金屬粉末涂料的分類及生產工

       晁兵
      (徐州正菱涂裝有限公司,江蘇徐州221009) 

      摘要：    介紹了金屬粉末涂料的分類、配方、生產制造與施工工藝，對其最新研究成果進行了展望，表明金屬粉末涂料具有良好的發(fā)展前景。

      關鍵詞：金屬粉末涂料；涂膜；金屬效應顏料；熱混工藝

      1金屬粉末涂料的分類

       金屬粉末涂料涂膜呈金屬光澤，具有絢爛的多色效應以及突出的保護功能，為汽車、家電、儀器儀表等高檔工業(yè)品提供了絢麗多彩的外觀裝飾。目前金屬粉末涂料的分類主要根據(jù)涂膜外觀效果、金屬顏料種類或涂膜的功能來進行。

       根據(jù)涂膜外觀的平整度可以分為平面型和紋理型兩大類產品。根據(jù)涂膜的外觀光澤效果可以將平面型金屬粉末涂料分為高光澤、閃光（多彩、隨角異色）、金屬效應幾類，閃光及金屬效應類產品目前已推廣應用到高級轎車的面涂上；根據(jù)涂膜外觀的紋理效果可將金屬粉末涂料分為錘紋、砂紋、斑紋幾類。

      根據(jù)金屬顏料的種類劃分。目前市場能在粉末涂料上廣泛應用的金屬顏料基本就是鋁粉、銅粉和鋅粉，主要有德國愛卡（ECKART）、舒?zhèn)惪耍⊿CHLENK），英國的五星行（Wolstenholme）以及國內少數(shù)生產廠家，人們習慣按使用金屬顏料相應地將粉末涂料區(qū)分為銀粉（Al）、金粉（Cu）和富鋅粉（也稱鋅基涂料、Zn）。

      根據(jù)涂膜的功能主要分為裝飾性與防護性兩類，裝飾性產品有普通裝飾性和高裝飾性；防護性則有耐候性及防靜電（導電）類產品。

      2金屬粉末涂料的生產工藝

      粉末涂料涂膜金屬效果的形成是通過加入金屬顏料來實現(xiàn)的，加入的方式主要有兩種：熔融擠出法和干混法，在實際生產中二者工藝又進行了不斷的改進與完善。

      2.1熔融擠出法

      剛開始的金屬粉末涂料基本是采用熔融擠出法進行生產的，與傳統(tǒng)粉末涂料的生產工藝類似，在各種粉末涂料的原料中增添了金屬顏料，然后高速預分散、熔融擠出、壓片破碎、磨粉篩分，制得成品。該法工藝簡便，金屬顏料與粉末基料達到充分的混合與黏結，但由于工藝過程中存在著高溫（130℃）擠出、高剪切粉碎，造成金屬顏料表面的部分氧化、粒片變形或被粉碎，造成涂膜外觀金屬顏色灰暗甚至無金屬效果。

      2.2熱混工藝

      初期的干混生產工藝就是將金屬顏料加入預先加工好的粉末狀的基料中，使用高速混合設施進行充分混合分散后成為成品，該法的優(yōu)點可以將金屬顏料很好地分散而不破壞顏料粒子的形狀，顏料片的漂浮與定向能力得到充分發(fā)揮，涂膜的金屬效果突出。其明顯不足是金屬顏料粒子與基料粉末粒子兩者的物性（如密度、形狀）差別較大，且二者沒有黏結吸附，在流化、噴涂帶電、靜電吸附的過程中產生分離，造成涂膜外觀色澤不一,回收粉因金屬顏料含量明顯增加而難以回收再使用，普遍還存在噴槍槍頭積粉、放電擊人、燒槍等其他問題。

      上述問題促進了干混設備與干混工藝的改進與完善，針對顏料片與基料粉末顆粒分離的問題，技術人員開發(fā)了加熱混合（熱混技術也稱邦定技術）的生產工藝，就是將金屬顏料與粉末基料加入混料罐（釜）中，往夾套中通入熱水或熱油對罐（釜）體加熱，邊混合分散邊對材料進行加熱，同時采用惰性氣體保護措施，在一定的溫度下（50～60℃）粉末基料粒子表面逐漸軟化并與金屬顏料片產生黏附，黏結一定時間后，將物料冷卻至常溫，然后進行粉體處理，篩分即得成品。因材料系統(tǒng)有別，不同廠家采用的熱混工藝與熱混設備有不同，但熱混制得的金屬粉末涂料產品其涂膜外觀效果都有顯著改善。

      目前熱混工藝逐漸臻于成熟，能生產出眾多的金屬粉末涂料產品，涂膜裝飾效果五光十色，應用的范圍十分廣泛，市場上的銷量與日俱增。

      3金屬粉末涂料的基本配方設計

      金屬粉末涂料配方設計涉及的因素很多，主要有產品金屬色澤（金屬顏料品種）、涂膜美術效果（平面或紋理）、生產工藝（擠出或干混）、固化條件（烘箱或烘道、常溫或高溫噴涂），上述任一條件的變化都需要對原有配方進行重新設計，一些關鍵助劑的取舍與用量大小也顯著影響著涂膜的外觀效果。在此介紹一下熱混工藝的金屬粉末涂料的基本配方。熱混工藝的金屬粉末涂料有個共同特點，就是配方設計分為兩個部分：基料配方與干混配方?；吓浞街饕菢渲?、固化劑、流平劑、普通顏填料、常用助劑等，根據(jù)產品要求進行材料品種的取舍及用量的調整，有高光類基料、斑紋基料、砂皺基料，將基料部分的原料按配方要求稱取后進行高速預分散、熔融擠出、壓片破碎、磨粉篩分，制得基料粉末。干混配方是將金屬顏料和各種助劑與基料粉末按比例設計，生產時按配比稱取物料，按各類產品設計的工藝參數(shù)和流程進行投料、混合、加熱、黏結、冷卻、粉體處理及篩分等生產操作。

      高光類產品基料配方與常規(guī)的高光粉末產品配方相比，只是在顏填料的用量上有些區(qū)別。在基料配方中可以添加一定量的顏填料并能保證涂膜良好的鍍鉻效果[3]，另外為提高金屬漂浮效果，基料中還可以加入黏度調節(jié)劑，如701增亮劑、W-1等；干混配方中一般只有一種金屬顏料，要求漂浮性能優(yōu)異，如愛卡的ChromaluxⅣ、PC100。

      效應類產品與高光類產品比較，只是基料配方可以設計得更加多樣化，其借助花色多、成本低、質量穩(wěn)定的優(yōu)勢占據(jù)了主要的金屬粉末涂料應用市場。

      斑紋基料配方中最明顯的特點是沒有流平劑。其中基料黏度的調節(jié)十分重要，因為控制黏度有利于金屬顏料的上浮也有利于斑紋劑發(fā)揮擴散作用，從而獲得滿意的斑紋效果。另外由于斑紋的凹凸效果造成凹處涂膜厚度較?。?0～50μm，個別處20μm以下），極易產生露底現(xiàn)象，基料中顏料應為常規(guī)用量的2～4倍，這樣才能保證凹處涂膜的顏色與整體一致。筆者根據(jù)自己多年來設計、生產與應用的研究經驗，總結認為產品斑紋效果的設計首先要依據(jù)產品使用者的涂裝條件（包括噴室條件、固化條件以及產品的最終使用環(huán)境條件），來確定基料與干混的基本配方構架，如：樹脂類型（戶內或戶外）、金屬顏料品種（Al、Cu）、基料黏度要求（顏填料品種與數(shù)量、黏度調節(jié)助劑），再根據(jù)紋理大小與厚度要求去確定金屬顏料的用量、基料中顏填料用量、斑紋劑的粒度與用量、表面固定劑的用量，試驗確定初步配方，然后再根據(jù)干混生產工藝調試，進行物料用量的精確調整，最終確定產品配方。在以后的重復生產過程中，會遇到材料批次的變換甚至是不同廠家的材料，此時只要認真地分析材料的變化趨勢，預測涂膜紋理的變化情況，調節(jié)斑紋劑、表面固定劑及金屬顏料三者的用量，基本上就可以將紋理效果調節(jié)與原來一致。

       金屬砂紋產品中的基料為常規(guī)砂紋用料，有時甚至可以用市售的砂紋產品作基料；干混配方中的助劑與常規(guī)一致，主要要選好金屬顏料的品種與用量。筆者研制了兩種有代表性的砂紋金屬粉末涂料，為亮金色和亮銀色，裝飾效果突出，但在戶外惡劣環(huán)境下使用時應罩透明保護膜，才能保持長久的金屬光澤。其他使用干混工藝的產品還有錘紋[6]、浮花(與斑紋類似)、點紋等。

      4金屬粉末涂料的涂裝施工

      4.1噴涂工藝

      金屬粉末涂料因為加入了具有導電性的金屬顏料而與常規(guī)粉末涂料有了較大區(qū)別，噴涂時粉末導電性強，極易造成短路、燒槍、擊人事故，黏附效果差的產品更趨嚴重；金屬粉末涂料也不適宜使用摩擦靜電噴涂方法，原因是摩擦產生的正、負電荷發(fā)生了再結合作用，產生中性的不帶電荷的粉末粒子，粉體總的帶電量下降，施工質量難以保證。

      金屬粉末涂料涂裝施工性能與普通粉末近似，只是由于金屬粒子有導電性、比重大又與基料粒子黏結，整個粉體的流動性稍有降低，因此噴涂時高壓下調在20～30kV，流化氣壓則根據(jù)粉末情況進行不同程度的提高，噴涂中回收粉與原粉的摻加比例為1∶(4～6)，質量差的產品其回收粉只有返廠重新加工才能使用。

      需要強調的是，噴涂中使用的設備及操作環(huán)境應符合有關施工標準和規(guī)范，所有的部件與人員應做到接地良好。

      4.2固化工藝及控制

      普通金屬粉末涂料的固化工藝與類似常規(guī)粉末涂料的固化工藝一致，只有高光澤和紋理類例外。涂裝加工者與涂料提供者應相互了解其涂料產品和固化工藝特性，如涂膜厚度和固化條件的基本要求，以取得工藝適應性和涂膜最佳金屬效果。

      一般金屬粉末涂料的涂膜最佳厚度要求在50～70μm，紋理類中的錘紋和斑紋要求較厚，一般要求70～90μm（個別要求達到100μm以上），只要在涂裝中保證涂膜的厚度與均勻度，加工出的產品就會有非常一致的外觀裝飾效果。在涂裝固化時，必須保證工件充分的固化條件，如烘箱的加熱速度和最高固化溫度、烘道供熱量和工件的溫升速度，這些固化參數(shù)顯著影響著涂膜熔融時可以達到的最低黏度及其保持的時間長短，最終決定了涂膜的金屬色彩效果。像高光、金屬光澤、錘紋、砂紋類產品要求固化升溫速度快、固化溫度高一些；斑紋類則在產品配方設計時就明確了固化條件，升溫速度快了金屬紋理（與原設計比）會變小變細，慢了則變大變粗，因此穩(wěn)定的固化條件是十分必要的。

      5金屬粉末涂料的最新進展

      納米材料與技術在粉末涂料行業(yè)的應用，促進了GMA丙烯酸樹脂實用性開發(fā)，為金屬粉末涂料在汽車等高裝飾性行業(yè)的發(fā)展提供了基料基礎。美國福來克斯等公司采用高新包覆處理技術，開發(fā)出火霧、鐳射、變色等新型金屬顏料，能給金屬粉末涂料帶來無窮的色彩變幻；徐州正菱涂裝有限公司等廠家研制了富含創(chuàng)造性的熱混設施與涂裝生產線[9]，根本解決了金屬粉末涂料現(xiàn)有加工設備生產過程中存在的質量隱患，為金屬粉末涂料多層施工創(chuàng)造了條件；美國諾信、德國瓦格納爾等公司開發(fā)推出了一種專用于金屬粉末涂料噴涂的噴槍，為金屬粉末涂料的安全施工提供了保證；阿克蘇（AKZO）、徐州正菱等公司將片狀鋅粉成功應用于粉末涂料中，推出了鋅基重防腐粉末涂料，經實際應用證明可以取代熱鍍鋅工藝，解決了鍍鋅工藝造成的巨大環(huán)境污染問題。

      隨著全球人們環(huán)保意識的不斷增強與各國環(huán)保法規(guī)的促進，粉末涂料在世界范圍內會得到更迅猛發(fā)展，金屬粉末涂料也將朝著高裝飾性、強功效化的方向持續(xù)發(fā)展。