粉末涂料的邦定生产技术

摘要：介绍了国内外邦定设备及生产工艺，对存在的问题进行了分析并给出了以下改进措施：加入ω=0.1~0.2%的粉体改进剂以提高上粉率，将温度控制在邦定工艺温度段以延长处理时间，筛分邦定工艺处理后的物料，结块时切断电源后手工清理等。

 1 前沿

金属、珠光、闪光效应颜料可以给涂层带来逼真的金属光泽、绚烂的多色装饰效应以及突出的保护功能。从上世纪中叶起，使用效应颜料的油漆纷纷上市，随着效应颜料品种的不断开发，各种金银色漆、闪光漆、珠光漆、金属立体效应色漆不断涌现，为汽车、家电、仪器仪表等高档工业品提供了绚丽多彩的外观装饰。效应颜料的片状结构也具有缓和涂层内部应力的作用，可以避免涂层的裂纹和龟裂，提高涂层硬度，涂层中片状颜料可以切断腐蚀性介质的渗透，隔断紫外线入射，提高涂层的防腐耐候性能，使效应颜料在粉末涂料中的应用更加广泛。

效应颜料在粉末涂料应用初期采用的是熔融挤出法，即与粉末涂料原料一起经高速预分散、熔融挤出、压片破碎、磨粉筛分后，制得成品。该法工艺简便，效应颜料与粉末基料达到充分的混合和黏结，但由于工艺过程中存在高温（110~130℃）挤出、高剪切粉碎，造成效应颜料表面部分或全部氧化，粒片变形或被粉碎，导致粉末涂料涂膜外观颜色灰暗，甚至无金属色泽。随后，人们采用将效应颜料与粉末涂料基料进行简单机械混合的生产方法，虽然也能实现较好的涂层视觉效果，但由于效应颜料与基料粒子在形状、密度、带电性能等方面存在显著差异，造成涂装时物料分离、堵枪吐粉、涂层发花、回收粉无法使用等问题。为了克服以上问题，邦定生产技术应运而生。

2  邦定生产技术简介

上世纪八十年代，奥地利Benda-Lutz金属闪光颜料公司在欧洲大陆率先推出了黏结工艺——邦定混合（bonding mixing）技术，即将粉末涂料基料加热到略低于树脂软化点的温度，让效应颜料粒子与软化的树脂粉末粒子黏结，然后冷却制得成品，避免了粉末涂料在施工时出现的各种问题。粉末涂料邦定生产的具体工艺要根据采用的设备而定，其主要流程是：物料预热—黏结—冷却—检验—成品包装（在预热和黏结的过程中也实现均匀分散）。

2.1  邦定生产设备

德国莱梅特亨息尔混料系统有限公司的MB系列混料机组代表了当今世界市场上最有效的邦定设备，它由亨息尔（Henschel）母料（Masterbatch）混料机和冷却混料机组成。亨息尔母料混料机具有优化的设计，主要体现在驱动轴、搅拌桨以及锅壁的冷却，可以防止粉体结团，或在搅拌桨及锅壁上的粘贴；温度传感器的测量位置经过精心设计，保证了工艺参数的精度和重现性，并可为客户提供轴承温度监测。

2.2  邦定生产工艺

以亨息尔机组为例，其生产工艺如下：

（1）将粉末涂料基料加入混料机中，确定釜中的氧含量，然后冲入氮气作为惰性保护气体。

（2）启动搅拌，通过摩擦使基料混合物温度升高。当温度接近树脂的玻璃化温度时，加入效应颜料。

（3）在该温度下保温一段时间，直到颜料与基料粒子完成邦定。

（4）将邦定好的混合物出料至冷却混料机中，搅拌冷却至室温。

与亨息尔工艺中物料靠摩擦被动升温不同，国内设备在物料混合初期进行主动加热，温度达到预定值时则开始保温控制，另外还对邦定冷却后的物料设置了筛分设施，保证了生产的平稳快速进行及产品质量。

2.3邦定技术质量评价

与普通干混产品相比，邦定技术生产的粉末涂料产品质量优异，如粉末粒子状态更加均匀，施工性能稳定良好，涂层色泽均一，批次间质量稳定，静电枪喷涂时不会出现颜料堆积和堵塞枪口的问题，回收粉可以正常使用等，这些都是从使用效果方面进行测评。对邦定质量的技术评价目前有以下几种方法：

（1）粉体光学显微镜观察法，即利用显微仪器观察颜料与基料粒子相互黏结的效果，根据观察情况评价邦定效果。

（2）各种带电技术检测，通过测量邦定前后粉末粒子的带电性能，评价邦定质量。

（3）粉末旋风分离试验，测评粉末颗粒邦定前后粒径的变化，考评黏结结果。

（4）涂层表面颜料可擦落检验。用清洁（一般为白色）软布（纸）单向压擦邦定后粉末涂料的涂层表面，检查布（纸）面粘附颜料的情况，评估黏结质量。

3  注意事项

3.1粉体处理

国内外公开的粉末涂料邦定生产工艺介绍中都缺少最后的粉体处理工艺，但在实际的邦定工艺生产中，粉体处理环节必不可少，因为邦定技术处理后的粉末涂料粒径明显增大（正常情况下，粉体的中值粒径D₅₀增加20%以上），而流动性极度下降，一次上粉率低于50%。粉体如不加以改进，会严重影响喷涂使用。

目前采用的粉体改性剂主要是气相二氧化硅和氧化铝C。气相二氧化硅（俗称气相法白炭黑）是出现最早、也是最早实现工业化的纳米粉体之一，它是一种白色、松散、无定形、无毒、无污染的无机非金属氧化物，其原生粒径在7~40nm范围内，比表面积一般大于100m²/g，其纳米效应使粉料表现出卓越的补强、增稠、触变、绝缘、消光、防流挂等性能。氧化铝C是白色高分散性的纳米级氧化铝粉末，其比表面积为（100±15）m²/g，原生粒径13nm，是粉末涂料专用添加剂，可改善粉末涂料的充电能力和流动性，提高上粉率。

当邦定物料冷却后准备出料前，将0.1~0.2%（质量分数）的粉末改性剂加入到冷却混合釜中，高速搅拌30~60s。也可以在筛分或筛分冷却时，与物料掺杂在一起进行。处理后的粉体流动大于140s，带电、上粉效果突出。

3.2  温控

亨息尔工艺中严格控制树脂开始软化及颜料被邦定的温度段，但缺少对初始物料的加热，而且其升温属被动加热，冬季时明显影响生产效率，也会造成同一配方产品在冬夏季生产质量的差异。国内厂家在生产工艺初期采用主动加热的温控方式，当主搅拌达到最高速后换为被动升温，在物料达到邦定设计温度时立即出料。

从以上工艺可以看出，生产时不仅邦定温度段非常短，邦定时间也很短。有对邦定工艺效率进行的研究结果说明，不同的邦定温度和邦定时间得到不同的金属效应粉末涂料，而延长邦定工艺时间可以使铝粉在沿粉末涂膜平行的方向上分布更均匀。所以，恰当的邦定温度和较长的邦定时间能保证更佳的邦定质量。

因此，使用国内设备进行邦定工艺生产时，当系统接近邦定工艺温度时，应停止加热，并适度冷却，将温度控制在邦定工艺温度段以延长处理时间，这样可以取得良好的改善效果。为满足上述工艺要求，邦定机组需要配备分置的加热和冷却系统，采用交换方式共用输送管道进行热量传递。

3.3  筛分

公开的亨息尔工艺中未介绍粉末粒度的控制工艺，国内有采用旋风筛筛分的方式处理邦定后的物料，以求达到正常粉末涂料粒度分布值。采用旋风筛筛分时不能使用目数过大的筛网，否则不仅生产效率下降，而且会破坏粒子间的黏结。在实际生产中，大多数厂家采用筛网一次过滤筛分的方式进行处理，筛网目数为140~160目，也有采用120,目左右的。

3.4  物料结块

使用邦定机组生产初期时，一般会遇到物料结块现象。物料结块分混合中结块、静止时结块及出料后结块等3种情况。

混合中结块和静止时结块是由于温控失误、操作大意、经验不足等原因造成的，应尽可能避免。结块严重时，机内物料会形成团状且有一定强度，此时应关闭搅拌机组电源，保持冷却循环，使用小型工具（如扁铲、螺丝刀或自制工具）一点一点地刻挖物料，并注意保护机内构件，直至将物料全部挖出，然后进一步清理机腔。物料结块时的温度一般在47~55℃（持续温度，与粉末涂料原料及组成有关），采用被动加热的机组釜内结块后物料温度基本上不会高于100℃（摩擦局部除外），只要及时清理，难度不是很大（主动加热机组也不会轻易出现物料整体温度高于100℃的情况）。

结块的物料其化学性能没有发生根本变化，处理后仍可以正常使用。轻微结块时，采用挤压、揉搓的方式即可解决；严重结块时，先敲碎，然后高速破碎成粉状，批量大时则采用生产磨机处理。结块粉碎处理后可添加到正常的邦定物料中一起进行后续处理。

4  结语

    现有的各类邦定机组及其生产工艺，初步解决了效应颜料在粉末涂料应用中的生产技术难题，进一步扩展了粉末涂料的发展领域。但不少问题依然存在，如：缜密的科学测试发现，只有较小的颜料片（<10um）能黏结到粉末粒子表面；包括世界知名粉末涂料公司在内，其邦定产品涂层还明显存在发花、擦拭掉色等质量缺陷；邦定效果的评价还缺少一个能科学量化的技术标准。因此，广大的邦定技术研究者还需加倍努力，争取开发出效果更优的邦定机组和生产工艺。