文 / 张海锋，蔡劲树 ( 广东华江粉末科技有限公司 )
摘要：介绍了金属粉末涂料邦定原理，讲述了各工艺参数对金属粉末涂料稳定性的影响。
0.引言
随着人们生活水平的提高，人们对装饰性材料的要求也越来越高；随着环保要求的提升，对环境产生污染涂料在逐步减少。粉末涂料作为绿色环保涂料中的一员，每年的需求量都在增大，而金属粉末涂料更是装饰性涂料中重要一员。由于审美和对质量要求的提升，金属粉末涂料涂膜的金属效果不稳定性越来越受大家的重视，然而由于对金属粉末涂料没有系统的认知，致使很多从业人员对金属粉末涂料涂膜的金属效果稳定性改善无从下手，本文带大家系统的了解金属粉末涂料的稳定性。
1. 金属粉末涂料
金属粉末涂料作为粉末涂料的一种重要的装饰类涂料，它是在粉末涂料的基础，再加入金属效果颜料，使得涂膜表面具有金属效果，从而提高粉末涂料的装饰效果。由于粉末涂料和金属颜料的带电性能不一样，在相同的喷涂条件下，两者的上粉率是不一样的，在不同的喷涂条件下，两者的上粉率发生改变，使得涂膜金属颜料与粉末涂料的比例发生了较为明显的变化，从而改变了涂膜的外观效果与颜色。为了提高涂膜外观的稳定性，在更改喷涂工艺的情况下，我们需要涂膜表面的金属颜料和粉末涂料的上粉比例变化不大。
目前金属粉末涂料主流的生产方式有三种，第一种为金属颜料与粉末涂料的原材料一同挤出与研磨，把金属颜料和粉末涂料破碎成一个颗粒，消除了带电性差异，这种生产方式可以得到很好的金属稳定效果的涂膜，但是在挤出的过程中，由于挤出设备的高温和剪切，破坏了金属颜料的外观和颜色，使得涂膜的金属效果发黑。第二种为金属颜料和粉末涂料经过简单的搅拌与混合，使得金属颜料与粉末涂料充分的分散，这种方法能很好的保护金属颜料不被破坏，但没有改变粉末涂料颗粒与金属颜料的带电性和上粉性，涂膜外观金属效果和颜色稳定性较差。第三种为采用邦定工艺将金属颜料和粉末涂料颗粒粘结在一起，两种不同的个体组成一种新的个体，消除了带电性的差异，从而提高了金属颜料和粉末涂料在涂膜中比例的稳定性，使得涂膜金属效果稳定性好，这是目前金属粉末涂料最主流的生产方式。
2.邦定原理和邦定设备
粉末涂料邦定（Bonding）技术也叫热粘结技术，主要是通过对粉末涂料加热使得粉末涂料颗粒由玻璃态转变为高弹态而具有一定的粘结性，然后利用其粘结性使得金属颜料与粉末涂料颗粒粘结在一起。在实际应用中，通过邦定机可以使金属颜料与粉末涂料颗粒粘结在一起。
在生产中使用的邦定机，主要分为两种，自摩擦式邦定机和热传递式邦定机。自摩擦式邦定机，依靠搅拌桨与粉体之间的高速摩擦产生热量，使得粉体的温度上升，由于升温效率受搅拌桨转速的影响较大，而高转速对金属颜料的破坏性强，金属颜料会有一定程度的破坏，直接表现为金属颜料闪烁度下降。热传递式邦定机，将外部的热水或者热油作为热源，通过邦定机内壁将热量导入进邦定机内，从而加热粉体，可以有效地降低搅拌桨对金属颜料的破坏，较好的保持金属颜料的特性。
3.金属粉末涂料生产工艺
金属粉末涂料生产流程主要包括粉末涂料配方设计、金属颜料选择、邦定参数设定、检验、打包。每一个环节又涉及到许多的影响因素，通过生产流程一一了解。
3.1 粉末涂料配方设计
粉末涂料配方包含树脂、固化剂、填料、助剂、颜料，生产工艺主要包括挤出和研磨。其中助剂含量低，主要是调节涂膜表面效果和涂膜性能，对金属颜料粘结性影响很小。树脂和固化剂属于搭配使用的，树脂含量的高低，对粉末涂料颗粒的粘性影响较大。粉末涂料颗粒的粘性是树脂由玻璃态转变成高弹态的属性，树脂含量越高，高弹态的状态下粘性也越大，对金属颜料的粘结性越强，使得粉末涂料颗粒与金属颜料粘合的牢固，提高了金属粉末涂料的涂膜稳定性。填料作为粉末涂料的填充物，与树脂的用量相反，树脂多则填料少。颜料作为粉末涂料的着色物，其遮盖性较强，对比透明粉末涂料和遮盖力强的粉末涂料，加入相同量的金属颜料，透明粉末涂料更能显现出金属效果，而遮盖性强的粉末涂料只能显现出涂膜表面的金属颜料。由表3-1实验数据结果得知，树脂量越高，涂膜的金属效果越明显，金属粉末涂料在不同条件下喷涂的涂膜色差也越小，金属效果稳定性更好。
涂膜稳定性说明：选择两个不同的喷涂条件，分别为50KV·0.1MPA和50KV·0.3MPA，其他喷涂参数相同，然后对比两者涂膜的金属效果。
挤出机主要作用是熔炼和混合粉末涂料基料，如果熔炼和混合效果不好，容易导致材料的分散性差，再经过研磨之后，每个粉末涂料颗粒的差异性很大，即使能与金属颜料粘结的很好，也会导致涂膜的不稳定，甚至有各种涂膜缺陷。磨粉机可以控制粉末涂料的粒径大小和粒度分布，从试验结果表明，粒度分布越集中，金属效果稳定性越好；同时粒径的大小，对金属效果稳定性也有影响，粒径偏小，粉末涂料颗粒与金属颜料的接触面积小，不容易粘合在一起。通过试验对比不同的中粒径粉末涂料与金属颜料的邦定稳定性，选择D50=26-40μm的粉末，由表3-2实验结果得出，随着粒径的增大，涂膜金属效果稳定性也相应的提高。
涂膜稳定性说明：选择两个不同的喷涂条件，分别为50KV·0.1MPA和50KV·0.3MPA，其他喷涂参数相同，然后对比两者涂膜的金属效果。
3.2 金属颜料
目前能用于粉末涂料的金属颜料种类很多，本文主要选择使用量较多的铝银粉和珠光粉作为研究对象。铝银粉按粒径分，分为细银和粗银，细银粒径小，遮盖性强，在涂膜表面能形成很好的金属质感；粗银也叫闪光银，遮盖性差，金属反光效果好，在涂膜表面可以形成闪烁效果。铝银粉按耐候性分，有普通耐候，高级耐候和超级耐候，主要是各自耐候的年限不一样。按涂膜效果分为浮银和非浮银，浮银主要分布在涂膜的表层，而非浮银是分散在涂膜中。由于铝金属容易被氧化，我们使用的铝银粉都是经过表面处理的，一般使用树脂将铝片包覆，使得铝银粉的带电性接近粉末涂料，并且与粉末涂料容易粘结在一起，不同粒径的铝银粉与粉末涂料的粘结性不一样，细银需要的粘结面较小，比粗银更容易与粉末涂料粘结。
珠光主要分为合成珠光和天然珠光，天然的珠光颜色较为单一，且耐剪切性较差，经过邦定工艺容易被破碎，珠光粒径整体变小，闪烁度也下将，粒径整体的变化程度受搅拌的时间和转速影响。合成珠光耐剪切性较好，颜色丰富，而且还有幻彩变色效果，目前就有幻彩珠光应用于高档汽车。就金属粉末涂料邦定工艺而言，珠光颜料的稳定性比铝银粉差，由于珠光颜料主要由云母和金属氧化物组成，金属氧化物将云母片包覆在其中，而粉末涂料具有粘结性的树脂是有机化合物，两者的相容性较差，并且带电性差异性也较大，所以整体的稳定性比较差，在使用珠光颜料的过程中，需要把控珠光颜料的用量，降低珠光颜料对涂膜的遮盖，可以相应的提高金属粉末涂料的稳定性。
由表3-3对比邦定前后铝银粉和珠光颜料，铝银粉与粉末涂料的粘结性更好，而珠光颜料与粉末涂料的粘结性较差。
3.3 邦定工艺
邦定工艺主要涉及投料量、金属颜料投入时间、热水温度、升温搅拌转速、邦定温度、邦定时间、邦定搅拌转速、冷水温度、降温搅拌转速、放料温度。
3.3.1 投料量
一般邦定机的投料量都有个有效的范围，过多或者过少对邦定稳定性都有影响，物料过多，邦定机内上部的粉不能被搅拌桨搅拌，使得上部与下部的粉无法混合与分散，导致整体颜色不均匀。而物料投入过少，在物料升温之后，物料容易粘附在邦定机内壁，导致金属颜料与粉末涂料分散不均匀，增加了不稳定性。邦定机投料量接近的情况下，能降低每缸邦定金属粉末涂料之间的差异性，可以有效的减少批次间的色差。
3.3.2 金属颜料投入时间
金属颜料的投入时间，主要受金属颜料、搅拌桨转速、涂膜金属效果影响。高搅拌速度使得搅拌桨具有高剪切力，从而对金属颜料造成破碎，使得金属颜料粒径变小，闪烁度下降。为了保护金属颜料，可以减少金属颜料被搅拌的时间，选择在物料温度接近邦定温度时，再投入金属颜料；对于金属效果受粒径变化影响较小的金属颜料或者耐剪切的金属颜料，可以选择与粉末涂料一同投入邦定机
3.3.3 热水温度
热水温度直接影响邦定机内物料的升温速率，热水温度过低，升温速度慢，生产效率低，同时增加了金属颜料被破坏的时间，加大了金属颜料被破坏的程度；热水温度过高，导致物料温度过高而容易吸附在邦定机内壁。一般把热水温度设置为高于邦定温度10℃左右，这样既能加快物料升温，又不会使得物料吸附在邦定机内壁。
3.3.4 升温搅拌速度
对于摩擦式邦定机，升温搅拌速度很重要，低速度产生的热量不足以使物料升温，从而只能选择高搅拌速度；而热传递式邦定机，升温搅拌速主要起到辅助的作用，可以根据邦定需要设置升温搅拌速度。
3.3.5 邦定温度
物料的邦定温度，主要取决于粉末涂料的状态。如果粉末涂料在某一温度具有很高的粘结性，容易与金属颜料粘结在一起，同时又不会使得粉末涂料相互之间粘结在一起，则当前的温度可以作为粉末涂料的邦定温度。在生产的过程中，一般可以设定高于树脂的玻璃化温度10℃作为邦定温度，然后通过稳定性的检验，调节邦定温度，使得粉末涂料处于最佳邦定温度。根据表3-4，提高邦定温度，可以提高邦定稳定性，降低金属粉末涂料在不同喷涂条件下涂膜的色差。
涂膜稳定性说明：选择两个不同的喷涂条件，分别为50KV·0.1MPA和50KV·0.3MPA，其他喷涂参数相同，然后对比两者涂膜的金属效果。
3.3.6保温时间
在粉末涂料具备粘结性的情况下，粉末涂料与金属颜料的粘结程度受邦定时间的影响较大，过短的邦定时间使得很多游离的金属颜料没有与粉末涂料粘合在一起。在一定的时间范围内，邦定时间的延迟能增加粉末涂料与金属颜料的粘结程度和粘结数量，超过了一定的时间，延迟邦定时间对粉末涂料与金属颜料的结合促进作用很小。根据实验和生产经验，保温时间设置在3-5分钟，能使得粉末涂料与金属颜料充分的粘结在一起。
3.3.7邦定搅拌桨速度
在物料处于邦定保温阶段，搅拌桨的运行速度也很重要，必须维持在不破坏金属颜料和粉末涂料粘结的情况下，也能使得粉末涂料和金属颜料处于运动状态，便于两者撞击相互粘结在一起，同时还能起到调节物料温度的作用，使得粉末涂料一直处在高弹态而保持粘结性，邦定搅拌速度的设定需要结合邦定机的特性。
3.3.8冷却水温度
在粉末涂料和金属颜料的粘结达到一个动态平衡的情况下，已经不能使得更多的粉末涂料和金属颜料粘结在一起，则意味着邦定已经饱和，需要降温使得两者牢牢的粘结在一起。冷却水的温度对冷却时间起到决定性的作用，水温低，则冷却时间短，减少了搅拌桨在降温过程中对已经结合的粉末涂料和金属颜料的破坏，也能提高生产效率。但是水温也不能太低，由于邦定机内壁由金属物构成，很容易因温度太低而使得空气中的水蒸气液化而吸附在邦定机内壁，导致粉末涂料受潮，一般推荐冷却水设定为18-20℃。
3.3.9冷却搅拌速度
冷却过程中，搅拌桨还是处于运动状态的，如果转速太低，容易造成还没有冷却的粉末涂料相互粘结在一起，而转速太高，造成降温缓慢，生产效率低，一般设置为邦定转速的一半即可。
4.金属粉末涂料稳定性的检验
金属粉末涂料经过了邦定工艺，需要相应的检验，既是检验涂膜的金属效果稳定性，也是检验涂膜的外观是否符合要求。检验金属效果稳定性，常用的方法有对比不同喷涂工艺下涂膜的金属效果、测量金属粉末涂料的粒径、对比旋风分离前后金属粉末涂料的金属效果等。为了满足客户的使用要求，一般选择客户的喷涂工艺作为参考，在此喷涂工艺基础上更改，检验金属粉末涂料的稳定性是否符合客户的使用要求。
4.结语
目前的邦定工艺，主要是粉末涂料与金属颜料的物理粘结，不管如何提高金属粉末涂料的邦定稳定性，其不稳定的特性是不能改变的，所以除了优化金属粉末涂料邦定工艺，也应该通过控制其他的工艺降低金属粉末涂料的不稳定性，同批次生产的金属粉末涂料尽量保持一致，其中包括生产工艺、检验工艺以及喷涂工艺。同时，配方的设计需要注意金属粉末涂料的涂膜与底色粉末涂料涂膜的颜色差距，尽量减小两种之间的色差，可以避免因为金属效果的轻微波动而导致涂膜整体效果变化太大。
来源： 会2021中国粉末涂料与涂装行业年会论文集
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