減少粉末涂料冒煙的技術(shù)方案

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    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。

    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。

    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。

    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。

    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。

    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。

    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。

    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/）