減少粉末涂料冒煙的技術方案

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    粉末涂料是公認的具高效率、優(yōu)良涂膜性能、生態(tài)環(huán)保、高經(jīng)濟效益為一體的4E型涂料產(chǎn)品，近年來得到高速發(fā)展。然而與傳統(tǒng)的溶劑型涂料相比，粉末涂料雖然沒有易揮發(fā)的有毒物質(zhì)對環(huán)境造成的污染，但在固化過程中的反應會有小分子物質(zhì)的釋放，這些小分子物質(zhì)聚集在一起會產(chǎn)生煙霧，就所謂的冒煙現(xiàn)象。

    一般來說，粉末涂料涂裝冒煙會受噴涂設備的影響，立式噴涂線產(chǎn)量大，單位時間內(nèi)用粉量多，經(jīng)過固化爐的型材多，且一般沒有排風裝置，產(chǎn)生的煙霧會多。粉末涂料產(chǎn)生的煙霧除了受噴涂現(xiàn)場排風口的影響外，最主要就是粉末涂料原材料本身的特性所決定的。

    從上圖可以看到在烤爐的進出口處冒煙大，若車間排煙不力，則會對生產(chǎn)有很大的影響。從噴涂現(xiàn)場來看，不管是平面粉還是砂面粉，亮光粉的還是平光粉、啞光粉，都有冒煙的現(xiàn)象，尤其以啞光粉最為嚴重。

    粉末涂料一般由樹脂、固化劑、顏料、填料和助劑組成，而助劑又包括流平劑、光亮劑、脫氣劑、消光劑、紋理劑、抗氧劑等，根據(jù)情況按量添加，不同種類的原材料對于粉末涂料冒煙所起的作用不太一樣。

    2 產(chǎn)生原因分析

    2.1樹脂的分析

    樹脂作為最主要的成膜物，一般占總量的50%-60%，樹脂決定了粉末涂料的絕大多數(shù)性能，粉末冒煙首先考慮是不是樹脂本身的問題，所以，我們首先從樹脂來研究。

    常用樹脂的烘烤失重及冒煙情況如下表所示。

    從下表可以看出，不管樹脂的失重是大是小，在單獨烘烤過程中均不會產(chǎn)生明顯的煙。我們知道聚酯一般都是由多元酸與多元醇反應而來，殘留的有機小分子都是無色無味的，在烘烤過程中也不會產(chǎn)生煙霧，所以從理論上說樹脂不是粉末涂料產(chǎn)生煙霧的根本原因。

    用同一樹脂制作7個不同的粉末，測試這7個粉末涂料失重與冒煙之間的關系，結(jié)果如下。

    注：以上均為密閉烤箱，烘烤條件為200℃/10min

    從以上兩個表的數(shù)據(jù)分析可知，粉末涂料的冒煙必然是一個失重的過程，但是不能以失重量的大小來判斷冒煙的大小。再好的粉末也不可能達到零失重的效果，以上七個粉所用的樹脂是一樣的，但冒煙多少卻大不相同，所以很難確定樹脂是否是冒煙最主要的來源。

    2.2顏料和填料的分析

    同時我們也做了顏料和填料的失重與冒煙對比，發(fā)現(xiàn)填料的失重都在0.02%以下，而且常用的填料都是無機物，在常溫或者較高的溫度下都難以分解。理論上，填料的失重是來自于其所含的水分或者是結(jié)合水，在擠出或者磨粉的過程中就已經(jīng)完全揮發(fā)，不會對粉末冒煙有任何影響。而顏料的失重更小，經(jīng)過反復精密的測量，絕大部分的顏料失重率在0.01%以下，在烘烤過程中也沒有任何的煙霧放出，使用常規(guī)用量的5倍均沒有觀察到煙霧。

    2.3固化劑的分析

    經(jīng)以上分析，粉末涂料冒煙最有可能就是來自于固化劑與助劑，相對而言，助劑在粉末涂料中用量很少，但起著重要作用，同樣的由它帶來的冒煙問題也不容忽視。

    固化劑和樹脂相類似，但有一定區(qū)別，首先它在固化過程中與樹脂反應而形成成膜物質(zhì)，所以對于固化劑，在反應過程中小分子的揮發(fā)是必然的，失重的對比就顯得沒有太大的必要，所以我們直接測固化過程中冒煙量的多少來分析TGIC的冒煙大小。由于條件的限制，我們這里判斷冒煙的大小既無法做到與噴涂現(xiàn)場那樣大批量的噴涂，也無法做到能夠精確的測定它的數(shù)值，因此我們模擬噴涂廠，將一定量的粉末噴涂在鋁材上，放進烤箱進行烘烤，觀察烤箱中煙霧的大小來判斷。這雖然會存在一定的誤差及人為的因素，但卻是最簡單、最有效的方法。

    首先我們測量了不同TGIC失重的大小，結(jié)果下表所示。

    注：以上均為密閉烤箱，烘烤條件為200℃/10min

    從以上可以看出，不同TGIC雖然失重有明顯的差別，但冒煙量卻沒有太大的區(qū)別。我們再來測試在相同的配方中，不同的TGIC產(chǎn)生的煙到底有沒有區(qū)別。用同一配方、不同TGIC制作4個不同的粉末，測試這4個粉末涂料冒煙量的大小，結(jié)果如下。

    注：1 以上均為密閉烤箱，烘烤條件為200℃/10min；四組實驗所用的粉量相同。

    2 冒煙等級只是為了方便直觀的對冒煙量進行對比，不作為標準。0級到5級代表煙少到煙大。

    我們知道，聚酯與TGIC之間的反應是粉末涂料固化過程中最主要的反應，反應過程會伴隨小分子物質(zhì)的放出，不同廠家的TGIC只在失重率上有本質(zhì)的差別，在冒煙大小方面沒有明顯的區(qū)別，所以通過篩選TGIC來減少冒煙量的潛力不大。

    2.4助劑的分析

    如以①號配方添加助劑，然后再與①號進行冒煙對比，發(fā)現(xiàn)加了助劑之后冒煙達到3級以上，雖然只添加了4-8%的助劑，卻對冒煙量產(chǎn)生如此大的影響，可以確定的說，粉末涂料冒煙是來源于所添加的助劑中含有的小分子物質(zhì)在烘烤過程中遇到了水蒸氣或者被氧化而產(chǎn)生煙霧。

    而粉末涂料常用的助劑主要有流平劑、光亮劑、蠟粉、消光劑、抗氧劑等，雖然用量都很少，但是卻是冒煙的主要來源。我們常用的流平劑有丙烯酸均聚物、丙烯酸酯共聚物以及它們的有機硅改性物，在烘烤過程中會有少量的煙霧冒出，光亮劑也同樣如此。但是流平劑與光亮劑的用量僅為0.8%-1%，而且都不參與反應，對冒煙的影響不大，改進的潛力不大。

    一些功能助劑，如常用的聚乙烯蠟，外觀為白色小微珠狀或片狀，由乙烯聚合橡膠加工劑而形成的，其具有熔點較高、硬度大、光澤度高、顏色雪白等特點，在高溫中熔融，在冷卻至常溫時析出，以微晶形式存在于涂料中且能遷移到涂膜表層，最終與涂料其他組分形成一個“蠟化”的表層，達到抗劃傷的效果。蠟粉高溫易熔融的特性，使得它在烘烤過程中不可避免的有大量的小分子物質(zhì)從表層析出，最終與

    空氣接觸，產(chǎn)生冒煙現(xiàn)象。

    不同種類的蠟粉烘烤失重以及冒煙大小測試結(jié)果如下。

    注：1 以上均為密閉烤箱，烘烤條件為200℃/10min；四組實驗所用的粉量相同

    2 冒煙等級只是為了方便直觀的對冒煙量進行對比，不作為標準。

    0級到5級代表煙少到煙大。

    由上可知，蠟粉的冒煙大小與蠟粉的性質(zhì)有關，聚四氟乙烯蠟由于聚合度比較高，而且C-F鍵不容易斷裂，在常規(guī)的烘烤過程中不會產(chǎn)生煙霧。而改性蠟與聚乙烯蠟相比，雖然都是聚乙烯蠟，但是普通的聚乙烯蠟失重較大，其含有的小分子物質(zhì)較多，產(chǎn)生煙霧多，同時烘烤過程容易泛黃，推測是發(fā)生了鍵的斷裂和小分子物質(zhì)的溢出。由于種種原因，聚四氟乙烯蠟不可能大批量的應用在一般耐候性的粉末涂料當中，所以通過使用改性蠟替換聚乙烯蠟可以減少冒煙。

    安息香作為粉末涂料優(yōu)異的脫氣劑，一直都是別的脫氣劑所無法取代的。安息香的作用機理是依靠在烘烤散發(fā)的機理是依靠在烘烤散發(fā)的小分子物質(zhì)帶走粉末涂料固化過程產(chǎn)生的小分子物質(zhì)，從而消除涂膜針孔現(xiàn)象，因此冒煙是無可避免的。雖然安息香的用量只有0.3-0.5%，冒煙量卻非常大。市場上常用的脫氣劑為安息香、消泡劑和由安息香改進的消泡劑，后兩種即使能把冒煙控制在很合理的范圍（1級），但是脫氣效果明顯都不如安息香好。不同種類脫氣劑的脫氣效果和冒煙情況如下表所示。

    注：1 以上均為密閉烤箱，烘烤條件為200℃/10min；三組實驗所用的粉量相同,2 冒煙等級只是為了方便直觀的對冒煙量進行對比，不作為標準。0級到5級代表煙少到煙大。

    消泡劑作為一種輔助的脫氣劑不可能起到完全脫除氣體的作用，不能單獨使用，常常與安息香搭配，以達到優(yōu)良的表面效果，而且冒煙明顯比使用安息香的粉末少。改性安息香的表面效果比消泡劑好，可以單獨使用，但亮光粉中要慎用，如果體系反應過快可能會出現(xiàn)針孔。如果對表面要求不是特別高的配方，可以使用改性安息香來減少冒煙。

    以上是針對一般粉末中都常用到的助劑的冒煙改善方法，還有一類粉末——啞光粉比較特殊，需要用到消光劑，而且用量不少。

    消光劑作為粉末涂料啞光粉常用的消光手段，往往能獲得細膩豐滿的表面效果。然而啞光粉的光澤通常在20-30%之間，消光劑的添加量一般在2.5-3.5%之間，與其他助劑相比，用量相對較大。而市場上的消光劑大多屬于蠟型消光劑，其成分復雜，不同成分反應的差異導致反應過程中，有很多的小分子物質(zhì)溢出，從而產(chǎn)生明顯的冒煙現(xiàn)象。一般來說，市面的消光劑都差別不大，在烘烤過程中都會明顯冒煙。經(jīng)過供應商改進過的消光劑雖然能在冒煙上有一定改善，但是會犧牲它本身的部分性能，比如消光能力、表面的細膩度、耐沸水性能和耐老化性能等。經(jīng)過對比，只有極個別的消光劑能達到較理想的要求。消光劑對粉末的機械性能和表面效果等有很大的影響，如沒有特殊的要求，一般的啞光粉建議用雙組分干混法來制作，避免消光劑的使用，從而減少冒煙。

    砂紋粉中冒煙的主要因素是蠟粉，砂紋粉所用的蠟粉與平面粉是一樣的，所以不再說明。所以說砂紋粉的冒煙問題比較簡單，就是針對蠟粉的種類和用量進行改善。

    以上為粉末涂料常用或者必須用到的基本助劑，還有一些助劑如紫外線吸收劑、增電劑、抗氧劑等雖然也有冒煙，但是一般只在少量特殊的粉末中才用到，只要選擇好種類以及控制好用量就不會產(chǎn)生很多的煙，所以在日常的生產(chǎn)就不會有太大的問題。

    3 總結(jié)

    本文詳細分析了粉末涂料冒煙的主要來源，針對粉末涂料的特點和配方結(jié)構(gòu)，分別從樹脂、固化劑和助劑各方面尋找減少冒煙的辦法，即對于可以替換成冒煙少而不影響其他性能的材料，可進行相應的替換，盡量少用一些冒煙大的助劑，從而達到減少冒煙的效果。（來源：全球涂料網(wǎng)）（更多資訊請登錄：全球涂料網(wǎng) http://m.srglobaltrade.com/）