亚新体育 亚新体育官网粉末涂料面市已有数十年。早期的商用产品出现于上世纪60、70年代。但直至80年代末、90年代才开始逐步兴起。该技术以热固体系为主，但热塑体系仍然以5%左右的份额，代表着小众需求的存在。辐射固化体系则作为固体粉末涂料与UV固化粘合剂的独特结合于20世纪90年代中期出现，其固化温度可低至212°F （100℃）。粉末涂料占据全球工业涂料市场的17%左右，年销售额约140亿美元，年均增长约4.3%。

　　从历史来看，大部分粉末涂料化学体系均要求相对较高的固化温度，一般基材温度介于350～400°F （177～204℃），固化时间在5～20分钟。低温固化体系出现于20世纪90年代，现已逐渐成为常规产品。以下列出了低温固化粉末涂料在应用层面令人信服的原因，并确定了哪些终端应用可以因使用这些粉末涂料而受益。文章还将介绍最先进的交联技术，以及使用它们所需的独特涂装和固化技术。最后，我们将一窥未来，以探索最新的低温固化粉末将在哪些地方获得商用。

　　饰面加工企业出于节能、基材本身热敏等各种原因，会采用低温固化粉末涂料。表1可以看出，节能的动机主要在于粉末涂料通常能够在325°F（163℃）左右固化，更为传统的粉末涂料体系的固化温度则要达到375°F（191℃）。而热敏基材需要能在300°F（149℃）以下固化的粉末涂料，固化温度在250～260°F（121～127℃）左右最好。

　　重要的一点是，如何区分相对而言直接针对节能目的的专用粉末涂料技术（即“低温固化”或LTC）与专用于涂布热敏基材的更为复杂的“超低温固化”（ULC）粉末涂料技术。理想情况下，LTC粉末涂料可以在尽可能减少对现有涂装工艺改变的前提下，降低所需的烘箱工作温度。一般而言，ULC技术通常涉及到专门的运输、搬运、储存和涂装/固化设备。

　　降低烘箱固化温度可以很可观地削减作业成本。大部分粉末涂料供应商都有LTC粉末涂料可供，通常价格也比较适中。要确定用LTC粉末涂料替代常规固化涂料所能节省的能源，可以比较常规固化涂层零件与低温烘烤固化涂层零件各自所耗的燃料成本。

　　一个测试比较了当将固化温度为375°F（191℃）的涂料产品改用烘烤温度为325°F（163℃）的粉末涂料时，所能达到的节能效果。假定场景为用天然气加热固化炉固化，以3英尺/分钟的速度输送1磅重的钢部件。以下工作表要求输入所用产品和烘箱相关的参数，还需要说明所涂布的金属类型、输送机/手推车的密度以及炉壁的保温性能。将通常价格较高的LTC粉末涂料的材料成本纳入分析考量，这点非常重要。

　　测试计算了当粉末涂料固化炉温从375°F（191℃）降低至325°F（163℃）时可带来的成本节约。每9小时/轮班可节约成本13.30美元或成本下降16.4%（基于2022年5月的天然气成本）。如果按每天一轮班、每年250天工作日计算，相当于节约3325美元/年。具体数据取决于烘箱的容量、燃烧器类型、零件重量、金属类型、生产线速度和粉末涂料的相对成本。

　　传统上，粉末涂料通常用于工厂中金属零部件的表面处理。粉末涂料由自动和/或手动喷枪进行静电喷涂，再将工件置于烘箱中，直到加热至粉末涂料固化所需的推荐工况（时间和零件温度）。俗话说，“是金属并能经烈火炙烤，那就可以涂上粉末”，这里也适用。

　　LTC和ULC粉末涂料的开发为粉末涂料装饰大量非传统基材打开了大门。最突出的基材之一是常用于厨房橱柜、医院推车、销售展示架、自行组装（RTA）家具和货架的中密度纤维板（MDF）。ULC粉末涂料和UV固化粉末涂料均可用于MDF部件的装饰。

　　MDF的粉末涂装工艺包含四个步骤。加工和打磨后，用红外线秒，同时能提高表面的导电性，所以粉末涂料可采用传统静电涂布工艺。加热后的纤维板被移到粉末喷涂室，用自动喷枪进行粉末喷涂。涂层厚度一般为2.5～4.0密耳，具体根据最终用途和涂层要求而定。采用UV固化粉末涂料时，漆膜厚度的控制更为关键，一般限制在2.2～2.8密耳。

　　接着，经涂装的板材置于另一组红外发射器下，粉末涂料被熔化成连续的漆膜。如果采用的是热固性粉末涂料，随后会有热量释放，无论是红外线还是红外线与对流加热相结合的方式均是如此。热固性粉末涂料通常需要在250～275°F（121～135℃）下固化5～10分钟，具体取决于配方。最后零件需要冷却以便搬运。

　　使用紫外固化粉末涂料时，涂料由红外线加热形成漆膜，一般耗时60秒。熔融的粉末涂料被置于高强度UV光下，不饱和化学基团几乎瞬间反应，涂层因此得以固化。短暂冷却后，即可搬运零部件。

　　其它的热敏基材还有塑料和复合材料。实际上，要保持零部件的整体性，固化温度至少应在203°F（95℃）左右。每种塑料具有自己的特征性热变形温度，在该温度下，塑料在中等载荷下即会变形（见ASTM D-648）。表2所示为通常用于制造最终装配件的最常见塑料，以及其特征性热变形温度。

　　预组装件用适用热敏基材的UV固化粉末涂料则是另一幅景象。第一批商用的UV固化粉末涂料用于Baldor motors工厂完全组装的电机，该工厂位于俄亥俄州威斯特维尔。此次商用中，边缘链式主轴输送机上运行的旋转电机涂装了UV固化粉末涂料，涂装好的电机经红外加热3分钟，再置于UV灯下进行固化。UV固化粉末涂料经评估，可用作汽车减震器、汽车散热器和液压闭门器饰面漆。

　　传统粉末涂装工艺通过产生静电荷，再由该电荷产生的电场移动粒子云来完成。电荷由粉末涂料喷枪放电尖端的高压电晕产生。这些粒子在穿过场时获得负电荷，带电粒子寻找接地的导电物体，带负电的粒子沉积下来，多余的电子通过地面释放掉。

　　非导电基材采用静电喷涂工艺存在困难。因为粉末是因带电粒子被吸引到表面而沉积的，因此必须让非导电部分具有导电性，这可以通过添加导电物质来实现，即，在塑料基材中掺入炭黑或其它材料，如碳纳米管或石墨烯，赋予其导电性。但这样做既麻烦又昂贵。

　　热喷涂工艺可作为另一选项，喷枪出口处需要有引入火焰（或等离子）的专用喷涂设备。火焰用于熔化喷出的粉末涂料并将熔融物质沉积到基材上。使用这一工艺难以掌控漆膜的厚度，低温粉末涂料可以在形成合理的连续漆膜之前进行预反应。

　　非导电部分可以通过传统粉末涂装技术进行预热和“热”喷涂。但整个零件上的热损失可能不均匀，这会对沉积效率和漆膜厚度的控制产生不利影响。

　　模内涂装是一种独特的非导电基材粉末涂装工艺。需要时，将粉末涂布于导电模具并熔融，在模具内连续堆叠树脂层并经车床加工或放置聚合物板，以构建零部件。在这一过程中，粉末沿着模具内的零部件固化。这一工艺需要专用的、相对复杂的设备，但可生产出特定用途的部件。

　　将简单的导电溶液涂布于非导电部件，通常会赋予其足够的导电性，以便静电沉积粉末涂层。这些导电溶液为季铵化合物类（参见美国专利3236679），也可以是水基或醇基类。将溶液涂布于零部件，闪蒸掉载体，留下导电的表面。

　　如果所使用的涂层基于UV化学物质，熔融的涂层会很快暴露在强烈UV能量下几秒钟。此时，涂层完全固化，可以冷却，以便进行下一步制造工艺。

　　实践中，低温固化有赖于高反应性固体聚合物及备有专门催化方案的低聚物。但要获得光滑、美观的漆膜，需要很好地控制聚合物的性能，以便在目标固化温度下获得优异的熔体粘度，同时，又能保持可接受的高熔点，以确保存放时性能足够稳定。因此，聚合物化学家和物理学家必须设计出熔体粘度低、玻璃转化温度（Tg）相对较高的低分子量树脂，以确保物理储存稳定性。

　　另一种用于开发LTC和ULC粉末涂料光滑漆膜的技术是将反应性和非反应性结晶、半结晶材料结合在一起。这些产品必须与基础聚合物相容，且浓度应相对较低（基料的10%以下），以免在挤出过程中产生复合问题。当晶体材料在挤出过程中熔融时，熔体的整体粘度可能会下降至显著削弱剪切的程度。必须避免这种情况，以防干扰粉末涂料的混合和分散，导致粘合剂组分的相分离、添加剂和颜料的不完全分散。

　　用TGIC（三缩水甘油基异氰尿酸盐）固化的聚酯粉末涂料是公认的LTC选项。针对LTC设计的聚酯树脂被改性，以降低粘度和熔点，因此可以在低至275°F（135℃）的温度下成膜和固化。基于这种化学成分的粉末涂料具有良好的室外耐久性，化学性能和耐磨性也得到了很好的平衡。

　　羟烷基酰胺（HAA）聚酯为不含TGIC的聚酯，用作LTC的潜力一般。该化学物质的最低可行固化温度不低于为325°F（163℃），可能会削减固化涂层的耗能。在涂布大多数热敏性基材时，这点并不适用。

　　环氧树脂和环氧聚酯（混合）粉末涂料能够在255～285°F（124～141℃）左右固化。这些化学品具有良好的流动性和平整度，可形成美观的饰面，此外还具有良好乃至优异的硬度、耐刮擦性和耐化学性。这两种化学体系的耐紫外线特性一般，不适用于户外。

　　帝斯曼（该业务现在归入科思创）开发的一种独特的粘合剂化学体系使用了不饱和聚酯与结晶乙烯基醚交联剂的反应。基于该技术体系的粉末涂料在265°F（129℃）时，烘烤时间相对较短，整体薄膜性能，如硬度、耐化学性、平滑度优良。

　　GMA丙烯酸技术具有优异的A级汽车外观，以及出色的耐UV特性（10年，佛罗里达州）和耐化学性。这些粉末涂料价格相对较高，且与其它粉末涂料的化学组分不相容，容易因交叉污染，产生小陷坑。

　　LTC聚氨酯采用了独特的封闭剂，固化温度低于300°F（572℃）。常规封闭剂ε-己内酰胺由在290°F（143℃）左右释出的吡唑化合物代替，从而实现低温固化。基于这种基料的粉末涂料拥有优异的耐化学性，可以配制成具有美观的哑光饰面。

　　辐射固化粉末涂料是一类单独的ULC粉末涂料。该独特技术由1970年代Gliden Coatings公司的Vince McGinniss首创，因其在实验中因好奇而触发（见美国专利4163810），但直至20世纪90年代，在树脂公司UCB（现在的湛新）、Hoechst（现在的湛新），帝斯曼（现在的科思创）和德固赛（现在的赢创），以及粉末配方制造商Herberts（现在的艾仕得）、Morton（现在的阿克苏诺贝尔）和ProTech的共同努力下才实现商业化。此外，粉末涂装新秀企业DVUV成立了自己的UV固化粉末涂料生产企业Keyland Polymer。

　　这些先行企业为今天仍在使用的UV固化粉末涂料技术奠定了基础。UV固化粉末涂料由不饱和聚合物基料、光引发剂、成膜添加剂以及着色剂颜料和填料（具体根据需要）组成。虽然大多数UV固化粉末涂料因为熔点低，需要采用较低的研磨和成品粉末涂料储存温度，但粉末涂料一般会使用常规加工技术进行复合。

　　开始涂布UV固化粉末涂料时，首先涂布的是基材，基材可以为导电或非导电型。沉积的粉末熔合、熔融，受热成膜，一般由红外发射器和/或对流方式加热。熔融的漆膜受到高强度UV辐射，涂层固化、硬化。UV能量源可以由中压密封灯提供，后者通过汞蒸气发射EMR波长，激发光引发剂，从而使不饱和聚合物的自由基固化。近年来，已经开发出基于LED技术的UV发射器，有望固化某些类型的UV粉末涂料。

　　UV固化粉末涂料具有多重优点，其加工温度可低至203°F（95℃），持续60秒即可，加热首选红外线。涂装系统的占地面积只有传统粉末涂料系统的一小部分。此外，大多数UV固化粉末涂料具有优异的硬度和耐化学性。虽然涂料制备企业的UV固化粉末树脂工具包中的选择仍然有限，但有许多化学物质可用，包括各种聚酯、环氧树脂和聚氨酯等。高性能配方通常需要两种或多种化学物质混合，以满足涂料的要求。

　　“常规固化”粉末涂料的范式已经改变。在375～400°F（191～204℃）温度下固化的传统粉末涂料一度被视为常规涂料，但在许多场合已被325°F（163℃）烘烤型粉末涂料所取代。此外，ULC粉末涂料技术正将固化技术的前沿推至300°F（149℃）固化温度以下，这有助于扩大粉末涂料的应用范围。

　　粉末涂料行业正准备开创新一代技术，以征服大量非传统和热敏基材。粉末涂料正在进行注塑件、片材模塑混料、复合材料和硬木用涂料的适用性评估。此外，粉末涂料也在作为包含热敏元件（如电线、密封件和电子板）组装件用面漆进行测试。

　　新应用成功实现商业化，将催生更多材料和工艺研发，进而引出更多创新，进一步推动LTC和ULC粉末涂料进入更新颖的最终应用领域。树脂公司在ULC粉末树脂的开发上投入了新的努力，并重整ULC产品组合，以帮助涂料制备企业寻求新的机会。某些大学已经制定了开发新一代UV固化粉末涂料的计划。在Mark Soucek教授的指导下，阿克伦大学最近主持了一系列侧重于UVC粉末的研究生项目。此外，在波兰Rzeszow理工大学Barbara Pilch Pitera教授的指导下，博士候选人Dominika Czachor Jadacka发布了一些具有突破性的工作成果。返回搜狐，查看更多