金属粉末涂料制造工艺与相关检验简析

　　1前言

　　关于粉末涂料的特点，这里简单描述一下，由于完全不含有机溶剂，在固化时VOC（挥发性有机化合物）的排放量低，目前已成为最环境友好的涂料体系之一。粉末涂料较之液体油漆在环保和使用性能方面具有优势，粉末徐料除具有防腐和耐候性外，还具有很好的美观装饰性。近几十年来粉末涂料作为涂料工业的新技术得到迅速发展。随着国家对环保的要求越来越高，漆改粉是不可避免的大趋势。

　　普通热固性粉末涂料的制造工艺，主要工艺流程为：在高速混合机中原材料的预混合→在挤出机中熔融挤出混合→挤出物的冷却和破碎→漆片的细粉碎和旋风分离→细粉在过筛机中的过筛分离→分离磁性物→包装。

　　2金属粉末涂料制造工艺

　　(1）挤出法：即在挤出之前，对片状金属颜料进行类似其它颜料的处理，然后与其它所有原料混合。缺点是除特殊配方外，绝大多数的金属颜料在挤出过程中会被粉碎。

　　(2）干混法：简单、经济，国内大部分厂家都用这种方法，然而由于金属颜料的导电性能好，使得涂料的施工性能很差，例如，金属颜料的分离、喷枪短路等等。也由于金属颜料只是松散地混合在底色粉中，它在整个涂料中是孤立的组分。干混法，金属颜料的加人量在1.5％~6％左右，如太多就不容易喷涂。

　　（3）bonding法：邦定工艺包括一种特殊的混料程序。这种特殊程序用于解决底粉和金属颜料间的附着问题，使得金属颜料与底粉连结在一起。颜料在配方中添加量：1%～20％。

　　最早的Bonding设备都由国外公司研发生产，由于其价格不菲，国内设备供应商粉末涂料生产企业一般都用干混法或用国产bonding设备，随着国内供应商的不断努力，国产设备在工艺方面取得了长足进展，但与进口设备比较，邦定工艺还存在下列的难点：

　　3金属效果粉末涂料制造及施工难点

　　a）粉末涂料用金属颜料种类不多，选择范围小，性能差

　　用于粉末涂料的金属颜料有许多品种，大体上分为4类。即铝银粉颜料、珠光颜料、铜金粉颜料和其它金属颜料（如镍粉、不锈钢粉等）。每一类金属颜料又包含很多色相的产品，通过粉末制造商的配方设计，应用于粉末涂料后，便使得粉末多姿多彩，极大地丰富了粉本涂料的品种和装饰性。

　　但由于金属颜料本身的特性，能够满足高性能需求的金属颜料种类更少，现在只有耐侯级别的珠光粉和少部分铝粉能满足有限的高端需求。在铝粉方面，由于铝颜料的活泼性，极易与水及碱性物质反应，例如按照建筑行业的标准，灰浆实验和洗涤剂等实验是不能通过的，使得建筑粉末涂料金属效果都很差，与汕漆差距大，这也使得粉末涂料在很多建筑项目上无法与尤其竞争。所以国外少数铝粉供应商经过研发推出了耐侯性铝粉，在铝粉颗粒上经过多次包裹（丙烯酸树脂＋SiO2)，提高其耐化学性能，经过在粉末涂料应用测试，大部分能满足建筑的要求，但粒度偏细的金属颜料，在不稳定的混合工艺下，容易产生破碎现象，从而引起性能的下降。珠光粉的优点在于珠光粉色相较多，耐化学性能好，缺点金属质感不强，相比铝粉差距太大。珠光粉的选择也比较苛刻，必须是经过特别包裹的耐侯级别产品，这点国内很多厂商忽视这方面的要求，将工业级别的珠光粉应用到超耐侯的产品中，带来质量隐患。

　　所以材料的限制使得金属效果粉末涂料发展有些阻碍。但可喜的是众多材料供应商不断的技术开发创新，再加上生产工艺的更革新，这些问题都陆续得到解决。

　　b）生产过程中金属颜料与底粉的状态不稳定性

　　干混工艺或不完全的绑定工艺，会造成底粉与金属颜料部分和完全分离，颜料在底粉分散不均匀，喷样板时颜色效果受电压、雾化和出粉量的影响，小样与生产混料之间的差异大，造成配方不稳定。也由于金属颜料的导电性能比树脂高，金属颜料的添加量不能太多，加人量在1.5％~6％左右，如太多就不容易喷涂，造成很多效果不能配制，限制了粉末涂料的使用。

　　所以提升bonding工艺效率是各大厂商致力发展的方向，稳定的生产工艺用于解决底粉和金属颜料间的附着问题，使得金属颜料与底粉连结在一起（见下图左）。让金属颜料具有同树脂一样的带电性能，同时通过配方的设计，突破了金属颜料量的限制，在配方中添加量：1%~20%，真正的能与油漆媲美。

　　c）金属效果粉末涂料在客户施工的不稳定性

　　建材行业用到粉末涂料以铝型材、天花板和幕墙板为主，铝型材有四面需要喷涂且长度一般在6米左右，而天花板和幕墙板面积较大，这都增加了喷涂时的不确定性，特别是金属效果的粉末涂料，由于金属颜料与底粉间的色差，很容易造成下列问题：

　　1）铝型材四个面的颜色及料头与中间颜色不一致，我们称之为“阴阳面”。

　　2）天花板或幕墙板，两块板之间或一块板的中间与四周颜色不一样，我们称之为“发花或云班现象”。

　　3）喷涂时板材表面变粗糙，类似砂纹表面，特别是在边角部位。

　　4）经过客户的1、2．级回收系统后，回收粉与新粉间色差大，客户自己无法通过添加新粉或直接使用回收粉。

　　总结起来，这4个问题都与金属颜料有关，所以通过配方和工艺的选择，改善金属颜料带来的弊端，就彻底解决这些问题。

　　4提升金属效果粉末涂料质量的一些建议

　　1）制造工艺的提升：通过挤出和bonding工艺，解决金属颜料和底粉的分散问题。挤出法由于挤出机的高剪切，使得颜料被破坏，所以一定要选择经过特别处理的金属颜料，例如ECKART的powdersafe体系，但由于颜料表面没有包裹层，或包裹层被高温高剪切破坏，这种工艺的金属颜料抗氧化性和耐磨性都有问题。bonding工艺，需要在硬件和软件上提升，通过在设备的选择和程序工艺的设置，在最大程度的保留金属效果的同时将金属颜料与底粉尽可能的钻结在一起，要善于总结不同底粉配方的绑定工艺，以及各种金属颜料在不同体系配方和小同绑定工艺下的变化规律，形成一整套绑定工艺。通过这两个工艺可以有效的解决喷涂时由于金属颜料堆积造成的变糙，发花现象。

　　2）配方选择：包括底粉、金属颜料、分散助剂的选择。

　　合理的底粉设计和制造是整个配方的关键点之一，通过树脂、固化剂、助剂的选择和配比，掌握各种体系树脂的特性，重点关注体系的胶化时间，流动性能，以及粉体的粒度等指标。通过底粉配方设计来提升金属颜料的效果和性能，也能稳定绑定制造工艺。

　　金属颜料的选择是配方的灵魂，需要注意两点，一是颜色尽量与底粉保持一致，减少色差，会有效的避免阴阳面及发花云斑现象；二是金属颜料一定要满足标准满足建筑标准要求下，不能乱用金属颜料。如果灰浆实验比较烦琐，可以通过5%NAOH快速的检测金属颜料是否满足耐化学性要求。测试方法如下图所示：

　　化学试剂液滴按以下浓度滴于如左图所示的粉末涂料样板上，达到要求的时间后（右图所示）,样板用水冲洗干净目测观察试剂滴过的表面，比较铝粉的损失。

　　分散剂的选择则是整个配方的亮点，一个有效的分散剂能够稳定制造工艺，提高喷涂时的分散性，带电性能。为整个配方设计锦上添花，但也不能过分迷恋分散剂的作用，过分关注会产生适得其反的效果。

　　5金属效果粉末涂料的检验

　　众所周知，粉末涂料属于工业涂料范畴，准确讲是一个半成品，更多的问题在客户喷涂使用中产生，相对于普通粉末涂料而言，金属效果粉末涂料的涂装难度更大，客户投诉更多，如何在出厂前就能通过质量检验手段验证金属效果粉末涂料的稳定性，提前发现瑕疵，减少到客户再出现问题的几率，是各大粉厂一直困惑的地方。通过十几年的问题解决和经验积累，我们还是可以通过特别的检验手段来提前验证。

　　(1）金属颜色的检验

　　根据行业经验，大家一般都认为金属粉是不能通过机器打色差的，只能通过目视比较，以往很多年我也是这个“潜规则”的坚决拥护者。但随着客户群的开发和漆改粉的大趋势下，以及客户的强势立场使这条潜规则越来越行不通，所以通过色差仪打色差势在必行。但也有很多粉末企业一味的迎合客户需求，简单的使用单角度色差仪给所有的金属色打色差，这样做虽然简单明了，有些低含量的金属效果也没问题，但不顾各种金属粉末的特点，单一的制定标准后期会给工厂和客户造成不可预知的风险。

　　在涂料行业，特别是汽车行业，金属色多用多角度色差仪，各家的设备和比较机理也有所区别。综合比较几种色差仪，考虑到金属粉末涂料的特殊性，我倾向于BYK的多角度色差仪。它通过6个角度LAB的色差比较，特别是考虑金属颜料的亮度和闪度，提出△G，△S的效果参数，全面的诠释了金属粉的特征。粉末涂料由于金属颜料排列的特殊性，这点尤为重要。

　　(2）带电性的检验

　　由于金属颜料，特别是铝粉、铜粉导体的特性，在高压静电下带电性差，使得产品粉末涂料的带电性下降。在客户使用时会造成上粉差、链条抖动掉粉等现象。

　　为了解决上述问题，在出厂前需要进行多次从检测，其中一项就是对弯板进行敲击，静电喷涂后的样板在敲击后需要对弯板进行烘烤，在敲击过程中如何保证每次敲击的力度相同的问题和敲击后对弯板移动影响检测效果的问题需要解决。比较粉末的掉落的面积。得出粉末带电性的等级。

　　（3）金属颜料与底粉分离的检测

　　金属效果粉末涂料最大的技术瓶颈就是如何解决底粉和金属颜料的分离问题。而分离的验证一般到客户使用才能真正体现出来，通过模仿客户现场的条件来验证涂料的分离性能，保证回收后的颜色稳定性。各家有各家的方式方法，方法因人而异，重要的是通过方便快速的测试法方法稳定制造工艺。总结起来大概有如下几种方法。

　　①过电镜直观的观察金属颜料与底粉间的黏结效果：

　　取适量的粉末在高倍显微镜下，比较黏结的、游离的金属颗粉的数量比。得出绑定效率。

　　②高低压测试：

　　粉末在喷涂过程中由4种力作用。利用游离的金属颗粒与勃结好的金属颗粒带电性不一致的特性，通过调整静电喷枪的高低压，比较两者的金属效果差异，得出金属绑定效率。

　　③旋风分离法：

　　绑定不好的金属粉在客户端主要是回收粉能否按比例使用体现，模仿客户喷涂现场的条件，利用旋风分离装置来验证金属粉末涂料的分离现象。游离的金属颗粒会被旋风吸走，而黏结好的金属颗粒会同比例的留下来。通过比较旋风前后样板的金属效果得出绑定效率。

　　金属粉末的检测方法还有很多种，各家可以结合自身特点自由发挥。需要强调的是无论那种检测方法，需要搞清楚原理，重复性和稳定性很重要，这样的检测才能真正帮我我们解决实际问题。

　　6金属效果粉末涂料的新发展

　　随着时代的技术变迁，和漆改粉的市场推动下，从原材料、工艺、配方设计结合起来，金属粉末涂料的技术发展不断进步。

　　a）原材料方面；近几年，几家大的金属颜料厂商在粉末涂料领域加大了研发投入力度，新产品的推广较之前多了很多，都针对粉末涂料企业的需求开发了很多有价值的新产品。例如用于建材体系的双包裹系列铝粉、提升亮白度的亮银铝粉、耐化学性细浮银效果铝粉、香槟色等着色铝粉、免绑定铝粉等等。

　　b）工艺及配方方面，在现有绑定工艺的基础上继续提升，通过底粉材料的选择和助剂的利用提高金属颜料的含量和稳定性。例如3D金属粉末，新一代绑定等新工艺也在很多企业研发拓展中。

　　7结语

　　由于粉末涂料的综合性能优异，随着全球对环保的要求越来越高，中产阶级人群的不断提高，金属效果的粉末涂料应用领域也逐步扩大，市场发展的步伐加快，利用其绚丽的效果与环保兼备的特性，市场需求预期很高。当然其还存在一些需要改进优化的地方，我想在广大粉末涂料企业技术工程人员的潜心努力下，金属效果粉末涂料必将成为涂料行业的一颗璀璨明星。