粉末涂料常識

1、粉末涂料使用中的幾點質(zhì)疑 材料、能源、信息作為現(xiàn)代人類文明的三大支柱，推動著社會高速發(fā)展。近幾十年來，新技術(shù)、新材料層出不窮，使得各行業(yè)發(fā)生了許多革命性的變化，粉末涂料作為最近幾十年才發(fā)展起來的新型涂裝材料，以其優(yōu)異的性能和環(huán)保性，引發(fā)了涂裝行業(yè)的一次革命，自粉末涂料誕生到現(xiàn)在一直處于高速發(fā)展階段。粉末涂料理論是建立在高分子物理、高分子化學(xué)、靜電理論等基礎(chǔ)上的新學(xué)科，在很多方面還不成熟，現(xiàn)有的理論對有些現(xiàn)象還不能充分解釋，有些概念還處在不斷更新和發(fā)展階段，有的問題還只限于定性討論。而在生產(chǎn)和使用領(lǐng)域人們雖然積累了很多經(jīng)驗和技巧，噴涂工藝日趨成熟，但很多方面還存在誤區(qū)，如何合理選擇粉末、正確使用

2、粉末已成為涂裝行業(yè)的重要課題，本文質(zhì)在提出一些存在爭議或多數(shù)人感到模糊的論題，并愿與業(yè)界人士共同探討。 1. 粉末涂料的帶電機理 靜電理論是粉末涂料噴涂的基本理論，按靜電產(chǎn)生方式分為電暈槍和摩擦槍。電暈帶電是電暈噴槍噴涂的理論基礎(chǔ)，其原理是：利用電極電離空氣，然后使附近通過的粉末粒子帶電，具體方法是在噴槍的槍管末端設(shè)置電極，并加以高壓，電極的作用在于使位于槍頭附近的空氣分子電離成帶電離子云，粉末涂料在供粉器內(nèi)經(jīng)流化與空氣形成混合氣粉，通過軟管送往噴槍均勻噴出，粉體在經(jīng)過噴槍頭離子云時變會吸取負(fù)離子，因而帶負(fù)電，噴槍與工件之間形成電場和電力線，在庫侖力的作用下，帶有負(fù)電的粉體粒子會被基材（已接地

3、）上的正電所吸引，在壓縮空氣推力和庫侖力作用下，飛向工件，而使粉末粒子附著在基材表面上。 還有一部分學(xué)者認(rèn)為，粉末在噴槍頭部并沒有帶電，而是被極化，變成偶極子，在電場中運動并到達(dá)工件表面，偶極子在表面首位相接，致密地吸附在工件上，這種說法的根據(jù)是：把噴槍噴出的粉末收集在絕緣的容器內(nèi)，檢測其帶電程度，發(fā)現(xiàn)粉末并不帶電荷。這種理論對工件接地不能很好地解釋。 雖然靜電噴涂理論還有很多爭議，但是靜電噴涂畢竟已經(jīng)在粉末涂裝行業(yè)應(yīng)用了幾十年，并且是目前使用最廣的噴涂方法，隨著人們認(rèn)識的不斷提高，靜電理論的不斷完善，很多現(xiàn)象可以得到完美的解釋。 2. 內(nèi)在質(zhì)量與外觀 涂料涂裝的主要目的有兩個：裝飾和保護，裝

4、飾是外在質(zhì)量，保護是內(nèi)在質(zhì)量，內(nèi)在質(zhì)量決定外在質(zhì)量，如果涂層的保護功能都失去了，也就談不上裝飾了。同時，對不同的工件側(cè)重不一樣，如：管道防腐粉末涂料主要強調(diào)防腐性，對流平、顏色、光澤要求不嚴(yán)格，而家電、家具等用品則較側(cè)重于裝飾性，力求有一個比較漂亮的外觀。而對大部分噴涂的工件，對裝飾和保護都同等重要，因為粉末涂料的各種指標(biāo)之間有著密切關(guān)聯(lián)，如硬度與韌性、附著力與抗沖擊性、流平與邊角覆蓋、施工性與涂裝效果等，如果過分強調(diào)某一指針，而忽視總體性能指標(biāo)，則會造成顧此失彼，得不償失。 1）流平與邊角覆蓋 國內(nèi)很多生產(chǎn)和使用粉末涂料的廠家往往只注重流平，而忽視邊角覆蓋，但是據(jù)筆者觀察，粉末涂層一般的損壞

5、都是從涂裝較薄的邊角處損壞并開始破壞的，如：冰箱、洗衣機、空調(diào)器等家電產(chǎn)品和燈桿、護攔等公用設(shè)施，而這種損壞的危險性和對裝飾效果的破壞最為嚴(yán)重。一般來說，邊角部位噴涂時雖然能夠很好的上粉，但在烘烤過程中隨著粉末的熔化，在表面張力的作用下，在邊角處產(chǎn)生回縮，致使這個鋒利的邊角部位厚度非常薄。水汽很容易從最薄弱邊角滲透進去，然后沿著涂膜與基材之間長驅(qū)直入，在化學(xué)和電化學(xué)作用下使基材逐漸銹蝕，形成帶有結(jié)晶水的鐵氧化物，體積膨脹，使涂膜剝離，同時繼續(xù)往基材深處腐蝕，造成基材斷裂。如果用于高層建筑，將來銹蝕到一定程度，則可能發(fā)生斷裂和墜落，危害人身安全。 筆者曾經(jīng)觀察戶外粉末涂裝的器具，如：空調(diào)器、鋼窗

6、、交通護攔等，發(fā)現(xiàn)由于觀察者距離較遠(yuǎn)，涂膜的桔皮、顆粒等基本察覺不到，而由于邊角覆蓋不好而造成的黃銹則會在表面形成明顯的銹跡流痕，非常顯眼而且不美觀，一般情況下，整個體系粘度越小，流平越好，邊角覆蓋越差。我們可以觀察國外的粉末涂料一般流平并不見得很好，但是邊角覆蓋往往非常好，有些人認(rèn)為外國人喜歡大桔皮表面，其實這是他們根據(jù)多年經(jīng)驗總結(jié)出的犧牲外在質(zhì)量提高內(nèi)在質(zhì)量的一種做法。 而在其它一些領(lǐng)域，工件沒有大的平面，邊角較多，如：道路護網(wǎng)、自行車筐、雞籠鳥籠等制品則須要用熱塑性PE粉末涂料涂覆，這種材料具有非常高的分子量，熔融流動性差，所以不會產(chǎn)生邊角回縮現(xiàn)象，雖然這種材料熱固性粉末涂料附著力比較差

7、，但是由于涂覆后，涂膜是包裹在絲狀的工件上，不存在剝離現(xiàn)象，可以得以良好的保護。 2） 施工性與涂裝效果 粉末涂料涂裝后的效果很重要，但如果施工性能不好，其涂裝后的效果也難以保證，施工性也就是粉末涂料是否好使，包括：上粉率、流化性能、帶電均勻性，儲存穩(wěn)定性、對烘烤溫度和時間的敏感程度等，這也是粉末涂料內(nèi)在質(zhì)量的一個體現(xiàn)，在粉末涂料競爭非常激烈的今天，提高施工性能也是質(zhì)量競爭的一個方面，片面強調(diào)涂裝效果而忽視施工性能是不可取的。 3） 粉末涂料毒性與表 有關(guān)專家指出，中國已加入，國內(nèi)化工企業(yè)要融入全球經(jīng)濟，參與國際競爭，必須熟悉、掌握與國際接軌的法律化、規(guī)范化的化學(xué)品安全說明書（Material

8、 Safety Dara Sheet即）、化學(xué)品安全注意事項商標(biāo)警語（Warning Label）。 MSDS和Warning Label涉及有關(guān)法律、法規(guī)、標(biāo)準(zhǔn)（包括書寫內(nèi)容、格式等）條文，是一門規(guī)范、系統(tǒng)、嚴(yán)謹(jǐn)，集法規(guī)、技術(shù)知識（化學(xué)、生物、環(huán)境、毒理、危險化學(xué)評估、審核、職業(yè)健康等）為一體的重要規(guī)范程序。 國內(nèi)粉末涂料行業(yè)很少編制安全說明書，有出口需要的，由于不了國外相關(guān)的法律和技術(shù)規(guī)范，或缺乏有關(guān)的化學(xué)品毒性信息，在編制或Warning Label時，往往可能提供謬誤的信息。這樣，如出口到北美市場，由于不符合所在國的法律、規(guī)范要求，往往延誤商機甚至可能遭到法律的訴訟，從而造成無法彌補的

9、損失。搞好MSDS和Warning Label，將有利于國內(nèi)產(chǎn)品進入國外市場。 粉末涂料不僅出口需附有，在國內(nèi)銷售同樣也應(yīng)附有。據(jù)了解，中國境內(nèi)眾多外資企業(yè)也在國內(nèi)購買粉末涂料，但由于國內(nèi)產(chǎn)品沒有而不予采購，只得舍近求遠(yuǎn)從境外進口。 毒性大小是粉末涂料的一個內(nèi)在指標(biāo)，粉末涂料的選材遵循低毒的原則，但是有些多年習(xí)慣使用的材料，如：TGIC、鉛鉻黃等，它們有刺激性或含重金屬，對人體可能造成傷害或潛在危險。發(fā)達(dá)國家比較規(guī)范，利用法律來限制有毒有害物質(zhì)的使用，例如對于涂料中重金屬鉛的含量，北美、歐洲、澳大利亞、新西蘭、日本、韓國已經(jīng)有立法限制，我國、俄羅斯等國家正趨向立法限制，對含鉛沒有立法限制的只有

10、非洲大部分和南亞小部分地區(qū)。高標(biāo)準(zhǔn)的MSDS和Warning Label編制與應(yīng)用，無疑可顯示出企業(yè)先進的經(jīng)營理念、高水準(zhǔn)的生產(chǎn)和管理水平，從而有助于提升企業(yè)在國際市場上的品牌形象。 3 納米材料的使用 “納米” “納米材料”是當(dāng)今材料界很時髦的名詞，其實納米只是一個長度單位，相當(dāng)于十億分之一米，納米技術(shù)就是把材料制成1100個納米，使之具有非常神奇特性的技術(shù)。經(jīng)過科學(xué)家近二三十年的研究發(fā)現(xiàn)，當(dāng)物質(zhì)的尺寸變的非常非常小的時候，比如幾十個納米、十幾個納米，甚至幾個納米，由于納米粒子較小的尺寸、大的比表面積產(chǎn)生的量子效應(yīng)和表面效應(yīng)，它會發(fā)生并表現(xiàn)出一系列奇特的力學(xué)、光、電、磁以及催化、滅菌抑菌等物

11、理化學(xué)性質(zhì)，實際上一個納米粒子里面只能排三五個原子左右，納米技術(shù)的精髓就是從對原子、分子的精確操縱出發(fā)構(gòu)建具有全新分子全新排列形式的人造結(jié)構(gòu)。 納米材料有著神奇的功效，例如：提高強度、增強耐熱性、抗菌性、耐候性等，納米材料的有效使用可以徹底改變?nèi)藗儌鹘y(tǒng)的衣、食、住、行習(xí)慣。但是其應(yīng)用必須是科學(xué)和嚴(yán)肅的。近一段時間國內(nèi)出現(xiàn)了很多納米材料生產(chǎn)廠家，推出了所謂“納米”材料，如填料、顏料、助劑等等，據(jù)筆者通過分析測試，大部分市售的所謂“納米”材料粒子直徑多在幾微米或幾十微米，也就是說幾千或幾萬納米，根本算不上納米材料，而廠家宣傳的神奇功能根本就不具備，涂層的機械強度、耐候性、耐熱性等指標(biāo)沒有明顯變化。

12、所以我們在使用所謂“納米”材料時一定要認(rèn)清是不是納米材料，是不是合理應(yīng)用，是不是經(jīng)得起時間的考驗。 4 上粉率與噴涂面積 有人認(rèn)為上粉率高，則噴涂面積必然大，這種觀點未必全面。因為上粉率與粉末帶電性和粉末粒度有關(guān)，指在同樣的靜電電壓、氣壓、噴涂設(shè)備的情況下，粉末吸附在工件上的多少。而噴涂面積是指單位重量的粉末涂料涂覆的面積，與涂層厚度，粉末比重和利用率有關(guān)。有時由于噴涂人員經(jīng)驗不足，噴涂上粉率高的粉末涂料時，往往噴的較厚，反而覺得噴涂面積小。 5 固化溫度、時間與涂裝效果 粉末涂料本身只是一個半成品，只有經(jīng)過噴涂、固化后才真正成為最終產(chǎn)品，消費者注重的只是涂料涂裝后的效果和質(zhì)量，也就是說使用粉

13、末涂料與生產(chǎn)粉末涂料同等重要，低質(zhì)量的粉末，噴涂設(shè)備再好、前處理再細(xì)致、涂裝工藝再嚴(yán)格，也不會生產(chǎn)出高質(zhì)量的產(chǎn)品；粉末質(zhì)量再好，噴涂設(shè)備、工藝、前處理有問題，同樣不會有高質(zhì)量的產(chǎn)品，而現(xiàn)實情況是國內(nèi)涂裝企業(yè)的注意力大多集中在粉末涂料產(chǎn)品本身，有了質(zhì)量問題只往粉末上找問題，而對涂裝施工工藝重視及研究不夠，致使大量涂裝產(chǎn)品無法達(dá)到應(yīng)有的效果。 每一種粉末涂料都有自己的固化特性曲線，在一定溫度和時間范圍內(nèi)可以達(dá)到完全固化，為了提高效率、降低成本而違反規(guī)律，縮短固化時間的做法是不可取的，如果固化溫度或時間不夠，則會造成固化不完全，應(yīng)有的性能發(fā)揮不出來，其物理特性會大大下降，耐化學(xué)品性也不會好，裝飾性、

14、防腐性、耐候性都達(dá)不到預(yù)期效果。有的低溫固化后的涂層即使完全固化，也沒有高溫固化后的涂層性能好，特別是固化后成型的一些工件，在沖壓、折彎處會形成細(xì)小的裂紋，水分會沿著裂紋滲透，并很快使基材腐蝕，我們可以看見戶外使用的交通隔柵，在投入使用不久就會在路口的圓弧轉(zhuǎn)彎處出現(xiàn)銹的痕跡，這跟烘烤溫度和時間及噴涂后折彎有直接的關(guān)系。 有人認(rèn)為加熱溫度低一些，反應(yīng)速度降低，流平可以好一些，其實正好相反，因為粉末噴涂后，其熔化和固化幾乎是同時進行的，加熱迅速、溫度升得快，體系粘度迅速降低，在膠化前已經(jīng)完成流平過程，這樣的板面流平性好，且桔皮物少。同時涂料對表面可以很好濕潤，可改進其附著力，耐久性較好。由于迅速地

15、固化，膜層內(nèi)部應(yīng)力會多些，但由于涂膜較薄，物理特性影響很小。相反如果加熱緩慢，體系粘度總是保持一個較高的水平，這時固化已經(jīng)開始，隨著反應(yīng)的進行，粘度又在不斷升高，流平效果就不會好。 總之，要想很快進行加熱以較短時間到達(dá)固化溫度，可以得到理想的涂裝效果和長期保護功能，加熱溫度低、時間過長的話，則在粉末涂料熔化、流平及濕潤被涂物以前就會發(fā)生固化作用，則物理性質(zhì)就不理想。同時揮發(fā)物很難跑掉，從而導(dǎo)致在有腐蝕性條件下，涂層會提前損壞，裝飾性和保護性得不到體現(xiàn)。 6 三合一磷化和帶銹防銹 涂料涂裝的前處理過程是一個非常重要的階段，噴涂的內(nèi)在質(zhì)量以及表面效果與前處理有直接關(guān)系，特別是用在潮濕、酸、堿、高溫

16、等環(huán)境下的工件，如果前處理不好，則直接影響使用壽命，導(dǎo)致涂膜很快脫落、返銹。國內(nèi)很多前處理材料廠家推出所謂三合一、四合一前處理液，集除油、除銹、表調(diào)、磷化于一身，事實證明這些東西的處理效果并不好。因為磷化液的磷化作用，是在一定的溫度、酸度、磷化物質(zhì)濃度的條件下進行的，三合一磷化液不可能同時滿足除油、除銹、磷化的酸堿指標(biāo)。并且磷化膜較薄，形不成對基材的長期保護。 帶銹防銹是油漆涂裝的一種說法，對粉末涂裝是不適用的，鐵銹含有較多與鐵銹形成化合態(tài)的水，即結(jié)晶水，如果清理不凈，粉末涂層不能很好地潤濕底材，加熱過程中還會有氣泡產(chǎn)生，不管是涂裝效果還是耐久性都達(dá)不到預(yù)期的要求。 · 圖一 低光澤

17、表面光線漫反射示意圖 · 圖二 高光澤表面光線全反射示意圖 · 圖三 20º 60º 85º表頭測量光澤對應(yīng)值 7 光澤測量 光澤是評估一個表面時得到的視覺印象，主要是光線與物品表面的物理性能相互作用的結(jié)果，光線照射到板面，要產(chǎn)生反射，但是如果表面不平滑，反射不會朝一個方向，而是朝各個方向漫射，成像質(zhì)量低，給人的感覺不再是明亮，而是模糊，光澤就低（如圖一所示）。直接反射的光越多，光澤的感覺越明顯。光滑的表面能清晰地反射影像，入射光只在主反射方向上反射，入射角與反射角相等，散射少人眼對光澤特別敏感，光澤就高（如圖二所示）。人們常說一個工件的光澤為

18、80%或80º，其實都是不確切的，正確的表達(dá)方法是光澤為80或80光澤單位（GU）。對于粉末涂料涂層表面，入射角度增加，則反射光數(shù)量增多，這就是我們觀察一個表面光澤時一般不是直視而是側(cè)視的原因，光線的入射角對結(jié)果的影響較大，為了清楚地區(qū)分從高光澤到低光澤的整個測量范圍，國際標(biāo)準(zhǔn)化組織定義了涂層的3個不同的角度，即用20º 60º 85º三種不同角度的表頭測量不同的表面。 目前，國內(nèi)各用粉單位的企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)都是采用60º表頭測量光澤，這對于測量較高和較低光澤，不是很準(zhǔn)確。BYK公司在研究中取了13個樣品，用人眼區(qū)分為高中低三個光澤級別，用20

19、6; 60º 85º三種表頭測量（如圖三所示），在曲線上陡直的斜線部分，可清楚地測量樣品間的差異，而在平坦部分測量結(jié)果與人眼觀察不相一致，從圖上我們可以看出，在低光澤區(qū)域，即60º表頭測量值10光學(xué)單位以下，用85º表頭呈陡直的斜線關(guān)系，在中光澤區(qū)域，即60º表頭測量呈陡直的斜線關(guān)系，在高光澤區(qū)域，即60º表頭測量值70光學(xué)單位以上，用20º表頭呈陡直的斜線關(guān)系，所以測量高光澤表面（60º表頭測量值70以上），20º用表頭比較準(zhǔn)確，測量中等光澤表面（60º表頭測量值1070之間），用20

20、6;表頭比較準(zhǔn)確，測量低光澤表面（60º表頭測量值10以下），用85º表頭比較準(zhǔn)確，不管光澤高低，統(tǒng)統(tǒng)用60º表頭測量的做法是不確切的。 8 薄涂層和低溫固化 目前粉末涂料的標(biāo)準(zhǔn)膜厚為60-80微米，對于一些只需要20-30微米膜厚的產(chǎn)品，厚涂膜是性能過剩，同時又增加了成本，這就要求向薄膜化方向發(fā)展。粉末涂料技術(shù)方面已取得新的進展，涂層厚度從76微米降至51微米，使汽車和家電兩個領(lǐng)域用戶從中受益匪淺。但是薄涂化在中國已經(jīng)推行緩慢，國內(nèi)生產(chǎn)粉末涂料的設(shè)備也滿足不了需要，國內(nèi)的噴涂設(shè)備滿足不了薄涂層需要，實現(xiàn)薄涂化，必須使粉末粒度微細(xì)且粒度分布窄，國內(nèi)推行的薄涂層粉末

21、流平性、帶電性、儲存穩(wěn)定性、噴涂效率、回收效率和覆蓋保護性能均達(dá)不到要求，這也是薄涂層再國內(nèi)推行幾年沒有推廣的主要原因。任何事物的發(fā)展都要適合一定時間內(nèi)當(dāng)?shù)氐那闆r，并要區(qū)別對待，空調(diào)器室內(nèi)機可以薄涂，但條件苛刻的室外機就應(yīng)當(dāng)適當(dāng)厚涂。 低溫固化室粉末涂料追求的一個目標(biāo)，通常的粉末涂料固化溫度在180以上，固化溫度在15分鐘以上，能耗高，效率低，低溫快速固化是粉末涂料一個重要的研究課題，低溫固化的實現(xiàn)可以節(jié)約能源、提高工作效率，擴大應(yīng)用領(lǐng)域。但是任何事物都有其規(guī)律性，有些特殊工件采用特殊的粉末可采取低溫固化，但是有些工件不能采取低溫固化，例如管道粉末，如果降低固化溫度，對陰極剝離和附著力有負(fù)面影

22、響，使管道的使用耐久性降低。如果以犧牲性能的方式達(dá)到節(jié)約能源的目的，應(yīng)當(dāng)說是得不償失。 當(dāng)然，任何新生事物的發(fā)展有一定的曲折性，不管是納米材料、薄涂層還是低溫固化，都有其強大的生命力，新技術(shù)的應(yīng)用肯定會給涂料行業(yè)帶來勃勃生機，但任何事物發(fā)展都有其規(guī)律性，違背科學(xué)，濫用和誤導(dǎo)則可能使新生事物被扼殺。 9 使用低質(zhì)低價的粉末是否合算 粉末涂料的價格并不代表其經(jīng)濟性，粉末涂料平均覆蓋率可以用以下經(jīng)驗公式計算： 平均覆蓋率（m2/kg）=1000 × 利用率(%) / 比重 × 膜厚（m） 從中我們可以看出每粉末涂料噴涂的平米數(shù)有關(guān)的參數(shù)有：利用率、粉末比重和涂膜厚度，在涂膜厚度一

23、定的前提下，影響噴涂面積的因素只有比重和利用率，有些粉末涂料生產(chǎn)廠家為了降低成本，加入大量比重較大的填料，一般情況環(huán)氧樹脂和聚脂樹脂的比重在1.2左右，而硫酸鋇的比重在4.0以上，所以，隨著填料量的增加粉末的比重也隨著上升，購買這種粉末涂料，雖然單位價格較低，但同等重量的粉末涂料的噴涂面積卻下降了。噴涂同等面積花的錢有時還會高于填料少的粉末。并且隨著填料的增加，涂層的裝飾性能和防護性能還會下降，如：光澤降低、流平下降、抗沖擊和彎曲等機械性能變差、耐候性降低、表面質(zhì)點增多等。 有些低質(zhì)低價的粉末有的是粉末生產(chǎn)廠家的過期報廢產(chǎn)品，有的是噴涂廠家的落地回收粉或者回收粉末稍稍加工改造的粉末涂料，如果超

24、過儲存期，其各種性能都會發(fā)生變化，分子鏈斷裂，固化劑凝聚，端基分離，致使物理和化學(xué)性能下降，涂裝后起不到應(yīng)有的裝飾性和保護性?；厥辗弁菄娡繌S家不能再利用的工業(yè)垃圾，含有大量的不熔不溶的雜質(zhì)和水分，并且是多種粉末涂料的混合體，即使經(jīng)過加工，噴涂厚度增加很多也掩蓋不住表面缺陷。這種粉末只能涂覆對表面裝飾性、保護性和耐久性要求不嚴(yán)格工件。 10 是否選擇合適的粉末品種 有些施工廠家為了謀求短期利益，把戶內(nèi)粉當(dāng)作戶外粉使用，用在燈桿、交通護攔、空調(diào)器室外機殼等，把混合型粉末用于石油、天然氣、飲用水管道上，因為有些工程缺乏嚴(yán)格的設(shè)計和監(jiān)理制度，而且短時期內(nèi)這類涂層不會發(fā)生大的變化，但是經(jīng)過一段時間的考驗，這種冒充產(chǎn)品就會現(xiàn)出原形。 我們可以看到許多公路護攔在使用之初具有