技术 | 铝粉粉末涂料邦定工艺的研究

铝粉粉末涂料邦定工艺的研究
梁俊杰 袁定胜 暨南大学

陈锐波 刘宝全 广东省江门皇宙化工有限公司

摘要：本工艺通过设计聚酯／环氧型粉末涂料配方，采用邦定包膜技术将涂料粉末粒子与铝粉牢固黏结，静电喷涂试验表明该粉末涂料高度接近电镀铬效果，可作为电镀铬的替代产品。其中铝粉与粉末粒子良好粘结，铝粉使用量可降低30％；采用静电喷涂时，对不同金属元器件粘附良好，200℃固化10分钟，其涂膜拥有类似铬电镀的高光泽度金属效果，且色泽均一。相比溶剂型涂料60％~65％的成膜率，该粉末涂料成膜率接近100％，且未附着于被喷涂物件的粉末可以全部回收再利用。现有的邦定包膜技术具有高效环保、低成本等特点。
关键词：邦定；金属铝粉；粉体涂料

电镀铬产品具有表面平整、光洁、不生锈、硬度高、耐腐蚀、防酸、耐磨损等优点而被广泛应用于塑料、家电、玩具等元器件产品中。然而在电镀铬工业中所产生的废水给电镀厂周边环境和人群带来巨大污染和危害。因此，有必要寻找电镀铬工艺的替代技术。由于国内外对环境保护的重视，作为环保、高效能、高效率和经济型的粉末涂料，近几年来产量迅速增加，品种不断增多，应用领域逐步扩大。金属粉末涂料涂膜呈金属光泽，具有绚烂的多色效应以及突出的保护功能，为汽车、家电、仪器仪表等高档工业品提供了绚丽多彩的外观装饰。在金属粉末涂料中，金属铝粉粉末涂料是主要的装饰性粉末涂料的一大品种，其中包括金属闪光、金属镀层、金属花纹、锤纹和金属光泽纹理型粉末涂料。
随着效应颜料品种的不断开发，各种金银色漆、闪光漆、珠光漆、金属立体效应色漆不断涌现。效应颜料的片状结构也具有缓和涂层内部应力的作用，可以避免涂层的裂纹和龟裂，提高涂层硬度，涂层中片状颜料可以切断腐蚀性介质的渗透，隔断紫外线入射，提高涂层的防腐耐候性能，使效应颜料在粉末涂料中的应用更加广泛。效应颜料在粉末涂料应用初期采用的是熔融挤出法，即与粉末涂料原料一起经高速预分散、熔融挤出、压片破碎、磨粉筛分后，制得成品。该法工艺简便，效应颜料与粉末基料达到充分的混合与黏结，但由于工艺过程中存在高温(110～130℃)挤出、高剪切粉碎，造成效应颜料表面部分或全部氧化，粒片变形或被粉碎，导致粉末涂料涂膜外观颜色灰暗，甚至无金属色泽。随后，人们采用将效应颜料与粉末涂料基料进行简单机械混合的
生产方法，虽然也能实现较好的涂层视觉效果，但由于效应颜料与基料粒子在形状、密度、带电性能等方面存在显著差异，造成涂装时物料分离、堵枪吐粉、涂层发花、回收粉无法使用等问题。为了克服以上问题，邦定生产技术应运而生。利用邦定工艺技术，使金属颜料颗粒黏结在粉末涂料上，喷涂固化后能做出带有金属效果的涂层。其中铝粉粉末涂料经静电喷涂试验表明该粉末涂料高度接近电镀铬效果。因此高仿电镀工艺成了一个理想的替代技术。上世纪80年代，奥地利Benda-Lutz金属闪光颜料公司在欧洲率先推出黏结工艺一邦定混合(bonding mixing)技术，即将粉末涂料基料加热到略低于树脂软化点的温度，让效应颜料粒子与软化的树脂粉末粒子黏结，然后冷却制的成品，避免了粉末涂料在施工时出现的各种问题。
本工艺考虑通过将聚酯／环氧型粉末涂料与铝粉混配，得到高
光泽、具有镜面效果的金属粉末涂料，是一种理想的铬电镀工艺的替代品。目前，市面上铝粉型金属粉末涂料主要是将铝粉外加入制备好的聚酯／环氧型粉末涂料中，通过搅拌机高速搅拌混合。该方法为物理机械混配，铝粉与粉末粒子之间不发生粘结作用，使得铝粉分散性不够均匀，产品静电喷涂效果光泽度不高，镜面效果无法达到替代铬电镀的效果。
对此，本工艺对聚酯／环氧型粉末涂料配方进行改进，通过邦定工艺，采用薄膜技术将铝粉牢固黏结在粉末粒子表面，在涂装施工过程中，铝粉与粉末粒子不发生分离，实现了高逼真仿电镀铬效果的铝粉型粉末涂料，粉末利用率达到97％以上。
1、实验
1.1 工艺流程
1.1.1 底粉生产
原料预混合：按不同配方，将各类聚酯／环氧型树脂(70％~90％)、颜填料(6％~25％)及助剂(4％~5％)加入高速混合机混合，备用。
熔融挤出：将混合均匀的原料放入挤出机，挤出，压片，破碎。
研磨粉碎：将破碎好的片料置于ACM磨粉机中，按照粉末性质，调节磨粉机参数，磨粉；磨出的粉置于筛格中过筛，筛出底粉备用，其中较佳的底粉粒径为30~40μm。
1.1.2 金属粉邦定
升温：取50~100kg底粉加入邦定釜中，搅拌，升温。
邦定：当底粉温度接近粉末的玻璃化温度后，加入底粉重量约0.7％的铝粉，其粒径2~5μm，邦定釜高速搅拌，使到粘稠底粉与金属铝粉粘结。
降温：将搅拌完的涂料粉输送到储存缸中，使粘结好的涂料粉冷却。
过筛：冷却的涂料粉末置于筛格中过筛。
1.2 品质检测
涂料成品通过喷板固化后，经一系列的测试，评价其涂料品质的好坏。其中包括光泽、膜厚、附着力、耐冲击、耐曲折以及铅笔硬度等检验项目。
1.2.1 60°角光泽度测试
利用仪器将一规定的角度光束投射在涂膜板表面并向相同的角度反射，以吸收反射光量评价涂膜光泽度。
1.2.2 涂膜厚度测试
根据非磁性涂膜厚度变化使磁场与金属底板问的磁力改变的原理来测量涂膜厚度。
1.2.3 弯曲测试
将涂膜板在标准条件下弯曲180°，检测涂膜的韧性和与底板的附着结合性能是否符合国内外涂料行业标准。

1.2.4 冲击实验
在标准条件下，将一定重量的重锤从一定高度自由下落，冲击涂膜板，使涂膜板在仪器冲头与门形冲模间快速变形。取其不引起样板破坏的高度值。
1.2.5 百格测试
将涂膜板在标准条件卜|把涂膜切割成直角的网格图形，来评定平整面的涂膜与底板的结合附着能力。
1.2.6 铅笔硬度测试
将涂膜板在标准条件下，用已知硬度且负荷一定重量的标准铅笔芯在平整的涂膜上作刮划测试，能快速评价涂膜硬度。

2、结果与讨论

2.1 粉末生产
根据1.1所述的工艺流程，分别把聚酯／环氧型树脂、颜填料及助剂按比例加入高速混合机混合搅拌。将混合均匀的原料加入挤出机，挤出、压片、破碎。将破碎好的片料置于ACM磨粉机中磨粉，粉末置于筛格中过筛。取底粉置于邦定爹中，搅拌、升温。当釜内达到预定温度时加入铝粉，邦定釜高速搅拌，使到粘稠底粉与铝粉粘结。将搅拌完的涂料粉输送到储存罐中，使涂料粉冷却。最后将涂料粉置于筛网中过筛。取其粉末喷于3块小铁板上，200℃固化10min得样板1，标记为样板1-1、1-2、1-3。

另取相同份量的底粉与铝粉干混，待其均匀混合后喷板，固化得样板2，标记为样板2-l、2-2、2-3。

2.2 工艺讨论
2.2.1 混料
混料的均匀度、原料颗粒的人小均会对后续的工作带来影响。特别是大量生产：时影响较明湿，其中原料越细，混得越均匀。故此对应不同进样最设定相对的混料缸参数，使到原料充分混合。
2.2.2 挤出工艺
挤出需要考虑几个问题：熔融的温度，当原料进入挤出机。要使不问固体完全混合，需要融化固体原料，温度一股控制Ⅰ区温度不高于110℃，Ⅱ区温度不低于80℃；挤出螺杆转速一般控制不高于500转／秒，而且为了能顺利挤出．根据实际要求，调节相应的螺杆转速和压片机滚筒的转速。
2.2.3 磨粉过筛
底粉粒度的控制在30～40μm，在这个范用里的底粉与铝粉邦定的效果较好，因此需要考虑磨粉机主/副磨的参数。针对底粉粒径的不同要求，选用相应目数的筛网过筛。
2.2.4 邦定
邦定是这个工艺的核心部分，最后的成品好坏会靠邦定效果。传统底粉和铝粉的干混单靠物理搅拌，铝粉依附在底粉的效果不够理想，会出现混合不均匀的现象等。然而邦定技术，利用底粉升温临近其玻璃化温度时，使其略带粘性。略带粘性的底粉与铝粉经过高速搅拌、混合，使铝粉紧枯结在底粉颗粒上。由于过程中涉及温度的控制以及高速搅拌，需要注意邦定的温度以及混合搅拌的转速，并且不能高于玻璃化温度，即使底粉在玻璃化温度下，经过一定时间的高速搅拌后也会存在结团的问题。现在的邦定机都有智能控温控速，一般控制温度在40～60℃，具体视乎底粉种类来调节。为了确保邦定过程中的安全性，需要通入氮气作为保护气。
邦定工艺最为突出的特点是其粉未的稳定性，故此产品涂膜有较高的光泽度，与传统干混合工艺相比，经过邦定后，铝粉与底粉混合充分，黏结牢固，形成的涂膜均匀，而且光泽度也得到了提高。
3、结论
与铝粉能更均邦定工艺提高了传统干混工艺粉末的稳定性，经过邦定后使底粉匀混合，使到粉末在形成涂膜时相对稳定。此外，邦定过程的好坏还需要其他工艺如底粉制作、铝粉制作等工艺的配合。最后能做出有高仿电镀效果的涂料，作为一种替代电镀工艺的环保新工艺。目前针对不同方面的要求，邦定工艺的产品仍有不足的地方，如涂膜的强度、耐刮划、抗氧化性等，随着铝粉的加入使到产品出现各方面性能的降低，需要进一步去研究改进。

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