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粉末涂料与涂装中颗粒的问题解析
2008/9/22/08:44 作者：张华东
    摘要：本文主要讨论了在粉末制造及粉末涂装过程中出现颗粒的机理，并一一对其问题做出一定的分析，通过分析，以达到尽可能少出现颗粒在粉末涂装的涂膜上。
    关键词：颗粒；杂质；胶化粒子；涂膜厚度；涂装环境；
Abstract：This paper briefly introduced the bits in terms of its manufacture and the process finish .We systematically brought to analyse and explain some the phenomenon. Also this paper advanced some advice on the phenomenon of bits, want to possibly little appear to bits on the film of powder coatings.      
Key words: bits; impurity; sticky particle; film thinkness; spring surrounding
    1引言：颗粒问题
    对于粉末涂料喷涂厂家、生产厂家感到头疼的一个问题就是粉末涂料涂层表面突起的粒子-颗粒。颗粒可以说是表面涂层装饰性的一个致命的伤害。一张平整光滑的大平面涂层，有时就因为有几个颗粒，就使其装饰性大打折扣，最终影响涂装产品的档次，使其定位较低。
    粉末涂料的颗粒问题一直是粉末涂料的一个“顽症”，这与粉末涂料的特性及生产工艺、涂装现状是分不开的，粉末涂料的不可过滤性决定了粉末涂料的颗粒问题的存在。下面具体介绍粉末涂料颗粒产生及如何降低颗粒的出现。
    2粉末涂料中的颗粒
    粉末涂料的颗粒基本上分为机械杂质颗粒、胶化物颗粒。
    2.1机械杂质颗粒
    机械杂质颗粒主要来源于材料本身、生产过程和设备磨损、生产过程中环境带入的杂物。
    例如：1。树脂中的胶粒：是在树脂生产过程中，反应釜可能局部过热，或搅拌状况不良，使整批物料当中可能出现分子量过大的熔点特别高的胶粒。这些胶粒在粉末涂料生产过程中通过挤出时不可能融化，在其后的粉碎工序中难以被破碎成太细的颗粒，如果这种胶粒混在正常的粉末涂料中，在涂料喷涂固化后就可能会形成涂层中的粒子。2。颜填料料中的杂质：对于钛白和钡、钙等，在某些低价值的某些产品，在不同程度上都含有相当的粗砂砾及黑色杂物，用这种颜填料肯定会在涂膜中形成粒子。
    机械杂质形成的颗粒形状比较尖锐。树脂中也可能因为原材料含有或生产过程中带入各种机械杂质，这必须要求树脂生产厂家使用好的原材料、生产环境整洁，严格控制工艺，采取相应的过滤措施，树脂中不溶物的检测见2。3。对于颗粒而言，较细的且过325目无筛余物的颜填料不容易出现颗粒，越粗的颜填料越容易出现颗粒，但颜填料过细，会增加它们的吸油量，从而可能影响粉末的流平，这就要求颜填料必须有一个合理的粒度，而且严格控制过粗粒子；在粉末的生产过程中也有可能因为磨堂内的磨损、部件脱落也会形成金属屑，这种由金属屑形成的颗粒，用手摸会有刺划感。还有一种颗粒是织物纤维造成的，有些粉末涂料生产厂使用布料绑在配料出料口或产品包装口接料，磨损时间一长则纤维脱落，进入物料或产品中，产生串状颗粒，或在预混岗位中带入机械杂质颗粒，这里包括外包装可能携带的灰尘等杂质，包装物（纸、塑料纤维、封装线等）掉落混合器中。
    2.2胶化物颗粒
    胶化物颗粒主要来自生产过程中的挤出过程，所使用的树脂原材料。这种颗粒形状较圆，颗粒数量也比较多，主要来自生产过程中的挤出过程和使用的树脂原材料。生产过程中的挤出过程是粉末涂料中颗粒的一个很大来源，一方面有可能是设备本身造成，一方面有可能是工艺控制造成，要么温度过高，要么挤出断料空转。挤出机的温度一般设定在110℃左右，混合型、聚酯型、环氧型等热固型粉末涂料在此温度下一般不会发生化学反应而导致物料胶凝，但是挤出机螺杆与螺筒之间总是有一定间隙，而且使用越久间隙越来越大，间隙就有可能残留有一定的物料；此外螺杆和螺秆之间也可能存在一定的死角，因而也可能残留积存若干物料，这些物料在110℃的温度下长期作用下，就会发生化学反应，从而出现胶凝成为不能再熔化的物质。不管是国外的设备、还是国内的设备，不管是单螺杆还是双螺杆，无论是长径比大的螺杆，还是长径比小的螺杆，无论是间隙大的挤出机，还是间隙小的挤出机，都不能避免挤出过程中胶化物的产生，但间隙小、长径比合适、自清能力强的挤出机产生的胶化物要少得多。
 2.3树脂中不溶杂质的检测
    （1）目的
    检查树脂中不溶杂质的含量。
    （2）设备
    —天平
    —锥形瓶
    —转子和振动器
    —经过滤的丙酮（或丙酮/二甲苯3:1）
    —玻璃板
    （3）样品
    待检测的树脂。
    （4）程序
    称取研磨小颗粒试样8g，用20ml丙酮在250ml锥形瓶中完全溶解。取一块干净的玻璃板（尺寸约20×30cm），使其与水平面呈45°角放置，将溶有树脂的丙酮溶液沿上边缘倒出，使其尽量覆盖整块玻璃板，稍干后观察玻璃板表面颗粒情况。
    3．粉末涂装中的颗粒
    3．1被涂装工件的材质
    在粉末涂装的金属工件中，有部分材质如铸件（铁、铝）、热轧钢板、镀锌等表面粗糙的表面有微细孔，这种情况会使涂膜容易出现颗粒，它的形成机理使粉末涂料烘烤固化，在熔融流平时使被涂物表面封闭，从而拱起熔融流平的涂膜，如果内部压力不足以冲破涂膜时就会形成颗粒。
    从粉末制造的方面来说，解决以上问题就是研发一种专门应用的透气型粉末涂料，设计配方时可以从两个方面考虑：一是在微细孔的气泡还没有到顶到涂膜表面的时候，粉末就已完成了流平、固化，让气孔留在涂膜以下。二是使粉末涂料在熔融时降低表面张力，让微细孔中的气体易逸出，同时粉末会及时流平，然后固化，也能达到光滑、平整涂膜的效果。
    当然，涂装时，尽量使被涂工件进行打磨光滑、平整、表面没有氧化皮和微细孔，如果有条件的公司可以对其进行预烘烤，也能有效的降低此种颗粒的形成。
    3．2工件表面处理
    一般粉末涂料涂装工件需经过如下的工艺流程，除油、除锈后，脱脂、水洗、磷化、水洗、（钝化）、去离子水洗、烘干；其中在表面处理过程中的除锈、磷化残渣等杂质可能会附着在工件上，从而造成成膜后颗粒的存在。
    在前处理的过程中，磷化前，应采用一种或几种方法的组合除去待磷化表面上的结垢、锈、油脂、指印和外来物质，主要是要求不产生粗晶粒结构的方法，为避免形成粗结晶的磷化膜或单位面积质量过大的膜，应尽可能少用或者不用强酸、强碱清洗，处理过的工件应在冷水或热水中充分清洗、除掉残渣，否则一旦残液带入磷化槽中将破坏槽液质量，并直接影响磷化效果。
    磷化过程中，应注意磷化液的酸度，包括总酸度、游离酸度。总酸度，也称全酸度，是指反映磷化槽液浓度的一相指标，是指磷化（如锌系）中，Zn2+、Fe2+、H+、H2PO4-、HPO42-等各种离子浓度的总和。总酸度过低，磷化反应速度慢，磷化膜层厚而粗糙。
    游离酸度是指磷化槽液中游离H+的浓度，由磷酸和其他酸电离所生成，反映磷化液中游离磷酸的量，游离酸度过高时，磷化反应速度慢，成膜时间延长，且磷化膜晶体粗大多孔，溶液中的沉淀多。
  3．3涂装的工作环境
    喷粉房的周围的生产环境，将直接影响涂膜的表面质量，对于电晕放电的静电喷枪的涂装，环境中的一些粉尘和颗粒物（比如絮状纤维）被带进粉末涂装的粉房，通过静电作用使带电杂质吸附在涂装物表面，在粉末熔融流平时，成为涂膜表面颗粒。
    整洁的生产环境对产品质量有良好的作用。有条件的生产厂家，可以通过将喷粉房与生产车间的隔离，这将能有效的降低表面涂装颗粒和杂质。生产车间周围的环境一定要整洁，清除泥砂杂物；车间门窗应尽量少开，可安装排汽扇以解决通风问题；进入车间的人员应换上工作服及换鞋；搞好车间内的卫生工作；经常用半湿的布擦生产设备或者用细尘器去除车间内各处的粉尘。
    3．4涂膜的厚度控制
    对涂装企业的人来说，都知道如果涂膜过薄,除了会出现颗粒外，还会有流平差、橘皮严重、而且浅色品种的遮盖力差，同时涂膜的防护能力（如耐酸、耐碱、耐盐和耐水等）性能差。适当的增加涂膜的厚度，能有效减少颗粒的形成，涂膜也不应太厚，一般太厚影响被涂工件的尺寸，在冲击、柔韧性、附着力等性能下降，一般涂膜的厚度控制在60-80um为正常。
    对于涂装企业，可以通过下列方式来控制涂膜的厚度：
    a：粉房中的喷枪的数目和排列方式
    b：喷枪的出粉量和空气压力（出粉、雾化、流化参数）
    c：传送链的运转速度，即链速
    d：被涂工件的悬挂方式和排列
    3．5回收粉末的处理
    对于回收粉未经过筛或者筛网目数过小，造成一些不熔颗粒（包括吊具、外来杂质等）将成为涂膜的颗粒。
    对大部分涂装企业，回收粉末一般有如下几种处理：1、传送带回收的全自动粉末涂装系统中，喷逸的粉末经自动回收过筛后，再与新粉末涂料混合继续供给粉末喷枪用，此种回收粉末的质量是比较稳定，不易产生颗粒；2、旋风分离器和袋滤器两极回收系统中，旋风分离器一级回收的粉末经振动筛过筛后与供粉系统循环时，基本对涂装的影响不大，也不易产生颗粒；3、对于手工喷涂的涂装回收系统回收的粉末，因为环境中的灰尘和杂质容易带进回收粉末中，回收以后必须经过120目以上的振动筛。
    在以上三种常用的回收利用系统中，由于环境的影响和挂链上附着物的影响，在回收粉中容易带进一些杂质，特别是固体小颗粒，容易在供粉槽中逐渐积多，其中相当一部分是挂链或吊具上掉下来的固化粉末粒子。
 3.6粉末中颗粒的检测
    （1）目的
    检查粉末最终产品中的颗粒或污染物，如胶化颗粒、杂混物、外来杂质等。
    （2）设备
    —带盖玻璃瓶（500ml）
    —转子和振动器
    —经过滤的丙酮（或丙酮/二甲苯3:1）
    —50μm尼龙筛
    —过滤漏斗
    —洗瓶
    —显微镜
    —透明胶带
    （3）样品
    100g粉末产品
    （4）步骤
    —把100ml过滤的丙酮（或丙酮/二甲苯3:1）装入干净的玻璃瓶中；
    —加入100g样品粉末；
    —用转子和振动器溶解样品；
    —用50μm尼龙筛过滤溶解的溶液，然后用经过滤的丙酮（或丙酮/二甲苯3:1）冲洗，直至瓶中是干净的；
    —当容积蒸发以后，用透明胶带粘结残留物并使之固定下来，并作为一个持久的纪录；
    —在显微镜下检查残留物；
    —对残留物的特征和数量做记录；
    —整个试验过程必须是高度清洁的。
    4．结语
    粉末涂装企业和粉末制造企业都十分迫切希望能有一种有效的方法来控制粉末颗粒的出现。因为一旦涂装后涂装表面的颗粒明显，势必造成的物力、人力方面的浪费，是非常巨大的。所以正确对待颗粒问题，显得非常具有实际的应用价值。
    参考文献：
    1．张华东，粉末涂料配方技术及相关理论(V1.2)，2005年＜粉末涂料与涂装＞培训班材料
    2．冯素兰，粉末涂料，化学工业出版社，2004.7
    3．南仁植，粉末涂料与涂装实用技术问答，化学工业出版社，2004.6