20世紀70年代以來，石油危機給世人敲響了節(jié)能粉末涂料將成為汽車涂裝的首選材料的警鐘，而酸雨、臭氧洞和溫室效應(yīng)等一系列環(huán)境危害，使人類進一步認識到保護環(huán)境的迫切性和重要性，節(jié)約能源、保護環(huán)境已成為當今世界各國經(jīng)濟發(fā)展倍受重視的兩大主題。各國紛紛致力于發(fā)展節(jié)能產(chǎn)品，同時嚴格環(huán)保法規(guī)。






汽車制造業(yè)是涂料最大的用戶之一，世界涂料工業(yè)粉末涂裝設(shè)備順應(yīng)時代要求，提出了省資源、省能源、低污染的發(fā)展目標，各大涂料公司不惜付出巨大代價，競相開發(fā)節(jié)能、低污染型涂料，以保持、鞏固和發(fā)展自身在未來涂料市場中強有力的競爭地位。



粉末涂料就是節(jié)能、低污染型涂料中極為重要的一類。自20世紀80年代開始，工業(yè)廢氣、廢水、廢渣對環(huán)境造成了嚴重的污染，歐美國家對揮發(fā)性有機物(VOC)的限制法規(guī)不斷發(fā)布，尤其是1992年聯(lián)合國環(huán)境與發(fā)展大會以后，環(huán)境保護成為世界性的重要問題，發(fā)達國家對汽車生產(chǎn)中有機溶劑的排放制定了越來越嚴格的控制指標。粉末涂料作為無溶劑涂料的代表，與水性涂料一樣，受到涂料涂裝產(chǎn)業(yè)界的重視，使得粉末涂料及其涂裝技術(shù)的市場十分活躍。粉末涂料具有無溶劑、無公害，一次涂裝厚涂層，噴溢涂料可回收再利用等特點備受重視，相應(yīng)的發(fā)展速度也在加快。全世界粉末涂料的產(chǎn)量近10年增長了3倍。在歐洲和美國，一些涂料制造廠把環(huán)保產(chǎn)品作為優(yōu)先開發(fā)的主要目標，其低VOC的涂料(水性涂料和粉末涂料)保持較高的增長率。我國的粉末涂料是隨著國內(nèi)家電行業(yè)的發(fā)展而迅速發(fā)展起來的，資料顯示，20世紀80年代，我國粉末涂料以70％以上的年增長率上升，進入90年代，年均增長率雖有一定下降，但仍保持2位數(shù)的增長。我國粉末涂料行業(yè)發(fā)展迅速。目前產(chǎn)量已躍居世界首位，成為世界粉末涂料的龍頭國家。從粉末涂料品種來看，環(huán)氧/聚酯型粉末涂料占65％，聚酯一異氰尿酸三縮水甘油酯(TGIC)占19％，聚酯B 羥烷基酰胺占3％，環(huán)氧粉末涂料占12％，聚氨酯粉末涂料占1％。



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粉末涂料將成為汽車涂裝的首選材料


粉末涂料自20世紀70年代初期開始應(yīng)用于汽車領(lǐng)域以來，已經(jīng)取得了很大的成功，特別是近年來獲得了飛快的發(fā)展。它一方面大大減少了VOC排放量，另一方面又大大提高了涂料的利用率。由于技術(shù)的限制，目前汽車用粉末漆只是單色漆系列，如中涂漆和清漆,這是由于粉末漆不能象液態(tài)漆那樣可以迅速換色。目前汽車粉末涂料的應(yīng)用主要在歐洲和北美，而在我國，汽車用粉末涂料水平還遠遠落后，實際應(yīng)用也很少，絕大部分限于鋁輪轂的涂料，但發(fā)展前景看好。今后，汽車用粉末涂料的發(fā)展，將在進一步提高耐候性、抗紫外線性、低溫化、薄膜化和提高裝飾性方面努力。隨著環(huán)保要求越來越嚴和粉末涂料技術(shù)的不斷提高，粉末涂料的應(yīng)用將越來越廣泛。粉末涂料自20世紀60年代開發(fā)以來，由于其卓越的環(huán)境效應(yīng)和節(jié)能、高效、低成本等原因成為一般金屬表面涂裝的首選材料，通過半個世紀的發(fā)展，已經(jīng)應(yīng)用到許多領(lǐng)域，包括各種建筑材料、家用電器、家具、各種箱體外殼、金屬支架、管道等等，在冰箱、洗衣機等行業(yè)應(yīng)用十分廣泛。但由于粉末涂料的抗紫外線能力和耐候性較差，在汽車涂裝，尤其是整車涂裝方面的應(yīng)用較晚。起初粉末涂料多用于涂裝汽車零部件，但隨著人們對粉末涂料研究的不斷深入，解決了粉末涂料在實際應(yīng)用中存在的許多問題，使其應(yīng)用范圍不斷擴展，現(xiàn)在汽車工業(yè)越來越多選擇中間層色漆/透明面漆的涂裝采用粉末涂料。



隨著工業(yè)的發(fā)展，“三廢”對環(huán)境的污染已成為世界性的嚴重問題。其中溶劑型涂料的涂裝對大氣的污染也是各國非常關(guān)注的問題，特別是汽車涂裝中VOC的限制越來越嚴格，低污染涂料的發(fā)展是2l世紀的重要方向之一，其中，粉末涂料將處于重要的位置。隨著粉末涂料新產(chǎn)品及新技術(shù)的開發(fā)，粉末涂料的應(yīng)用領(lǐng)域?qū)⒉粩鄶U大，粉末涂料在工業(yè)涂料中所占比例也會增加，同時粉末涂料仍將是產(chǎn)量增長速度最快的涂料品種之一。



粉末涂料用于汽車的研究已進行了20多年，但由于汽車用涂料要求高耐候性、高耐腐蝕性、高耐磨性，以及耐熱、保光、保色等高性能，并需要卓越的裝飾性，開發(fā)研究有相當?shù)碾y度，難以在短時期內(nèi)取得突破性進展。粉末涂料開始僅用于汽車零部件、汽車底漆、抗石擊底漆等，直到20世紀90年代末期才批量用于轎車面漆和罩光面漆，成為真正意義上的車用涂料。目前世界5大車用涂料公司都在進一步開發(fā)汽車用粉末涂料，年增長率在12％以上，其中增長最快的是車身整體用粉末涂料。汽車用粉末涂料有環(huán)氧聚酯混合型、聚酯型、聚氨酯型和丙烯酸型等。隨著技術(shù)的日趨完善和粉末涂料性能的提高，現(xiàn)已完全能滿足轎車涂裝的各項要求，如外觀裝飾性、耐候性、耐化學品性、抗刮傷性、耐紫外光性等。目前汽車車身采用干粉態(tài)或漿液態(tài)粉末涂料涂裝已獲成功。它們或作為底漆、單層涂料，或作為罩光面漆。



近10年來，用于汽車車身的粉末清漆引起了主要粉末制造商的關(guān)注。用于汽車的粉末清漆必須要在漆膜厚度、光澤和亮度方面有杰出的表現(xiàn)。必須有很好的力學性能，如耐沖擊性、耐劃痕性及優(yōu)異的附著力。涂料必須耐酸雨腐蝕，必須耐溫度波動，耐紫外線，不太需要維護，與修補漆配套也是重要因素，同時要符合環(huán)保及安全要求，在符合質(zhì)量目標的同時生產(chǎn)更經(jīng)濟。20世紀90年代初期，寶馬開始對普遍使用的清漆系統(tǒng)進行分析、評價，以便對汽車用清漆系統(tǒng)作出選擇。最終選用甲基丙烯酸縮水甘油酯(GMA)丙烯酸粉末清漆，這是由于其經(jīng)久耐用以及使用粉末涂料更多的優(yōu)點。選擇GMA丙烯酸樹脂作為汽車粉末清漆的另一個原因，是該技術(shù)成熟，GMA丙烯酸用于汽車已有近30年的歷史， 已證實其具有汽車OEM所需的優(yōu)異性能。1994年第一輛粉末涂裝的汽車下線，1998年初第二條汽車粉末涂裝生產(chǎn)線投產(chǎn)。



歐洲的寶馬和“SMART”車全部采用了粉末涂裝，寶馬是歐洲第一家將粉末清漆用于標準產(chǎn)品的汽車制造商。寶馬1996年7月決定用粉末清漆技術(shù)，采用粉末罩光清漆后，涂裝每輛轎車可以節(jié)省溶劑1.5 kg。我國目前汽車涂裝中粉末涂料的應(yīng)用還不多，大多主要在汽車零部件方面，包括汽車發(fā)動機、車底盤、車輪、濾清器、操縱桿、反光鏡、雨刮器和喇叭等零部件的涂裝，但基本上都是黑色，在該領(lǐng)域已經(jīng)可以用粉末涂料代替液體涂料。






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粉末涂料噴涂的特點


粉末涂料的烘干溫度可以降低到140 ℃甚至120℃×20 min，達到節(jié)省能源的目的。通常，溫度每降低10℃，可節(jié)省能源10％，如將烘干溫度為180℃×30 min的傳統(tǒng)溶劑型中涂改為粉末中涂，將大大節(jié)省能源。粉末涂料是VOC排放最低的涂料之一。世界上公認VOC排放最少的轎車涂裝體系為：陰極電泳-粉末中涂-水性底色漆-粉末罩光清漆。粉末涂料在整個噴涂過程中可以循環(huán)使用，節(jié)省成本。同時不需要用化學藥劑和漆霧去除系統(tǒng)去除過噴漆霧。粉末清漆的烘烤過程比較干凈，可以長時間保持烘房的清潔度。



粉末涂料的生產(chǎn)、施工和固化都沒有溶劑，因此粉末涂料實際上不排放揮發(fā)性有機化合物，應(yīng)用干燥室收集法收過噴粉末，可大大減少廢物的排放。所以，粉末涂料的使用可以完全解決環(huán)境污染問題。常見粉末涂料噴涂的優(yōu)越性在于：粉末涂料噴涂工藝不同于油漆噴涂工藝，沒有毒性產(chǎn)生，不損害工人的身體健康；粉末涂料噴涂在當前國家嚴格控制的環(huán)保條例下，不存在“三廢”和環(huán)境污染問題；粉末涂料噴涂工藝比油漆噴涂工藝大大節(jié)省能源的消耗，并能減少生產(chǎn)工作程序；粉末涂料可以一次性噴涂，完成理想的高質(zhì)量的表面涂層，不需要打底漆，而油漆要視產(chǎn)品的不同要求，通常會進行二次甚至三次以上的噴涂；粉末涂料是百分之百的固體，實際使用率通常能達到95％ 以上，而油漆固體只有35％～60％，實際使用率通常只能在30％以下；粉末涂料噴涂不存在油漆工藝的流掛現(xiàn)象；其絕緣性能、化學性能、耐腐蝕性能以及各種不同類型粉末涂料的裝飾性能都遠遠超過油漆的同類指標；粉末噴涂不需要調(diào)配顏色和流平揮發(fā)工作區(qū)域，噴涂后可直接進烘道固化，如在這之前因任何理由需要改噴是極為方便的；由于粉漆的耐腐蝕和耐化學性能達到了卓越的效果，其形成表面堅實的保護層，可大幅度減輕產(chǎn)品在包裝運輸中的報廢率和損壞率。粉漆不是易燃品，不論在使用上，儲存上和運輸上都比油漆安全方便、簡單經(jīng)濟。因粉漆的噴室、噴槍比油漆噴涂較易于清理，在施工時對工人技術(shù)要求較低。粉末涂裝設(shè)備體積小，占地面積少，比油漆設(shè)備的投資低于20％～50％。






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車用粉末涂料的制造和涂裝工藝


汽車用粉末涂料有環(huán)氧聚酯混合型、聚酯、聚氨酯和丙烯酸等類型。隨著技術(shù)的日趨完善和粉末涂料性能的提高，現(xiàn)已完全能滿足轎車涂裝的各項要求，如：外觀裝飾性、耐候性、耐化學性、抗劃傷性、抗紫外線等。歐洲的寶馬車和“SMART”車全部采用了粉末涂裝，北美主要使用粉末中涂環(huán)保的壓力是北美市場采用粉末涂料的主要動力。粉末涂料是以固體樹脂和顏料、填料及助劑等組成的固體粉末狀合成樹脂涂料。和普通溶劑型涂料及水性涂料不同，其分散介質(zhì)不是溶劑和水，而是空氣。它具有無溶劑污染，100%成膜，能耗低的特點。粉末涂料有熱塑性和熱固性兩大類。熱塑性粉末涂料的涂膜外觀(光澤和流平性)較差，與金屬之間的附著力也差，所以在汽車涂裝領(lǐng)域中應(yīng)用極少，汽車涂裝一般采用熱固性粉末涂料，熱固性粉末涂料是以熱固性合成樹脂為成膜物質(zhì)，在烘干過程中樹脂先熔融，在經(jīng)化學交聯(lián)后固化成平整堅硬的涂膜。該種涂料形成的漆膜外觀和各種機械性能及耐腐蝕性均能滿足汽車涂飾的要求。起初粉末涂料多用于汽車發(fā)動機、車底、車輪和車內(nèi)裝飾涂裝，效果很好，現(xiàn)在汽車工業(yè)越來越多選擇中間層色漆/透明面漆的涂裝體系，粉末透明漆是特別適宜的選擇對象，粉末透明面漆不污染環(huán)境，其物理性能可與液態(tài)涂料相媲美，且其外觀比較好，粉末涂料的光澤好于液態(tài)涂料，但其涂層厚度稍高一些，粉末涂裝在豎直表面上和在水平表面上幾乎能夠得到相同的外觀。



汽車用粉末涂料的制造一般采用干法(干混法和熔融混合法)，工藝流程為:干混合(樹脂、固體劑、顏填料、助劑)熔融混合→冷卻→粗粉碎→細粉碎→分級→成品。施工方法主要采用靜電噴涂。汽車用粉末涂料一般有環(huán)氧粉末涂料、聚酯粉末涂料、丙烯酸粉末涂料、環(huán)氧/聚酯混合型粉末涂料和聚酯/聚氨酯粉末涂料等。粉末涂料目前可廣泛用于汽車的各種零部件(如汽車底盤、車輪、車軸等)和汽車內(nèi)、外部裝飾。傳統(tǒng)的粉末涂料制造方法工藝流程長，分散性差，調(diào)色不易控制。近年來，美國FERRO公司開發(fā)了新的粉末涂料制造方法，使用超臨界液體二氧化碳的濕式制造法，制造出小粒徑的粉末涂料和粉末漿罩光涂料。粉末漿罩光涂料能得到與溶劑型同等的漆膜外觀，初期投資少，現(xiàn)有涂裝設(shè)備稍做改造即可投入使用。






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汽車粉末涂裝技術(shù)進展


靜電噴涂法對汽車粉末涂料的要求:從粉末涂料帶電、噴涂、附著和涂膜情況考慮，合適的細度范圍為10～80 μm之間。從粉末涂料的帶電和加熱時熔融流平情況考慮，接近球狀的粒子效果較好。粉末涂料的體積電阻要適當，太低時粉末不易帶電，太高時粉末也不易吸附在工件上。粉末涂料的表面電阻要高，低則容易使工件棱角處的電荷泄漏，使粉末涂料從工件上掉下來，這種電荷消失的速度是以一定表面電阻為界限而迅速增加的。粉末靜電噴涂設(shè)備主要由帶電粉末噴槍、供粉裝置、供氣系統(tǒng)及回收裝置等組成。汽車粉末靜電噴涂的基本原理與液態(tài)涂料的靜電涂裝法相同，在接地的金屬工件和噴槍電極之間施加了高壓直流電(30～90 kV)，用壓縮空氣把粉末涂料從噴粉槍噴出分散到空氣中，這些粉末粒子與受到噴槍電極電暈放電產(chǎn)生的電離空氣粒子相碰撞，形成帶電荷的粉末粒子，結(jié)果粉末粒子就吸附在接地的金屬工件表面，由于粉末涂料的體積電阻較高，所以被吸附在工件上的粉末粒子釋放電荷速度較慢，因此帶電粉末粒子能不斷地吸附在工件表面，直到絕緣破壞，不再增加膜層厚度。



汽車對涂層的要求高，不但要求有好的物理和化學性能，還要求外觀平整、光滑，具有高光澤，對于轎車更是要求“光亮如鏡”。近幾年，為將粉末涂料用于汽車涂裝，涂裝行業(yè)進行了大量的努力和研究工作，取得了一定的進展。美國BGK公司將太空技術(shù)的“高紅外”加熱技術(shù)應(yīng)用于粉末涂料涂裝，用“高紅外”的能量來輻射，使金屬先發(fā)熱，然后用金屬底板的熱量來固化涂裝粉末?！案呒t外”加熱技術(shù)的應(yīng)用可以使生產(chǎn)效率大大提高，可以減少烘道長度，節(jié)約投資，更重要的是，工件從里面固化出來，可以把“氣體”趕到表面上，減少“針孔”，改善粉末的流平性。使粉末涂層的平整度與光澤與液體涂料相比毫不遜色。



在嚴格要求的環(huán)保法規(guī)的推動下，粉末涂料像其他綠色涂料一樣，在全球得到了迅速發(fā)展，對涂料技術(shù)的嚴格要求使得粉末涂料具備了許多早期認為是無法達到的性能。預測到2010年達到210萬t。粉末涂料將明顯地滲透到幾個重要的應(yīng)用領(lǐng)域，可以相信，粉末涂料將廣泛地被汽車工業(yè)采用，同時低溫固化體系將工業(yè)化，今后5年內(nèi)將實現(xiàn)粉末涂料薄膜化。汽車用粉末涂料的發(fā)展將在進一步提高耐候性、耐紫外光性、低溫固化性、薄膜化和從裝飾性方面提高涂層表面的平整光亮度。



粉末涂料的原材料成本與相應(yīng)的液態(tài)涂料的原材料成本沒有多大差異，但是一般來說，要求高的應(yīng)用場合需要比較高檔的涂料，粉末涂料也是如此，所以原材料的成本還與涂料的應(yīng)用場合有關(guān)系。除了粉末涂料車身的成本之外，粉末涂料原材料的成本還與粉末涂裝的沉積效率以及涂層厚度有關(guān)，目前高質(zhì)量粉末涂料的沉積效率可達到80％，但如果考慮回收的粉末，其材料利用率可能高于95％。目前各工業(yè)系統(tǒng)都采用回收的辦法，但對于汽車生產(chǎn)線用的透明面漆還有困難，粉末涂料一般需要比較厚的涂層。使用粉末涂料時，在能耗、維修和有害廢料的減少及處理方面，均可節(jié)省費用，實踐證明，粉末涂裝方法將是汽車組裝廠現(xiàn)代化的趨勢。在涂料工業(yè)中，粉末涂料屬于發(fā)展最快的一類。由于世界上出現(xiàn)了嚴重的大氣污染，環(huán)保法規(guī)對污染控制日益嚴格，要求開發(fā)無公害、省資源的涂料品種。因此，無溶劑/100%地轉(zhuǎn)化成膜、具有保護和裝飾綜合性能的粉末涂料，便因其具有獨有的經(jīng)濟效益和社會效益而獲得飛速發(fā)展。



未來幾年粉末涂料將向“四化”方向發(fā)展：低溫固化，使粉末涂料能適應(yīng)于熱敏性材料的涂裝，更好地與溶劑型涂料接軌；薄膜化，可用于厚度為30μm的連續(xù)涂層，以占領(lǐng)更多的溶劑型涂料市場；功能化，主要包括重防腐型、耐高溫型、耐候型、阻燃型、導電型等對被涂物提供特殊保護和裝飾功能的粉末涂料；專用化，汽車、預涂鋼板等專用粉末涂料；美術(shù)型，開發(fā)無光、高光、高鮮映性、金屬閃光以及遮蓋粗質(zhì)底材的花紋粉末涂料。



近幾年，美國宣威公司、羅姆哈斯公司等開始在我國開展粉末涂料業(yè)務(wù)或設(shè)廠。內(nèi)外資共同參與，外商已在我國先后建立多家粉末涂料生產(chǎn)廠，是中國最大的粉末涂料制造商，占中國粉末涂料市場份額的15％。顯示出我國粉末涂料業(yè)的廣闊發(fā)展前景。