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金属效果粉末涂料
【国际】美国新墨西哥大学开发的疏水涂料可使

金属效果粉末涂料

日期:2020-04-18 20:37点击数:

  金属效果粉末涂料

  metallic Powder Coatings

  朱卫兵(宁波程翔塑粉有限公司)

  摘要:介绍了铝粉、珠光粉、铜金粉等颜料在粉末涂料中的应用,综述了金属粉末的制备工艺和配方技术。

  1 前言

  金属效果粉末涂料(以下简称金属粉)在整个装饰性涂装中的应用越来越广,是目前美术型粉末的主流。

  能够用于粉末涂料的金属颜料有许多品种,大体上分为四类,即铝银粉颜料、珠光颜料、铜金粉颜料和其它金属颜料(如镍粉、不锈钢粉等)。每一类金属颜料又包含很多色相的产品,应用于粉末后,便使得粉末多姿多彩,极大地丰富了粉末涂料的品种和装饰性。

  金属粉现在主要应用于户内户外金属家具、灯具、工艺品、油烟机、婴儿车、运动器材等行业。

  根据调查,国内粉末涂料市场大部分金属粉存在质量问题,一是批次间颜色和花纹不稳定,二是喷涂性能较差。

  同其它粉末一样,金属粉的开发和生产及喷涂也有其自身的规律,下面按金属粉的种类和生产工艺逐一探讨,并在最后介绍一下生产金属粉的新工艺——热粘接技术。

  2 铝银粉

  铝粉颜料分为浮型和非浮型两种。浮型铝粉加入粉末涂料中,在烘烤后大多能于涂层表面形成连续相,有时有镜面效果。非浮型铝粉由于特有的闪烁性,在粉末涂料中一般不呈连续相,而是象星星一样独自闪烁。

  2.1 闪烁性非浮型铝粉

  这种铝粉通常粒径>20μm,表面一般都经过包膜处理,包覆材料主要是有机硅。非浮型铝粉粒径越粗,则闪烁效果越好。由于其表面经过包覆,具有较好的耐酸碱性,有一定的户外耐久性。

  添加了非浮型铝粉的粉末涂料可以喷涂洗衣机外壳、摩托车发动机外壳等高要求工件。后混非浮型铝粉的添加比例很宽,10%左右的用量对粉末喷涂性尚无太大影响。目前国内粉末厂应用较普及的非浮型铝粉是德国爱卡公司的PCR系列产品。

  2.2 浮型铝粉在粉末涂料中的应用更为普及

  浮型铝粉在高倍显微镜下观察多呈薄片状,平均粒径一般<20μm,粒径越小金属感则越强,遮盖力也越大。

  金属感最强的应是镀铬效果,这种效果的金属粉在目前的市场上最受欢迎,开发和生产镀铬效果的粉末涂料必须从底粉配方和铝粉的选择上着手,配方1可作参考。

  配 方 1

  原料名称 备注

  P6060 45 DSM树脂,酸值55mgKOH/g

  E-12 25 环氧树脂,黄山锦峰

  GLP503 5 流平剂,奉化南海

  BENZOIN 0.5 消泡剂

  TiO2 3.5 金红石型钛白粉

  WAX 0.5 PE蜡

  BaSO4 21 超细硫酸钡

  C Black 0.0012 炭黑

  配方1选用P6060,是由于该树脂的熔融粘度很小,与E-12型环氧配伍生产的底粉流平度高,光泽也非常高。蜡的作用主要是提高粉末表面的耐擦伤性。

  要得到镜面效果,必须选用合适的铝粉,推荐爱卡公司的PC100和班得鲁(BENDA-LUTZ)公司的AL2081,一般添加比例为1.5%,添加量过高易产生吐粉和堵塞喷枪头现象,用量过低则无镜面效果。

  对其它粒径的浮型铝粉(粒径大多在10~20μm)而言,添加比例在1.5%~2.0%时也能得到非常好的银色效果。这类铝粉添加量较小时(如<1%),由于铝粉量偏少,不能充分遮盖住底粉,经常出现发花现象,有时也会出现细小的条纹。

  2.3 美术型粉末涂料主要采用浮型铝粉

  这里的美术粉主要为砂纹、锤纹、皱纹(绵绵漆)和裂纹等粉末涂料。典型的美术粉为黑底银花,底粉为锤纹,按照生产工艺,产生锤纹粉主要有两种方法,一是后加浮花剂,二是内挤锤纹剂。

  用后加浮花剂法生产美术粉时,花纹容易调整,但美观性较差,喷涂过程容易产生花纹分布不均匀的弊端,粉末的回收利用也很困难。

  内挤锤纹剂法如果工艺掌握得当,可以得到规整美观的花纹,而且立体感强,在工件各个部位花纹较为均匀一致,粉末回收利用率高。推荐的配方见配方2。

  配 方 2

  原料名称 备注

  聚酯 56 低酸值混合型聚酯,酸值35mgKOH/g

  E-12 24 604环氧,当量750, 黄山锦峰

  Cab-551-0.2 0.045 醋丁纤维素,美国伊士曼公司

  WAX 0.3 PE蜡

  填料 20 可选择碳酸钙或硫酸钡

  C Black 1 蓝相炭黑

  由于是内挤锤纹剂,花纹在挤出阶段即基本定型,所以控制挤出条件非常重要。醋丁纤维素的熔点为140℃左右,不同的挤出温度对其分散性有明显的影响,它在粉末中的添加比例对花纹也有很大影响,一般添加量<0.035%时,花纹会很大,容易露底;添加量>0.08%时,花纹将变小而稳定。

  上述底粉中加入0.3%~0.5%浮型铝粉,如苏伦克的PP1170,即可得到花纹清晰,黑白分明,立体感强的黑底银花效果。

  配方2为高光泽型金属粉。无光型的金属粉也很受欢迎,但生产花纹大而美观的无光型铝银粉却存在技术难度。如果采用内挤法生产,由于底粉的高粘度使锤纹剂的分散和固化时的流动受到限制,因此花纹通常不规整,花纹也较小。

  所以开发花纹大而美观的无光型铝银粉,必须在底粉上作调整,可以采用的方法是,在配方中加入部分羟基聚酯,利用它与环氧树脂等的不相容,来减少消光剂的添加量,使底粉的粘度适当降低,或在配方中加入低粘度的羧基聚酯如天松的CE1099,通常只要加入15%~20%的CE1099即能得到较大的花纹,参考配方如配方3和配方4所示。

  配 方 3

  原料名称 备注

  E-12 50 环氧树脂 ,黄山锦峰

  EL-1200 25 羟基树脂,广州南方

  603-1A 4.5 消光剂, 奉化南海

  Wax 0.3 PE蜡

  BaSO4 20 粗硫酸钡

  C Black 1 炭黑

  配 方 4

  原料名称 备注

  E-12 55 环氧树脂 黄山锦峰

  CE-1099 20 低酸值聚酯,天松集团

  P-68 4.8 消光剂,肇庆羚安

  Wax 0.3 PE蜡

  BaSO4 19 粗硫酸钡

  C Black 1 炭黑

  配方3和4的烘烤条件为200℃/10min(金属底材温度),底粉光泽<5%。

  上述两种底粉后混铝粉和浮化剂都易得到较大的花纹,但在立体感和花纹形状上有细微差别。建议采用苏伦克的铝粉PP1170,添加比例为0.5%左右。浮花剂的用量视情况而定。浮花剂的品种选择十分重要,最好一次性多粉碎一些,采用较粗的筛网过筛,多保留一些粗粉。

  2.4 其它美术粉(砂纹粉或绵绵漆)

  后加入铝银粉一般效果不太明显,这是由于它们的花纹很细密,铝粉不能充分定向排列,闪亮性受到不同程度的削弱或抑制而造成的。这类美术粉的生产相对来说要容易一些。

  3 珠光粉末涂料

  珠光颜料具有类似于自然界贝壳、鱼类、飞禽等的珍珠闪光效果,是常规颜料所不能代替的。

  最初的珠光颜料由鱼鳞制成,后来陆续出现了人工合成氯化银、碱式碳酸铅和砷化合物珠光颜料,这一系列珠光颜料由于毒性太大,使用范围受到了严格限制。

  现在普遍推广的珠光颜料为系列云母钛和云母铁,具有无毒、光稳定性好、色相丰富、综合性能优良等特点。

  珠光颜料色相丰富,按照色泽大致可分为银白、虹彩(干涉色)、金黄、金属色(青铜、枣红、紫红、古铜等)四类。

  粉末厂的技术人员在调整配方时,必须考虑珠光颜料的颜色和粒径的稳定性,否则会影响到最终产品的颜色和品质。

  珠光颜料供应商比较多,国外以德国默克公司为代表,国内则以常州华珠颜料公司为代表。

  这里介绍几个典型的加珠光颜料的粉末配方,考虑到珠光颜料的价格对粉末成本的影响,这里采用常州华珠的部分珠光颜料作分析。

  3.1 古铜锤纹粉

  高光型,底粉同配方2,后混珠光颜料F-052,用量0.8%~1.0% 即可。

  无光型,底粉采用配方3或配方4,后加珠光颜料F-050(用量0.5%),或F-052(用量0.8%),以及浮花剂(用量0.5%)。

  3.2 松绿锤纹粉

  高光型,底粉同配方2,加珠光颜料G-035,用量0.8%~1.0%。

  无光型,采用配方3或配方4,加珠光颜料G-035,用量1.0%~1.4%,浮花剂用量0.6%。

  3.3 紫缎锤纹粉

  高光型,底粉同配方2,加珠光颜料 G-019,用量0.8%~1.0%。

  无光型,可用配方3或配方4作底粉,加珠光颜料G-019,用量1.2%~1.5%,浮花剂用量0.5%。

  3.4 金色砂纹粉

  采用黑色砂纹作底粉,推荐配方为参考配方5。

  配 方 5

  原料名称 备注

  聚 酯 5 8 低酸值纯聚酯,酸值35mgKOH/g

  T105M 3.2 HMMA型固化剂,奉化南海

  PV-88 0.12 二氧化硅吸附型纯流平剂

  TF-1830 1.5 砂纹剂,德国路博润

  Wax 0.6 PE蜡

  BP-881 1.2 有机膨润土

  BaSO4 35 沉淀硫酸钡或重晶石

  C Black 1 炭黑

  上述底粉直接后混2.5%的珠光颜料H-030即能获得典雅富丽的金色效果。

  珠光颜料的品种很多,可以很方便地调出各种各样色调的粉末,银白系列珠光颜料的闪烁性比非浮型铝粉差,在要求耐强酸碱的场合尽量选用珠光颜料。另外在要求粉末耐候性好的情况下,也要优先考虑采用珠光颜料。

  4 铜金粉

  用于粉末涂料的铜金粉实际上不含金,主要成分是金属铜,因掺杂不同比例的锌或锡等而获得多种色相,加入粉末涂料中后,可呈现从丝柔直至粗亮的金色效果。

  铜金粉发光柔和,色调亲切,古朴美观,多用于金属家具、灯具和工艺品的涂装。

  选择铜金粉除色相外,要多考虑其耐热性。铜金粉颜料可直接与底粉混合,添加比例视具体情况而定,其色泽和闪光性比珠光颜料要弱一些。

  5 金属粉末涂料的工艺要点

  5.1 金属颜料的选择提示

  · 浮型铝粉尽量不要用于要求耐碱的场合。

  · 普通的铜金粉不耐温,适用前应先做试验。

  · 浮型铝粉和铜金粉不能用于耐候的场合。

  · 根据现有的经验,铝粉和铜金粉尽量选用进口产品,这样可更好地保证粉末品质的稳定性。

  5.2 配方调整提示

  ·在平面型金属粉末中,要充分展现金属效果,应适当提高底粉中的树脂份比例,流平剂的量也可适当增加。填料最好选用硫酸钡,且粒径越细越好。

  ·挤出过程中必须防止细小凹陷的产生,这是由于配方中树脂份过高,粘度低,易受到干扰所致,否则在混合金属粉时会出现花点。

  ·以透明或半透明粉作底粉,加入金属粉后,须留意金属颜料的遮盖能力,遮盖力不足,在喷涂复杂工件时就易出现交叉或拐角处的露底问题。

  ·在正常情况下,金属颜料的添加量有一定的限度,浮型铝粉宜小于2%,非浮型铝粉添加比例可高一些(8%~10%)。珠光颜料的用量应小于3%,而铜金粉的用量与非浮型铝粉相似,添加比例允许高一些。

  ·金属颜料受潮结块后则不宜在使用。

  ·锤纹类的金属粉末,在开发或生产前,应多了解客户的工件形状、厚度以及烘烤条件,依客户的具体情况来调整花纹,不然会出现与客户要求的花纹不一致的情况。

  ·底粉中应加入适量的蜡,以增加涂层的抗划伤性。

  ·除特殊要求外,金属颜料尽量不要与底粉一起挤出,那样将严重破坏金属效果。

  5.3 后混合工艺

  金属粉末的后混合工艺是决定粉末质量的一个重要因素。

  砂纹、锤纹类金属粉末相对而言比较容易,有时手工搅拌几分钟,效果也还可以。但对于平面银粉类金属粉末,如何稳定地按标准样板生产却是目前制约许多粉末厂的瓶颈问题。

  用于成品粉末混合的机械设备有好几种,从混合方式上大体分为:搅拌型、翻倒型、翻倒加搅拌型和多种混合型。

  国内粉末厂普遍采用高速混料罐、转鼓式(带工字型叶桨)搅拌机、V字型搅拌机和三向旋转水冷混合机,这几种搅拌设备各有其特点。

  铝粉,尤其是浮型铝粉,粒径很细,容易结成松散的小团,采用上述几种设备与底粉一起混合时,根据观察,铝粉小团很难充分散开,铝粉添加量稍高,则极易发生吐粉现象,有时在工件上出现一些凸出的铝粉小团,严重影响了涂层的美观和质量。

  这里推荐烟台奇通化工设备有限责任公司开发的新型成品粉末搅拌机,它采用多角度的棱柱为叶桨,转动平稳,设计转速为80~120r/min,一次投料100kg,尤其适用于搅拌浮型铝粉等金属粉。据测算,在相同的时间内,它的混合效果是其它搅拌机的20倍,能达到微米级的均匀度,批次间的颜色重复性非常好。

  众所周知,铝粉颜料的主要成分是金属铝,化学性质活泼,遇热或明火会燃烧以至爆炸,在加工铝银粉时确实存在一定的危险性。采用高速混料罐或搅拌机混合时因密封性太好,长时间搅拌时,粉末和铝粉由于摩擦等原因很容易升温,增加了燃烧或爆炸的危险性。奇通开发的搅拌机则克服了这个缺点,整个搅拌过程中温升非常小,并且装卸料方便,清洗换色20min即可。

  6 热粘接技术介绍

  热粘接技术(Bonding Technology)系采用特殊的混合设备将薄片状的金属颜料粘接到粉末粒子的表面,为金属粉末的应用开辟了更广阔的市场。

  金属颜料粘接到树脂粉末表面后,粉末在喷涂使用过程中具有许多优点,概括起来有:

  ·粉末利用率接近100%,与普通粉末一样。

  ·金属色泽均匀,即使单一批量大,仍能保持均匀的金属色泽。

  ·采用Corona静电枪喷涂时不会有金属颜料堆积和堵塞枪口的问题。

  ·没有雾化或喷涂造成的边框问题。

  ·金属颜料选择范围宽。

  ·金属颜料用量可以很高,有些粉末的金属效果已接近或超过了液体油漆。

  ·金属颜料与粉末的混合均匀度更高。

  ·金属颜料与底粉没有分离的问题。

  ·加工过程安全,没有燃烧和爆炸的危险。

  Bonding技术在欧美已得到一定程度的推广应用,而在国内还几乎为空白,相应的Bonding设备由德国的MIXCO公司和奥地利的BENDA-LUTZ公司研制和生产,其售价约为30万美元/台,国内大多数粉末厂尚无能力购置。上面提到的烟台奇通公司正在研制,预计在明年能够投放市场。

  7 小结

  研制和开发金属效果的粉末涂料,必须掌握几个关键因素,一是配方要合理,二是要严格控制生产过程,第三是必须有合适的成品混合设备。

  金属效果粉末涂料的种类很多,这里仅涉及一些典型的品种,希望能为大家在开发这类粉末时带来一点启发。

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