減少粉末涂料冒煙的技術(shù)方案

http://m.srglobaltrade.com  時(shí)間:2015/12/7  來(lái)源:全球涂料網(wǎng)

    全球涂料網(wǎng)訊:

    粉末涂料是公認(rèn)的具高效率、優(yōu)良涂膜性能、生態(tài)環(huán)保、高經(jīng)濟(jì)效益為一體的4E型涂料產(chǎn)品,近年來(lái)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(méi)有易揮發(fā)的有毒物質(zhì)對(duì)環(huán)境造成的污染,但在固化過(guò)程中的反應(yīng)會(huì)有小分子物質(zhì)的釋放,這些小分子物質(zhì)聚集在一起會(huì)產(chǎn)生煙霧,就所謂的冒煙現(xiàn)象。

    一般來(lái)說(shuō),粉末涂料涂裝冒煙會(huì)受?chē)娡吭O(shè)備的影響,立式噴涂線(xiàn)產(chǎn)量大,單位時(shí)間內(nèi)用粉量多,經(jīng)過(guò)固化爐的型材多,且一般沒(méi)有排風(fēng)裝置,產(chǎn)生的煙霧會(huì)多。粉末涂料產(chǎn)生的煙霧除了受?chē)娡楷F(xiàn)場(chǎng)排風(fēng)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。

粉末涂料

    從上圖可以看到在烤爐的進(jìn)出口處冒煙大,若車(chē)間排煙不力,則會(huì)對(duì)生產(chǎn)有很大的影響。從噴涂現(xiàn)場(chǎng)來(lái)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(yán)重。

    粉末涂料一般由樹(shù)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(lèi)的原材料對(duì)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(shù)脂的分析

    樹(shù)脂作為最主要的成膜物,一般占總量的50%-60%,樹(shù)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(shù)脂本身的問(wèn)題,所以,我們首先從樹(shù)脂來(lái)研究。

    常用樹(shù)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(shù)脂的失重是大是小,在單獨(dú)烘烤過(guò)程中均不會(huì)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(yīng)而來(lái),殘留的有機(jī)小分子都是無(wú)色無(wú)味的,在烘烤過(guò)程中也不會(huì)產(chǎn)生煙霧,所以從理論上說(shuō)樹(shù)脂不是粉末涂料產(chǎn)生煙霧的根本原因。

粉末涂料

    用同一樹(shù)脂制作7個(gè)不同的粉末,測(cè)試這7個(gè)粉末涂料失重與冒煙之間的關(guān)系,結(jié)果如下。

粉末涂料

    注:以上均為密閉烤箱,烘烤條件為200℃/10min

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

    2.2顏料和填料的分析

    同時(shí)我們也做了顏料和填料的失重與冒煙對(duì)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(wú)機(jī)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(lái)自于其所含的水分或者是結(jié)合水,在擠出或者磨粉的過(guò)程中就已經(jīng)完全揮發(fā),不會(huì)對(duì)粉末冒煙有任何影響。而顏料的失重更小,經(jīng)過(guò)反復(fù)精密的測(cè)量,絕大部分的顏料失重率在0.01%以下,在烘烤過(guò)程中也沒(méi)有任何的煙霧放出,使用常規(guī)用量的5倍均沒(méi)有觀(guān)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(lái)自于固化劑與助劑,相對(duì)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(lái)的冒煙問(wèn)題也不容忽視。

    固化劑和樹(shù)脂相類(lèi)似,但有一定區(qū)別,首先它在固化過(guò)程中與樹(shù)脂反應(yīng)而形成成膜物質(zhì),所以對(duì)于固化劑,在反應(yīng)過(guò)程中小分子的揮發(fā)是必然的,失重的對(duì)比就顯得沒(méi)有太大的必要,所以我們直接測(cè)固化過(guò)程中冒煙量的多少來(lái)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(wú)法做到與噴涂現(xiàn)場(chǎng)那樣大批量的噴涂,也無(wú)法做到能夠精確的測(cè)定它的數(shù)值,因此我們模擬噴涂廠(chǎng),將一定量的粉末噴涂在鋁材上,放進(jìn)烤箱進(jìn)行烘烤,觀(guān)察烤箱中煙霧的大小來(lái)判斷。這雖然會(huì)存在一定的誤差及人為的因素,但卻是最簡(jiǎn)單、最有效的方法。

    首先我們測(cè)量了不同TGIC失重的大小,結(jié)果下表所示。

粉末涂料

    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(méi)有太大的區(qū)別。我們?cè)賮?lái)測(cè)試在相同的配方中,不同的TGIC產(chǎn)生的煙到底有沒(méi)有區(qū)別。用同一配方、不同TGIC制作4個(gè)不同的粉末,測(cè)試這4個(gè)粉末涂料冒煙量的大小,結(jié)果如下。

粉末涂料

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

    2 冒煙等級(jí)只是為了方便直觀(guān)的對(duì)冒煙量進(jìn)行對(duì)比,不作為標(biāo)準(zhǔn)。0級(jí)到5級(jí)代表煙少到煙大。

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

    2.4助劑的分析

    如以①號(hào)配方添加助劑,然后再與①號(hào)進(jìn)行冒煙對(duì)比,發(fā)現(xiàn)加了助劑之后冒煙達(dá)到3級(jí)以上,雖然只添加了4-8%的助劑,卻對(duì)冒煙量產(chǎn)生如此大的影響,可以確定的說(shuō),粉末涂料冒煙是來(lái)源于所添加的助劑中含有的小分子物質(zhì)在烘烤過(guò)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(lái)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(jī)硅改性物,在烘烤過(guò)程中會(huì)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?jī)H為0.8%-1%,而且都不參與反應(yīng),對(duì)冒煙的影響不大,改進(jìn)的潛力不大。

    一些功能助劑,如常用的聚乙烯蠟,外觀(guān)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(diǎn)較高、硬度大、光澤度高、顏色雪白等特點(diǎn),在高溫中熔融,在冷卻至常溫時(shí)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(gè)“蠟化”的表層,達(dá)到抗劃傷的效果。蠟粉高溫易熔融的特性,使得它在烘烤過(guò)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(lèi)的蠟粉烘烤失重以及冒煙大小測(cè)試結(jié)果如下。

粉末涂料

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

    2 冒煙等級(jí)只是為了方便直觀(guān)的對(duì)冒煙量進(jìn)行對(duì)比,不作為標(biāo)準(zhǔn)。

    0級(jí)到5級(jí)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(guān),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(guò)程中不會(huì)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(shí)烘烤過(guò)程容易泛黃,推測(cè)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(yīng)用在一般耐候性的粉末涂料當(dāng)中,所以通過(guò)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(wú)法取代的。安息香的作用機(jī)理是依靠在烘烤散發(fā)的機(jī)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(guò)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(wú)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(chǎng)上常用的脫氣劑為安息香、消泡劑和由安息香改進(jìn)的消泡劑,后兩種即使能把冒煙控制在很合理的范圍(1級(jí)),但是脫氣效果明顯都不如安息香好。不同種類(lèi)脫氣劑的脫氣效果和冒煙情況如下表所示。

粉末涂料

    注:1 以上均為密閉烤箱,烘烤條件為200℃/10min;三組實(shí)驗(yàn)所用的粉量相同,2 冒煙等級(jí)只是為了方便直觀(guān)的對(duì)冒煙量進(jìn)行對(duì)比,不作為標(biāo)準(zhǔn)。0級(jí)到5級(jí)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(dú)使用,常常與安息香搭配,以達(dá)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(dú)使用,但亮光粉中要慎用,如果體系反應(yīng)過(guò)快可能會(huì)出現(xiàn)針孔。如果對(duì)表面要求不是特別高的配方,可以使用改性安息香來(lái)減少冒煙。

    以上是針對(duì)一般粉末中都常用到的助劑的冒煙改善方法,還有一類(lèi)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(xì)膩豐滿(mǎn)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(duì)較大。而市場(chǎng)上的消光劑大多屬于蠟型消光劑,其成分復(fù)雜,不同成分反應(yīng)的差異導(dǎo)致反應(yīng)過(guò)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(lái)說(shuō),市面的消光劑都差別不大,在烘烤過(guò)程中都會(huì)明顯冒煙。經(jīng)過(guò)供應(yīng)商改進(jìn)過(guò)的消光劑雖然能在冒煙上有一定改善,但是會(huì)犧牲它本身的部分性能,比如消光能力、表面的細(xì)膩度、耐沸水性能和耐老化性能等。經(jīng)過(guò)對(duì)比,只有極個(gè)別的消光劑能達(dá)到較理想的要求。消光劑對(duì)粉末的機(jī)械性能和表面效果等有很大的影響,如沒(méi)有特殊的要求,一般的啞光粉建議用雙組分干混法來(lái)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(shuō)明。所以說(shuō)砂紋粉的冒煙問(wèn)題比較簡(jiǎn)單,就是針對(duì)蠟粉的種類(lèi)和用量進(jìn)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(xiàn)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(lèi)以及控制好用量就不會(huì)產(chǎn)生很多的煙,所以在日常的生產(chǎn)就不會(huì)有太大的問(wèn)題。

    3 總結(jié)

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

 


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