | |||
其他助剂 | 适量 | |||
两个配方按比例配好料后，分别投入高速混合机中混合3min，经螺杆挤出机主机转速45HZ，喂料转速22HZ，温度115℃～125℃的工艺下熔融挤出压片，底粉片料再在ACM磨粉机中研磨，按主磨转速48HZ，副磨转速29HZ，喂料转速24HZ，筛网过180目的条件下得到半成品，然后，底粉半成品按1%2091浮银含量的比例在邦定混合机中52℃/1min条件下邦定得到成品；透明粉则按主磨转速40HZ，副磨转速25HZ，喂料转速20HZ，筛网过120目的条件下研磨得到成品。施工时，底粉喷涂后预固化熔融，再喷一层透明粉。固化后，改性颜料迁移到透明层中，在底粉镜面银的反射下，涂层显得丰满、亮丽。呈现油漆的效果。
双涂产品典型技术指标：
项目 | 指标 | 项目 | 指标 | |
涂层外观 | 平整丰满 | 交叉附着力 | 0级 | |
光泽(60°探头) | 95% | 弯曲试验 | 3mm | |
厚度 | 120um | 冲击试验 | 50Kg.cm |
4.2 单涂系列
单涂系列产品是以透明粉为底粉，底粉中可以使用透明颜料。然后利用邦定工艺加入效果颜料，适量效果颜料的加入，完全形成遮盖，一次性喷涂就能得到类似油漆效果的涂层。
高添加量的效果颜料邦定要有技术先进的邦定设备，也要有合理的邦定工艺。要得到较好的邦定效果，可采用“窗口温度”上限邦定，高速磨擦升温后，在较低的邦定转速下，延长邦定时间的工艺生产来邦定。
单涂产品典型配方举例：
透明底粉配方 | 邦定添加效果颜料份 | |||
原料名称 | 质量份 | 原料名称 | 质量份 | |
4430-0聚酯(AV=33) | 190 | 透明底粉 | 85 | |
4488-0聚酯(AV=33) | 190 | 耐候珠光粉 | 15 | |
4890-0聚酯(HV=30) | 72 | 其他助剂 | 适量 | |
TGIC(EEW=107.5) | 30 | |||
固化剂（NCO=15%） | 11 | |||
专用流平剂 | 5 | |||
抗黄安息香 | 2 | |||
其他助剂 | 适量 | |||
按配方比例配好料后，投入高速混合机中混合3min，经螺杆挤出机主机转速45HZ，喂料转速22HZ，温度115℃～125℃的工艺下熔融挤出压片，再经ACM磨粉机研磨，按主磨转速40HZ，副磨转速25HZ，喂料转速20HZ，筛网过120目的条件下研磨得到底粉。然后，把底粉加入邦定机中，以42HZ转速磨擦加热，达到邦定“窗口温度”58℃时，自动加入效果颜料，并自动进行低转速邦定30min得到成品。
这个是典型的耐候产品，为仿氟碳金属漆而设计，除综合性能优异外，耐老化效果非常好，1000小时氙灯Qualicoat标准测试保光率达98.5%。产品的样板和耐候曲线图如下：
单涂系列金属粉末的特点：
1）一次喷涂成膜，施工适应性强，喷涂厚薄颜色稳定；
2）金属效果颜料含量高，绚丽的闪烁效果；
3）回收粉可循环利用，节约成本；
4）底粉对效果颜料的包裹性好，利于粉粒静电荷储蓄，上粉率高。
4.3 双涂和单涂系列的比较
双涂产品可借助浮银的镜面反射，容易达到油漆效果，但要两重喷涂工艺，消耗能源大，推广上有点困难；单产品一次喷涂成型，减少了施工工序，但效果颜料的加量要较大才可达到完全遮盖。只有先进邦定设备和专业操作技工的企业才可生产。
5、“漆改粉”的方向和前景
提倡绿色环保利国利民，造福子孙后代。国家的相关法律法规将会越来越完善，对环境保护和人民健康会更加关注。环保执法不会只是浪潮，必然是常态化施行。我们作为涂料研究者，要有行业的前瞻性，应用新技术新工艺，开发出环保的替代品，为客户提供丰富的选择性。无论是“双涂系列”还是“单涂系列”，只要环境友好，即使前进的路不是一帆风顺，但只要走下去很快会得到市场的认可，受到广大用户的欢迎。
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