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  • 技术 | 粉末涂料面临的挑战

    摘要:粉末涂料已有60多年的发展,在中国也就是30来年的发展历史。由于粉末涂料相比溶剂型涂料属于环保型涂料,加上其各种优异的性能,自面世以来便受到广泛青睐。在中国,1990-2010年属于高速发展的年代。但最近几年粉末涂料的发展速度明显缓慢下来,甚至低于整个涂料的发展速度。
     
    本文对粉末涂料所面临的挑战如:环保方面的挑战,其他涂料的挑战,技术方面的挑战,低价竞争的挑战做了一些分析;
     
    对于这些挑战做了应对挑战的设想;
    1、环保方面的挑战
    随着社会的进步,人们对人类赖以生存的地球环境越来越珍惜,对影响环境影响人体健康的化学物质的限制越来越严格。各个国家和团体不断颁布新的法规和条列来限制一些对人体有害的化学物质。下面所列举的是我们粉末涂料领域常遇到的法规条列及被限制的化学物质。
    • RoHS(Restriction of Hazardous Substances)指令:(铅Pb),(汞 Hg),(镉Cd),(6价铬Cr6+),多溴联苯(PBB)、多溴二苯醚(PBDE)。
    • REACH法规(“Registration,Evaluation, Authorization and Restriction of Chemicals,化学品注册、评估、许可和限制”,是欧盟对进入其市场的所有化学品进行预防性管理的法规)。欧盟REACH 法规144 项SVHC(高关注物质Substances of Very High Concern )。
    • TGIC-《部分工业行业淘汰落后生产工艺装备和产品指导目录(2010年本)》其中第64点列出:含异氰脲酸三缩水甘油酯(TGIC)的粉末涂料。《国家鼓励的有毒有害原料(产品)替代品目录(2012年版)》,其中第77 条,提到用Primid (β-羟烷基酰胺)替代TGIC。
    • Primid替代后的问题:厚膜针孔问题,耐黄变问题,水煮问题等。
    • 有机锡-近些年,有机锡化合物的使用已受到了极大的关注。消费品中使用的有机锡化合物已证实危害人体健康,尤其是儿童。已公布的对人体健康的危害包括:对肝脏和肾脏的潜在危害, 对生化过程(如造血机制)的潜在破坏, 对酶系统的潜在破坏。目前粉末涂料主要原材料聚酯树脂合成的催化剂基本上用有机锡催化剂, 最常见的有机锡催化剂为二丁基锡(DBT)。
    • BPA-双酚A(Bisphenol A,缩写为BPA),台湾多称之為酚甲烷。一种化工原料,是已知的内分泌干扰素(环境荷尔蒙)。它是一种有机化合物,具有两个酚官能团。双酚A被用 ...双酚A,学名:2,2-双(4-羟基苯基)丙烷,简称双酚基丙烷(BPA),英文名称bisphenolA。白色晶体,可燃,微带苯酚气味。沸点250~252℃。
    • 增塑剂-邻苯二甲酸酯类用作增塑剂,其中邻苯二甲酸二辛酯(DOP)或(DEHP)是最重要的品种,动物实验发现,邻苯二甲酸酯可干扰机体内分泌系统,具有类雌激素作用和抗雄性激素作用。
    • 不同的法规- 不同国家不同地区,不同行业不同公司都有有关不能允许的有害物质。但大多参考RoHS 指令和REACH 法规。
    例如:儿童玩具标准,欧盟EN71-3,北美有ASTM F963-03,中国有GB 6675-03。
     
     
    2、液体涂料的挑战
    液体涂料是粉末涂料直接面临的挑战,有些是优异的性能,有些也是环保涂料:
    • 氟碳漆– 虽然有大量有机溶剂释放(一般50%固含量),对环境污染和对工人健康不利,但目前在中国市场氟碳漆价格在80元/kg, 都说符合QUALICOAT 3。
    • UV 漆– 虽然UV 漆一次喷涂不能过厚特别是有些颜色如棕色涂膜厚时不容易固化,但透明漆有硬度大,耐磨性好,透明度好,产品耐划伤、耐摩擦性能好。
    • 水性涂料– 虽然水性涂料在铁基基材上的表面处理是个难题,喷涂加工用时比粉末涂料长很多,一般来说涂膜强度不如粉末涂料。但也是环保涂料,且丰满度流平性要优于粉末涂料。
    • 无机纳米涂料– 虽然还在起步阶段,已表现出在耐腐蚀、超强耐候以及疏水疏油性能方面有优异性能,且为水性涂料。
    • 无机陶瓷涂料– 虽然要在800度以上固化,但耐高温,高硬度。
     
    3、技术方面的挑战
    除了来自液体涂料的挑战,主要的还是来自技术上的挑战:
    • 流平- 涂膜的流平是装饰效果的一个重要性能。由于粉末涂料在熔融流动固化时的熔体粘度比液体涂料的粘度大很多,到目前为止粉末涂料的流平还达不到液体涂料的流平,所以在汽车面漆还没有用粉末涂料。
    • 低温固化- 低温固化是两个方面的需要,一是降低碳排放量,环保的需要;另一个是很多热敏基材如MDF、塑料等需要低温固化。目前一般固化条件是200度10分钟。环氧体系可以做到130度10分钟固化。但耐候级再加上低光效果很难做到低于160度10分钟固化。
    • 液体金属漆的金属效果-在液体涂料里金属颜料可以加到30%,而在粉末涂料里由于金属颜料与低粉的带电性的差异,金属颜料如铝粉加到5%以上就很难喷涂。
     
    4、价格方面的挑战
    低价竞争:据不完全了解中国粉末涂料制造商有3000多家,大多是小型作坊式,很小的运营成本,在配方成本的基础上加上2000 元/吨都可以。原材料价格低就多赚点,原材料价格过高产品又不能涨价则先停下不做。这种做法中大型企业一般是做不了的。
    正当的价格竞争本来就是市场经济的产物。但在中国粉末涂料行业的价格竞争有些是恶性竞争。价格低一些填料加多些,树脂用差些,采用各种手段来降低成本。这样一来影响了粉末涂料的整体声誉。
     
    5、 应对挑战的设想
    • 有挑战就有动力,应对挑战也是粉末涂料发展的必经之路。
    • 面对环保方面的要求,我们同时也需要得到上游原材料供应商的支持,要求他们提供符合要求的原材料。
    • TGIC的替换,应从两方面做手。一是用现在的primid体系通过开发利用助剂和树脂本身的改善来改进厚膜针孔问题,耐黄变问题和耐水煮等问题。二是开发新的固化剂,目前老虎已与一家供应商开发出一种新的固化剂,膜厚在160微米以上没有针孔。
    • 流平的提高可以从几个方面考虑:1)降低粉末粒径,粒径越细流平越好,但太细又会出现带电性能从而带来上粉、吐粉等问题, 同时超细粉(<10微米)过多损耗太多。现已有薄涂助剂可以帮助做到平均粒径在20 微米左右能有很好的喷涂性能;2)喷雾干燥法可以做到规则圆型粒径10-20微米,膜厚在20微米左右流平很好,但需要牵涉到溶剂,目前还没有厂家用此法生产;3)树脂体系本身降低粘度,但会影响储存稳定性等; 4)超枝化树脂具有低粘度高流动性能,只是现在还在起步阶段价格很贵,还没有被大量用来做这方面的开发;5)助剂如流平剂的开发。
    • 降低固化温度主要是依靠树脂供应商从树脂本身做手,另外从催化剂方面考虑,但要考虑储存稳定性。还有考虑新的固化机理如自由基固化。
    • 提高金属颜料的添加量受到最后喷涂性能的限制。通过绑定技术可以提高一些但还不能达不到液体涂料30%的水平。可以从金属颜料表面处理方面考虑,若能将金属颜料表面处理后使金属颜料的带电性能和底粉相近,则可以提高金属颜料的添加量。另外还可以考虑挤出法,但会破坏金属颜料的结构产生发暗现象。即使添加量能和液体涂料一样,金属效果会增强,但由于在液体涂料和在粉末涂料熔体里的流动不一样,导致金属颜料在涂膜表面的排列不一样,以至金属效果不一样。我们只能从某个角度去对比。
    • 现有的热固性氟碳粉末涂料价格要比氟碳漆贵,主要是氟碳是独家供应。若用量加大,加上有其他供应商开发出同等质量氟碳树脂(目前国内已有一家的热固性氟碳树脂接近同等水平),则价格会下来。
    • 重视研发,加大研发投入。
    • 开发新产品如耐高温,高硬度抗划伤,手感粉,空气净化等。
    • 开发新设备新工艺,粉末涂料的发展和工艺设备的发展分不开。
    • 开发新领域如MDF 粉末喷涂等。
     
    6、粉末涂料前景展望
    粉末涂料的发展前景看好。关键是要开发粉末涂料的新的应用领域。比如粉末涂料应用于中纤板,从2011年国家统计部的信息来看,中国的人造纤维板共2.09亿立方米,其中有中纤板4900多万立方米,如果按20mm厚度来算,每立方中纤板需要有50平方米的面漆,共有20多亿平方米中纤板,其中若有10%的中纤板采用粉末涂料喷涂的话,就需要10 万吨左右的粉末涂料。若20%则20万吨,目前中国的粉末涂料年产量只有100多万吨。除了中纤板还可以开发在刨花板、胶合板、蜂窝板等表面粉末喷涂。其实木头的表面积比钢铁的表面积还要大,因此把粉末涂料在中纤板应用领域成功开发出来的话,粉末涂料的快速增长指日可待。
     
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