特种功能涂料涂装工艺及涂装设备.doc

紫外光固化粉末涂料涂装夏胜（应化0901班26号）摘要： 介绍了紫外光固化粉末涂料的组成、制备、涂装和应用。 关键词： 紫外光固化涂料；粉末涂料；应用 前言 紫外光固化粉末涂料是粉末涂料加工技术与紫外光固化技术相结合的一项新型涂料技术，它综合了传统粉末涂料和紫外光固化技术的特点。 粉末涂料与传统的液体涂料完全不同，是完全无溶剂的环保型涂料，具有工艺简单、节约能源、无环境污染、生产效率高等优点，特别适合金属器件的涂装。但热固型粉末涂料加工温度高、固化时间长、不能在热敏基材上使用。另外由于其熔融流平同步进行，流平时间短，易出现桔皮、缩孑 L 等现象，影响表面质量。若使热固型粉末涂料在烘烤下有较低的粘度、易于流平和在较短时间内完成反应形成均匀的固化漆膜，就必须降低热固型粉末涂料树脂的玻璃化温度，提高其适应性，这会使热固型粉末涂料的储存稳定性受到限制。而紫外光固化粉末涂料恰恰可以克服热固型粉末涂料的上述缺陷，因此紫外光固化粉末涂料有更多的优点。例如，紫外光固化粉涂料熔融温度为 100 140 ，比热固型粉末涂料的熔融温度 (177 200 ) 低；固化速度以秒计，比热固型粉末涂料的速度 (10 30 min) 快得多；而且使得粉末涂料可以用于热敏基材 ( 纸张、木材、热敏合金材料等 ) 或合金热敏材料 ( 塑料、橡胶 ) 等复合部件的涂装；紫外光固化粉末涂料的粉体对热稳定，故其加工更容易，可以采用普通的挤出机加工，而不会因加工温度高而出现交联现象；紫外光固化粉末涂料可在紫外光固化前达到最佳熔融流平状态，保证漆膜理想的平整度。与紫外光固化的液体涂料相比，紫外光固化粉末涂料的原料为高相对分子质量的树脂，避免了活性稀释剂的危害，而且收缩率低，对基材附着力高；紫外光固化粉末涂料一次涂装即可形成质量优良的厚漆膜 (75 125 m) ，减少了液体紫外光固化涂料多次涂覆的繁杂工艺；紫外光固化粉末 涂料喷涂溅落的粉体便于回收使用，较液体紫外光固化涂料更经济。因此，同样是无溶剂环保型涂料的紫 外光固化粉末涂料比热固型粉末涂料和紫外光固化液体涂料更具技术优势、经济优势和生态优势。 正文1 紫外光固化粉末涂料的组成 紫外光固化涂料即成膜物通过紫外线照射进行固化的涂料。紫外光固化粉末涂料的组成如下：光固化树脂、光敏剂、其它添加助剂、填料、色料。 1.1 紫外光固化树脂 紫外光固化树脂品种有游离基聚合型、三芳基硫醇-聚烯烃型、开环聚合型、阴离子聚合型等。现在用于紫外光固化粉末涂料的树脂一般都采用游离基聚合物型树脂。 1.2 光敏剂 光敏剂是紫外光固化粉末涂料的重要成分，是一种可吸收紫外光光能而产生游离基的化合物，它是引发紫外光固化树脂进入聚合反应的初始游离基，因此光敏剂又称为光引发剂或光聚合开始剂。光敏剂吸收紫外光光能后，首先裂变成具反应活性的游离基，这种反应活性极大的游离基攻击具有不饱和双键结构的紫外光固化树脂，引发聚合反应，并在短时问内完成光固化粉末涂料的固化。 常用的光敏剂如表 1 所示，主要有两种类型： (1) 均裂产生自由基，如安息香醚类； (2) 氢转移产生自由基，如二苯甲酮。 表 1 常用的光敏剂 1.3 助剂 由于紫外光固化粉末涂料属于无溶剂型涂料，所以在快速固化的施工过程中要求紫外光固化涂膜具有极高的装饰性，这就需要使用能帮助形成优良涂膜的涂料助剂，例如用于改善流动性的流平剂，用于改善涂膜稳定性能的抗氧剂，用于延长紫外光粉末涂料有效期的助剂等等。 2紫外光固化粉末涂料的特点2.1 物理性能 表面硬度提高（铅笔硬度可以达到4H）； 耐磨强度提高（1负荷下耐磨200次）； 涂膜的抗张强度提高； 气泡减少。2.2 化学性能 耐有机溶剂（在甲乙酮中不溶）； 耐沾污。2.3 经济性能 涂装时粉末损失少； 对环境影响小（无VOC释放）； 涂膜固化能耗低； 固化设备占地少； 固化时间短； 可进行三维立体涂装。树脂成分主要有以下几种类型： 丙烯酸或甲基丙烯酸体系； 环氧树脂体系； 聚酯或聚酯环氧混合型体系； 聚氨酯体系； 乙烯醚类体系。3 紫外光固化粉末涂料的制备和涂装 3.1 配方 紫外光固化粉末涂料基本配方如表 2 所示。 表 2 紫外光固化粉末涂料配方 3.2 制备工艺 紫外光固化粉末涂料的制备方法同传统的热固型粉末涂料相类似。物料经预混后在挤压机中熔融混炼、挤出过程包括冷冻、粉碎、过筛 3.3 涂装工艺 紫外光固化粉末涂料通常采用静电喷涂工艺喷涂到基材上，涂装加热可采用传统的加热方式、红外线加热方式或二者结合。对于给定配方，应依据所用颜料类型，选择合适的 UV 灯和光引发剂匹配。 3.3.1 工艺流程 ( 以木器漆涂装为例 ) MDF( 中密度纤维板 ) 毛胚 前处理 上夹具 除尘 喷涂 红外线熔融 紫外线固化 下夹具一检验。 紫外光固化粉末涂料涂装工艺参数见表 3 。 表 3 紫外光固化粉末涂料涂装工艺参数 3.3.2 紫外光固化涂料地板表面涂装工艺使用这种耐刮擦紫外光固化面漆，欲达到最佳的耐磨损、耐刮擦、可修复效果，理想的应用工艺程序如下： 第一层涂布量：1015g/水性底漆 第二层涂布量：3040g/耐磨损底漆 第三层涂布量：1520g/腻子 第四层涂布量：1520g/底漆 第五层涂布量：810g/耐刮擦面漆 第六层涂布量：810g/耐刮擦面漆采用这种方法可保留不同覆盖层的优点，克服大部分缺点： （1）水性底漆有极强的附着力，易于上色。含陶瓷的底漆具极高的耐磨损性能，根据美国ASTM（美国材料试验学会标准测试），使用CS17的测试石，每个石施压500g，能达到20牞00025牞000转的水平。 （2）腻子可用于填充孔隙及缝道，即使是很深的孔隙也能一次性被填充掉。 （3）底漆可以确保有足够的厚度，以免在砂磨时磨至陶瓷底漆层。 （4）耐刮擦面漆层具极高的抗刮擦性能，可砂磨，易修复。 （5）可在上完油漆后，再进行切割等加工，耐刮擦面漆不会损伤木材加工的刀具。 （6）用此种方法，陶瓷底漆上覆盖有4050g/的涂层，表面可以砂磨，易于修复。 对于一次性使用无需修复的地板，如薄皮（单板），印花木板或其他品种，最上面的涂层可以改用陶瓷面漆。3.4紫外光固化设备 紫外光固化设备由光源，反射板、电源装置、冷却装置、传送装置、排出灯泡产生的臭氧、涂膜蒸发物以及冷却用空气的排气装置，全部屏蔽装置组成，使紫外光固化粉末涂料实现瞬间固化。 光固化涂饰的特点是干燥速度快， 100 m 厚的涂膜可在几十秒内干燥。采用紫外线固化通常与辊涂机或淋漆配套组成生产流水线。目前国内应用的光固化流水线上紫外线辐射装置有两种形式，一种是涂膜首先在低压汞媒段进行预固化，此阶段也称作低爆，而后再进入高压汞灯区也叫主固化区进行照射，此阶段也称之为高爆。另一种工艺是不经过低爆，直接进入高爆。此两种工艺比较，直接高爆设备占地面积小，固化时间快，能源消耗少，涂膜质量平稳。采用哪种工艺应根据涂料品种和它们的特性来决定 4 紫外光固化粉末涂料的应用 4.1 用于木制品 木制品的承受温度一般不超过 80 ，否则就会有水、树脂、蜡、萜烯烃等挥发物被蒸发出来，导致涂膜带有气泡或砂眼，对固化涂层的稳定性、机械性能和表面光泽度都非常不利。对于高密度木制品，采用紫外光固化粉末涂料涂饰效果非常理想。中密度纤维板 (MDF) 是欧洲涂料工业开发成功的第一个紫外光固化粉末涂料应用领域。例如 UCB 公司开发的 Uvecoat TM 1000 系列就适合于中密度纤维板 (MDF) 。但对于低密度木制品，为了避免基材脱气的影响，需要对基材先涂一层液态涂料，以密封木制基材的孔隙。 4.2 用于塑料制品 紫外光固化粉末涂料将固化温度降到 120 以下后，现有的多种塑料则可以采用这一涂装技术，而不会导致塑料脱气或变形 因此，塑料制品将会是紫外光固化粉末涂料的一个重要应用领域。 4.3 用于合金及预装配制品 合金(如镁铝合金)的应用非常广泛，但一直不能用粉末涂料涂饰，这是因为即使在 115 下合金的金相性能也会受到影响。许多预装配制品(如防震器、电动机、泡沫内芯门等)上面都装有电子元件、 塑料、层压制品、橡胶密封圈等热敏部件，它们承受 的温度不能过高。紫外光固化粉末涂料的固化温度可以满足这些基材的要求，因此在这些方面具有很广阔的应用前景。例如 UCB 公司开发的 Uvecoat TM2000 系列就主要用于金属基材，对各类金属基材都 有很好的附着力、柔韧性、抗腐蚀性和耐候性。 此外， DMS 公司报道了紫外光固化粉末涂料在纸类基材上的应用。将紫外光固化粉末涂料技术与印刷技术相结合，可以用于书籍、杂志封面、卡片及包装箱纸板上光和墙纸涂饰等方面。 5 开发历史与各国应用情况5.1开发历史 从1990年初开始，欧洲报道了数项与紫外光固化粉末涂料有关的公开专利技术。到1995年其中的一部分获得了批准，这类专利技术的显著特点是： （1） 从涂料到涂层的无溶剂化，无VOC排放； （2） 涂料的使用范围扩大，实现了热敏材料的粉末涂装； （3） 涂料的固化时间缩短，能源节省。促使这种环保型新技术最早实现商业化的公司是： UV光固化粉末涂料瑞典赫伯茨公司（HERBERT），现为杜邦粉末涂料公司； UV光固化粉末涂料加工设备瑞典TRIAB公司； UV光固化涂装及制品经营英国的STILEXO公司。紫外光固化粉末涂料技术应用最为成熟的是中密度纤维板（MDF）的表面涂装，这是比液体涂料更具优越性的环保型涂装技术。5.2 各国UV固化粉末涂料的应用 英国STILEXO公司装备了TRIAB公司的UVIR双重固化装置，并采用杜邦公司的粉末涂料涂装中密度纤维板。这种粉末喷涂的中密度纤维板主要用于家具、音响、办公用品等的制造。 1998年英国的Baldor电子公司完成了电动机光固化粉末涂料涂装生产线的调试工作，一年后投入正式生产，电动机内部的许多配线材料都是受热易变形的材料，采用紫外光固化粉末涂料是解决这一问题的有效途径。 1999年Voleo公司对汽车本身底漆二道浆和汽车散热器的涂装进行了技术改造，均改用UV固化粉末涂料进行涂装，取得了良好的效果。对于衬覆有橡胶材料的汽车散热器而言，采用UV固化粉末涂装是非常有利的，避免了橡胶材料的受热破坏。6 结语 综上所述，紫外光固化粉末涂料是一种符合环保、节能、经济、高效的涂料，它兼备了粉末涂料和紫外光固化技术的特点、特别适合于需要环境保护，低温涂装，快速固化，高效率生产的场合。它具有得天独厚的综合优势和广阔的应用领域。随着紫外光固化粉末涂料专用树脂、光引发剂、添加剂及固化设备的不断开发应用，紫外光固化粉末涂料必将获得长足发展，也将得到更广泛、更成功的应用。7参考文献 （1）于翘. 材料工艺（下）.北京:宇航出版社 , 1993 （2）孙冰 ,林小树 ,刘小勇. 硅基材料烧蚀模型研究. 宇航学报 ,2003;34（3）: 282286 （3）郭亚林 ,梁国正 ,邱哲明等. 一种新型热防护涂料研究.宇航学报 ,2005; 26（5）:635639 （4）Kroke Edwin,Li Yali, KonetschnyChristoph et al. Polysi2lazane2derived nano ceramics and relatedmaterials. Materials Science and Engineering,2000;（26）:97199 （5）熊亮萍 ,许云书. 陶瓷先驱体聚合物的应用. 化学进展 ,2007;（19）: 567574 （6）宋家乐 ,陈立新 ,王亚洲等. 多元 -巯基丙酸酯 /乙烯基硅氮烷紫外光固化与热解特性. 高等学校化学学报 ,2007;28（9）: 18011803 （7）Reddy S K,CramerN B,Cross T et al. Thiol2enephotopo2lymerization of polymer derived ceramic