粉末涂料概述

粉末涂料是由环氧树脂/聚酯树脂/聚氨酯/聚丙烯酸等聚合物与颜料、添加剂等均匀混合而成。粉末涂料施工简便，一般只需要一道涂层即可达到使用要求；在施工工艺控制良好的情况下，漆膜基本不产生针孔，耐腐蚀和耐化学性能良好；由于能够形成坚实的保护层，粉末涂料产品在运输过程中对包装软化的要求相对较低；过喷粉末能回收再利用；同时粉末涂装设备体积小，占地面积少，成套装置综合投资小于传统溶剂型涂料；粉末涂料不是易燃品，在使用、贮存和运输上更为安全方便、简单经济；粉末涂料由于以上等优点，自发明以来就受到了广泛的关注。粉末涂料的施工工艺可分为粉末静电喷涂法、流化床涂装法、静电流化床法、静电振荡法、低容量静电云雾室法、粉末电泳法和火焰喷涂法等。静电粉末喷涂法由于粉末利用率高、容易实现自动化、并且在工件尖端和粗糙面均能形成平滑的涂膜，目前应用最为广泛。
粉末涂料作为无溶剂型涂料的代表[1]，其挥发性有机物(VOC、volatile organic compounds)排放量远低于传统的溶剂型涂料，部分产品已经做到了零VOC 排放；涂料利用率高，作业过程中产生固废极少，是一种环境友好型涂料。各国政府相继出台了控制挥发性有机物的法律法规(如美国Clean Air Act、英国Environmental Protection Act、德国TA Luft 等)，更加促进了粉末涂料的发展和推广应用。

1 粉末涂料的生产
粉末涂料的生产可分为干法和湿法，干法进一步划分为干混法和熔融混合法。湿法则进一步分为蒸发法、喷雾干燥法和沉淀法。干粉法原料经过初步混合后直接粉碎过筛即得到产品；熔融混合法的原料在挤出机中高温熔融状态下充分混合，之后通过粉碎分级制得成品。蒸发法通过将高聚物、颜料和助剂等在溶液中溶解溶胀达到混合的目的，溶剂减压蒸发、破碎分级过筛得到产品；喷雾干燥法是将原料溶解溶胀后研磨、喷雾干燥直接得到产品；沉淀法则是将喷雾干燥法的喷雾干燥用液体造粒替代。一般来说，干混法工艺简单，操作方便，但是由于产品原料分散不均，粒径分布范围较大，导致涂膜性能较差；湿法制备具备原料分散均匀性较好、涂膜光泽高，色泽鲜艳，粉末微粒呈球装，结块现象相对较少，粉末粒度分布也更趋均匀、容易制造低温固化类粉末涂料等优点，但同熔融挤出相比，工艺流程一般较长，大量回收的溶剂需要处理；另一方面，溶剂完全除尽困难，残余溶剂会引起涂膜开裂，再者，湿法生产设备投资费用高；由于上述缺点的存在，湿法生产应用相对较少。由于熔融混合法生产效率高，无废水和溶剂排放问题、对于树脂和花色品种适应范围宽并且产品质量稳定，目前粉末涂料的生产大多采用该方法[2]。熔融混合法原材料称量后通过高速混合机得到初步预混原料；挤出机熔融挤出使物料得到充分混合、高温的聚合物经过冷却辊和冷却带充分冷，使之利于破碎机的破碎；最后分级磨细粉碎、旋风分离器分级及过筛机分离得到成品。美国Ferro 公司开发了运用超临界二氧化碳湿法制备粉末涂料的新方法，树脂在超临界环境下，软化膨润呈现液体装，充分混合后在常压下排出，得到带小粒径的粉末涂料。超临界方法制备的粉末涂料比常规方法原料混合更加均匀，而且不合格成品还能重新修正。该法还能生产各种低温固化涂料，每批的产量也能得到显著的提高。目前已经发展成为最大的粉末涂料生产国，我国粉末涂料年消费量也居世界首位；但我国粉末涂料生产起步较晚，薄涂、低温固化、高装饰性与高耐候性等高水平高技术含量的粉末涂料产品，与国际一流涂料厂商相比，国内尚无具有强竞争力的品种。国内粉末涂料固化剂普遍采用TGIC(三聚异氰酸三缩水甘油酯)，虽然TGIC 在烘烤过程中基本不产生副产物，但由于其毒性较大及表面装饰性不佳，国外大公司粉末涂料已被其它低毒固化剂替代。但我们应该看到，随着中国粉末涂料市场的进一步扩大，PPG、阿克苏诺贝尔等行业巨头也纷纷在我国设立粉末涂料研发中心和生产基地，随着生产和研发的本地化，这将有助于我国粉末涂料整体水平的提升。

2 粉末涂料的应用
粉末涂料上世纪50 年代在国外开始应用，70 年代开始快速发展；最近20 年社会各界对环境保护日益重视，发展极为迅速。粉末涂料最先是通过利用流化床涂覆工艺将聚乙烯粉末涂覆在热金属表面；之后陆续开发了聚氯乙烯和聚酰胺等热塑性粉末涂料。50 年代后期，壳牌公司将环氧树脂粉末涂料应用于对防腐要求较高的燃料管道，该涂料是第一个热固性的粉末涂料。由于环氧树脂粉末涂料具有良好的附着力和防腐性能，至今在粉末涂料市场中还占很大的市场份额。热固性粉末涂料比热塑性粉末涂料具有更好的涂膜外观、耐溶剂能力、与金属间的附着力更强，应用领域更为广泛。粉末涂料涂装具有高质量的表面效果，不用进行底涂，就能与金属零件形成很强的结合力，同时粉末涂装具有很优良的防腐、耐热、耐冲击和耐磨性，色泽的选择范围非常宽，高光泽、低光泽、金属色或是透明涂层应用[3]。目前，粉末涂料已广泛用于各种交通设备、集装箱、机电设备、医疗仪器、健身器、农用机械、建筑门窗、园林设施等的装饰性涂装，在化工设备及化工管道、管件等的防腐蚀涂装得到广泛的应用。粉末涂料在电冰箱、洗衣机、空调器、电视等家电行业应用也十分成功，目前大部分主流厂商均有采用粉末静电涂装。最近，PPG与伊莱克斯联合开发粉末涂料具有与液体涂料相同亮度、色泽和闪光效果，质量可与汽车漆质量相匹敌，但具有更高经济和生态效益。随着粉末涂料质量的提高，以及部分发达国家对于汽车生产中有机溶剂排放的严格限制，极大的促进了粉末涂料在汽车行业的应用。汽车行业粉末涂装主要应用于中涂层和罩光涂层，宝马汽车公司上世纪末建立了两条粉末罩光涂装线(甲基丙烯酸缩水甘油酯粉末清漆)，日产量在1000 台以上；日本日产、通用汽车及克莱斯勒等部分车型中采用了粉末中涂。我国在90 年代中期就建立了粉末涂装线，粉末喷涂发动机、车底、车轮汽车零件的工艺已经较为成熟，并达到了大规模的采用；但对于技术含量更高的粉末涂料喷涂车身涂装线国内目前尚未建立，在粉末涂料的品种、质量及技术等与国外先进水平还有一定差距。

3 粉末涂料的发展方向
3.1 超细粉末涂料
超细粉末涂料粒径由从常规的30～50 μm降低至10～20 μm，由于粒径的降低，超细粉末涂料能解决传统粉末涂料不能得到薄膜的难题，也提高了成膜的平整度，改善橘皮、针孔等成膜性能。研究表明，超细粉涂料得到的30 μm厚的平整的涂层具有比粗粉得到的75 μm厚的涂层具有更好或同样的性能[4]。
3.2 低温固化型粉末涂料
常规粉末涂料需要在170~210 ℃的高温下才能获得好的成膜性能，个别甚至需要达到350 ℃以上。热固化粉末涂料的熔融流平和固化开始阶段有一定重叠，需要对整个工艺进行严格控制，才能避免漆膜质量下降。以UV固化粉末涂料为代表的新型低温固化粉末涂料，在提高表面质量的同时，通过降低固化温度，使得ABS、木材以及厚壁金属件等原来不适合粉末涂装的基材也有可能使用粉末涂装，进一步扩大粉末涂料的适用范围。固化温度的降低能缩短工件升温和降温时间，缩短生产周期，提高产能，同时烘干固化温度每下降70 ℃，能源消耗量减少一半，伴随着我国节能减排政策的进一步贯彻落实及能源价格的不断上涨，各种低温固化型及常温固化粉末涂料前景明朗。
3.3 复合化粉末涂料
Harris报道了一种热固型环氧树脂与热固型丙烯酸粉末涂料混合而成，通过一次涂装，一次固化就能在基材一侧涂上环氧层，空气一侧为丙烯酸层。在复合型粉末涂料的基础上，又进一步开发了P/P型粉末涂料。P/P型粉末涂料通过两次喷粉，一次固化；虽然增加了一次喷粉作业，但是对基材的适用性更好。复合粉末涂料既可以减少工序，又赋予涂层耐久性，适应了环保要求，同时又节省能源，而且可以综合各粉末涂料的优势，提高粉末涂料的涂膜性能，以满足不同领域的需要。
3.4 新品种开发功能化
通过广大科研工作者的努力，市场司相继出现了大量的功能型粉末涂料，例如重防腐粉末涂料、耐侯性粉末涂料、耐高温粉末涂料、防火粉末涂料、隔热粉末涂料、抗菌粉末涂料、韧弹性粉末涂料、皱纹等装饰性粉末涂料等，各类功能型粉末涂料的出现也进一步扩大了粉末涂料的使用领域，加速粉末涂料产业的发展。

4 结论
随着社会环境意识的发展，对于溶剂型涂料涂装涂料利用率低，挥发性有机物等因素产生的三废问题的日益重视，粉末涂料必将获得更大的发展，粉末涂料在工业涂料中所占用的比例也会日益增加；但我们同时也应重视粉末涂料目前部分技术指标及应用领域还有一定的局限性，需要广大涂装工作者共同解决。