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| 行業(yè)資訊 || 超細(xì)粉末涂料和功能粉末涂料的制備技術(shù)與工業(yè)應(yīng)用 |
發(fā)布時(shí)間：2021-8-11
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摘要：本文介紹了西安大略大學(xué)顆粒技術(shù)研究中心所開發(fā)的先進(jìn)粉末涂料技術(shù)，包括超細(xì)粉末涂料技術(shù)和低溫固化、抗菌、疏水、耐高溫、防腐等功能性粉末涂料技術(shù)，以及與之相關(guān)的新型粉末涂料加工和噴涂技術(shù)。
粉末涂料具有不用溶劑、無(wú)污染、節(jié)省能源和資源、減輕勞動(dòng)強(qiáng)度和涂膜機(jī)械強(qiáng)度高、耐候性好等特點(diǎn)。同時(shí)其生產(chǎn)效率高且便于實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化涂裝，生產(chǎn)過(guò)程基本無(wú)“三廢”排放，產(chǎn)品回收率接近100％。它已成為發(fā)展迅速的綠色環(huán)保的涂料新產(chǎn)品和新工藝，是公認(rèn)的4E(efficiency高效,excellence高性能,ecology環(huán)保,economy經(jīng)濟(jì)）型涂料產(chǎn)品。由加拿大皇家學(xué)院院士、加拿大工程院院士祝京旭院士領(lǐng)導(dǎo)的加拿大西安大略大學(xué)顆粒技術(shù)研究中心（Particle Technology Research Centre, PTRC）數(shù)十年來(lái)一直致力于先進(jìn)粉末涂料技術(shù)的研究和工業(yè)應(yīng)用，已與國(guó)內(nèi)外數(shù)十家科研機(jī)構(gòu)及企業(yè)合作實(shí)現(xiàn)產(chǎn)學(xué)研一體化。2014年，祝京旭院士和天津市千人計(jì)劃張輝教授在天津大學(xué)建立顆粒學(xué)和流態(tài)化技術(shù)研究課題組（Particle and Fluidization Technology Research Laboratory），成為國(guó)內(nèi)首家具有完整粉末涂料全流程研究的高�？蒲袌F(tuán)隊(duì)。國(guó)內(nèi)外團(tuán)隊(duì)擁有完整的從前端到終端的粉末涂料制備、涂料粉體性能檢測(cè)、噴涂工藝和涂層性能測(cè)試設(shè)備，主要研究方向涉及粉末涂料的各個(gè)方面，包括超細(xì)粉末涂料技術(shù)，低溫固化、抗菌、疏水、防腐、耐高溫等功能性粉末涂料技術(shù)，金屬粉邦定技術(shù)，顆粒分級(jí)技術(shù)，粉末噴涂設(shè)備改造等。粉末涂料與傳統(tǒng)油漆相比，具有漆膜機(jī)械性能好、無(wú)污染、成本低、易操作、可回收（利用率高）等優(yōu)點(diǎn)。但現(xiàn)行的粉末涂料表面外觀質(zhì)量不如油漆；漆膜厚度較大（一般是油漆膜厚的2-3倍），造成浪費(fèi)，而且過(guò)厚的漆膜還導(dǎo)致附著力、彎曲性能等漆膜指標(biāo)降低。這些缺點(diǎn)是由于現(xiàn)行的粉末涂料顆粒粗大（大于35微米）所造成。減小涂料顆粒粒徑，可以改善涂膜性能。但當(dāng)顆粒細(xì)到25微米以下時(shí)，按粉體技術(shù)中常用的Geldart分類法，粉體就變?yōu)榱藰O易聚團(tuán)、難于操作的C類顆粒，無(wú)法進(jìn)行噴涂施工。針對(duì)超細(xì)涂料由于范德華力等團(tuán)聚力的作用，無(wú)法流化和噴涂的問(wèn)題，自上世紀(jì)九十年代初以來(lái)，全球許多公司和研究機(jī)構(gòu)都一直在進(jìn)行超細(xì)粉涂料項(xiàng)目的研究。目前國(guó)外最領(lǐng)先的“薄膜型”粉末涂料的平均粒徑最小能做到26-29微米，對(duì)應(yīng)的漆膜厚度一般在55微米以上。這種“薄膜型”粉末涂料只能算是“偏細(xì)粉末涂料”，還不是真正意義上的超細(xì)粉末涂料。西安大略大學(xué)顆粒技術(shù)研究中心（UWO-PTRC）采用全新的納米添加劑技術(shù)及生產(chǎn)工藝成功地解決了小于25微米甚至更細(xì)粉末涂料的團(tuán)聚問(wèn)題，實(shí)現(xiàn)真正的超細(xì)粉末涂料（小于25微米）的噴涂。該技術(shù)采用特殊配方的納米添加劑和獨(dú)特的生產(chǎn)工藝（添加方式），使納米添加劑均勻分布和牢固地附著在涂料顆粒表面，涂料顆粒間的相互吸引力（團(tuán)聚力）大大降低（降低幾十倍到幾百倍），從而使聚團(tuán)的、無(wú)法噴涂的超細(xì)粉末涂料具有極高的流動(dòng)性和可噴涂性，能夠直接在現(xiàn)有噴涂設(shè)備上使用。采用這種超細(xì)粉涂料既實(shí)現(xiàn)了超薄噴涂（膜厚小于40微米）《表1），大量減少涂料用量，降低用戶成本，節(jié)約資源，又能大大提高粉末噴涂的外觀質(zhì)量，得到近似液體涂料那樣薄而平整的涂層（表1，圖1）。由于超細(xì)粉末涂料優(yōu)異的流平性，使其不僅可用于所有現(xiàn)行粉末涂料所使用的場(chǎng)合，而且可以滿足高端應(yīng)用市場(chǎng)的需求，大幅提高粉末涂料的應(yīng)用范圍。低溫固化粉末涂料被譽(yù)為綠色涂料中的綠色產(chǎn)品，是涂料行業(yè)公認(rèn)的發(fā)展方向。它除了不含任何溶劑外，施工過(guò)程中的能耗指標(biāo)和生產(chǎn)效率都比普通粉末涂料更優(yōu)越。近年來(lái)世界幾大涂料公司都投入大量資源研發(fā)低溫固化粉末涂料，但受制于關(guān)鍵的技術(shù)瓶頸，目前它的產(chǎn)量仍很小、市場(chǎng)應(yīng)用不寬，其市場(chǎng)占有率不到1％。粉末涂料的低溫固化特性一般是靠改變涂料的樹脂系統(tǒng)以及在原料中添加固化促進(jìn)劑來(lái)實(shí)現(xiàn)的。低溫固化粉末涂料能有效降低爐溫或縮短烘烤時(shí)間，達(dá)到節(jié)能和提高生產(chǎn)效率的目的。這種傳統(tǒng)的低溫固化技術(shù)在生產(chǎn)和使用中會(huì)遇到三大問(wèn)題：第一，生產(chǎn)較困難。原料中的固化促進(jìn)劑降低了熱擠出的上限溫度，使涂料的生產(chǎn)過(guò)程更難操控，廢品率高。第二，運(yùn)輸儲(chǔ)存困難。低溫固化粉末涂料容易預(yù)固化，增加了涂料的運(yùn)輸和儲(chǔ)藏的難度，同時(shí)還影響了最終漆膜的表觀性能。低溫固化粉通常需要冷藏車運(yùn)輸，并儲(chǔ)藏在冷藏庫(kù)中。第三，涂層表觀質(zhì)量下降大，一般表現(xiàn)為橘皮紋增加和表面光澤下降。這些問(wèn)題與困難大大提高了低溫固化粉末涂料的成本，縮小了它們的使用范圍和使用便利性，其節(jié)能的優(yōu)勢(shì)也被掩蓋和遺忘。UWO-PTRC團(tuán)隊(duì)開發(fā)了一種新型低溫固化技術(shù)來(lái)解決傳統(tǒng)低溫固化粉末涂料所遇到的問(wèn)題與困難。這項(xiàng)技術(shù)使用了一套獨(dú)特的干混式固化催化劑DBC（Dry-blended Catalyst）來(lái)代替現(xiàn)有的低溫固化催化劑。避開了熱擠出過(guò)程，而是直接干混入成品粉，從而不會(huì)造成粉末生產(chǎn)上的困難。同時(shí)，DBC在粉末涂料成膜之前，并不與樹脂和固化劑發(fā)生作用，因而有效地避免了預(yù)固化，保證了涂料運(yùn)輸、儲(chǔ)藏的方便性以及漆膜的表觀性能不受影響。這項(xiàng)技術(shù)完全解決了傳統(tǒng)低溫固化粉末涂料的生產(chǎn)和運(yùn)輸儲(chǔ)存問(wèn)題，大大降低了成本，擴(kuò)大了使用范圍，使其節(jié)能的優(yōu)勢(shì)得以更好地運(yùn)用于工業(yè)生產(chǎn)中。以一種黑色高光純聚酯粉末涂料為例，使用PTRC低溫固化技術(shù)，可使固化溫度從200℃降低到165-150℃，節(jié)能15-20‰或在相同溫度下使固化時(shí)間縮短一半，能耗降低50％。同時(shí)涂料成本與普通高溫涂料相仿，涂膜的各項(xiàng)物理化學(xué)性能均達(dá)到普通高溫粉末涂料的指標(biāo)（表2）。這一新技術(shù)可用于生產(chǎn)純聚酯粉、環(huán)氧·聚酯混合粉、環(huán)氧粉以及聚氨酯粉等的各種粉末涂料，具有廣泛的適用性，是一項(xiàng)引領(lǐng)粉末涂料發(fā)展方向、促進(jìn)環(huán)保、帶動(dòng)涂料行業(yè)產(chǎn)業(yè)升級(jí)的綠色環(huán)保技術(shù)。抗菌涂料是一種具有殺菌（含病毒）功能的涂料。它能在數(shù)分鐘至數(shù)小時(shí)內(nèi)將涂層表面的細(xì)菌和病毒殺死，避免許多疾病的傳播。其抗菌功能來(lái)自于加入到涂料中的抗菌功能材料。抗菌涂料在醫(yī)院設(shè)施、醫(yī)療用品、食品加工業(yè)、辦公樓、公共交通工具、家用電器、個(gè)人電子產(chǎn)品、兒童玩具等領(lǐng)域有著廣泛的市場(chǎng)，是一種極具市場(chǎng)潛力的新型功能涂料。目前市場(chǎng)上以沸石載體銀離子抗菌劑為主導(dǎo)，但這種銀離子抗菌劑在耐久性方面仍不理想。由于這種抗菌劑中的銀是以離子形式存在的，在潮濕條件下很快全部遷移到涂層表面，而沸石納米孔中的銀離子儲(chǔ)量有限，所以涂層在水洗后很快失去抗菌功能。近年出現(xiàn)的納米銀顆粒型抗菌劑有望解決銀粒子緩釋向題和儲(chǔ)量不足的問(wèn)題。但納米銀需要首先轉(zhuǎn)化為離子銀才能有抗菌功能，因此納米銀抗菌劑須與使原子銀離子化的添加劑相結(jié)合，同時(shí)還要控制銀離子轉(zhuǎn)化速率，以達(dá)到緩釋的目的，從而實(shí)現(xiàn)極高的耐久性。從已經(jīng)報(bào)道的國(guó)內(nèi)外專利技術(shù)和市場(chǎng)產(chǎn)品的實(shí)測(cè)結(jié)果來(lái)看，它們要么完全沒有離子化機(jī)制，要么沒有緩釋機(jī)制，其抗菌效果和耐久性還遠(yuǎn)遠(yuǎn)無(wú)法滿足應(yīng)用要求。針對(duì)現(xiàn)有抗菌涂料技術(shù)的問(wèn)題與缺陷，UWO-PTRC團(tuán)隊(duì)開發(fā)了一種超強(qiáng)型抗菌涂料技術(shù)。這種涂料使用具有“雙控機(jī)制”的抗菌劑，抗菌劑采用納米金屬顆粒作為抗菌離子源，配以金屬顆粒離子化添加劑和金屬離子納米陣列緩釋技術(shù)，大大提高了載體中金屬離子的附載量，同時(shí)更好地控制了金屬離子的釋放過(guò)程。采用ASTM E2180-07標(biāo)準(zhǔn)所作的各種檢測(cè)證明，超強(qiáng)型抗菌涂料的有效殺菌壽命是現(xiàn)有歐美主流抗菌涂料的5倍以上。圖2給出了PTRC抗菌涂料技術(shù)與目前市場(chǎng)上某主流產(chǎn)品的加速老化對(duì)比實(shí)驗(yàn)結(jié)果。
現(xiàn)有某主流產(chǎn)品A在清洗3次以后已經(jīng)完全失去殺菌能力，即使在24小時(shí)后菌落仍然存活，與未涂抗菌涂料的鋁質(zhì)底材幾乎沒有區(qū)別；PTRC超強(qiáng)殺菌涂料在清洗10次后仍具有很強(qiáng)的殺菌性能：2小時(shí)內(nèi)90％的菌落已經(jīng)被殺死，4小時(shí)內(nèi)殺菌率達(dá)到99.9％。這一新型抗菌技術(shù)以原子-離子緩慢轉(zhuǎn)化和受控?zé)o機(jī)多孔包敷（緩釋）為特征，具有高效抗菌性和超強(qiáng)耐久性，具有很強(qiáng)的市場(chǎng)潛力。
疏水涂層具有良好的抗臟自潔能力、耐腐蝕性和降低流體-固體間摩擦系數(shù)的特性，有著廣闊的市場(chǎng)，特別對(duì)于建筑、橋梁、電力輸送設(shè)施、汽車、高鐵、航空航天器等的抗臟、除冰、防腐蝕等有著極其重大的意義。目前已有技術(shù)可以獲得超疏水涂層，但涂層的耐久性往往與其疏水性成反比，因而在實(shí)際應(yīng)用中，疏水涂層很難同時(shí)達(dá)到很高的疏水效果和耐久性。除已經(jīng)實(shí)用化的用于手機(jī)屏和鏡頭的透明疏水涂層（疏水性仍不理想，水接觸角一般小于120°）以外，市場(chǎng)上有疏水涂層的產(chǎn)品非常少見，特別是具有超疏水表面的產(chǎn)品幾乎沒有。UWO-PTRC通過(guò)對(duì)疏水涂料、涂層的研究，解決了該領(lǐng)域的許多關(guān)鍵技術(shù)難點(diǎn)，其研發(fā)的產(chǎn)品同時(shí)具有優(yōu)異的疏水性和耐久性。足相應(yīng)應(yīng)用領(lǐng)域?qū)δ途眯砸蟮那疤嵯�，水接觸角可以達(dá)到120°-170°，是一種具有市場(chǎng)潛力的新型功能涂層技術(shù)。如以一種黑色聚酯粉末涂料為例，采用新型疏水技術(shù)，可獲得159°的接觸角，同時(shí)表面可耐受3800次摩擦。圖3為PTRC在在輸電線路故障報(bào)警裝置上的應(yīng)用。耐高溫粉末涂料，具有很好地耐熱性和耐腐蝕性，可廣泛應(yīng)用于傳熱、散熱及高溫部件，如暖氣換熱片、燒烤爐、燈飾、爐具等多種耐溫設(shè)備上。為了獲得良好的耐熱性，耐高溫涂料需選用具有高熔融和分解溫度的特殊樹脂，因此在普通粉末涂料制造中使用的傳統(tǒng)復(fù)合技術(shù)（擠出工藝）已不適用于耐高溫粉末涂料系統(tǒng)，需要開發(fā)特殊的復(fù)合工藝。針對(duì)耐高溫樹脂無(wú)法擠出的問(wèn)題，UWO-PTRC開發(fā)了一種新型復(fù)合技術(shù)，采用特殊混合和邦定法，可成功將耐高溫樹月旨、固化劑、填料、顏料等邦定，制備出具有相同或更好性能的分散涂料的涂層。如采用聚醚醚酮（熔融溫度343℃）作為樹脂成功制備長(zhǎng)期使用溫度為200℃的高溫涂料。該復(fù)合技術(shù)操作簡(jiǎn)單，成本低廉，可用于各種耐高溫涂料的制備。溶劑型重防腐涂料中大量使用鋅粉作為犧牲陽(yáng)極材料以提高普通環(huán)氧/聚酰胺涂料的防腐蝕性能。高添加量的鋅粉會(huì)極大地提高配方成本、加工及施工難度，并會(huì)造成固化后涂層脆硬、容易開裂及抗沖擊性能急劇下降。針對(duì)這個(gè)缺點(diǎn)，UWO-PTRC團(tuán)隊(duì)采用特種片層狀添加劑與鋅粉在傳統(tǒng)擠出機(jī)中添加，不需要額外的生產(chǎn)設(shè)備。這類添加劑極其衍生物（如樹脂包裹后的產(chǎn)品）能夠使鋅粉的添加量最低減少至20％。其抗腐蝕性能經(jīng)中性鹽霧測(cè)試能夠超過(guò)5000小時(shí)，滿足苛刻的重防腐行業(yè)要求。該重防腐富鋅粉末涂料技術(shù)滿足了更低鋅粉含量的要求并適用于多種粉末涂料體系中，必將大大擴(kuò)展粉末涂料的應(yīng)用領(lǐng)域，例如大規(guī)模工業(yè)化生產(chǎn)的高耐腐蝕要求的場(chǎng)合。海上運(yùn)輸集裝箱、高要求的埋地管線、波紋管等是其首選的應(yīng)用場(chǎng)合。粉末涂料粒度分布主要由粉碎設(shè)備及分級(jí)設(shè)備來(lái)控制�？諝夥旨�(jí)磨（Air classifier mill，簡(jiǎn)稱ACM磨）是一種機(jī)械粉碎設(shè)備，它是將粉碎、分級(jí)和收集三步串聯(lián)起來(lái)協(xié)同作用，在粉碎過(guò)程中完成產(chǎn)品的分級(jí)，粉碎效率高、產(chǎn)率高；同時(shí)設(shè)備密封性好，其生產(chǎn)環(huán)境粉塵污染小，是粉末涂料工業(yè)上最常用的機(jī)械粉碎設(shè)備。然而空氣分級(jí)磨在粉碎物料時(shí)存在的過(guò)粉碎問(wèn)題是長(zhǎng)期以來(lái)困擾機(jī)械粉碎法制備粉體材料的主要問(wèn)題。由于粉碎過(guò)程是高能耗過(guò)程，過(guò)粉碎會(huì)顯著增加能耗，降低目標(biāo)粒徑的產(chǎn)率；同時(shí)大量過(guò)細(xì)粘性顆粒的存在會(huì)大大降低粉體的流動(dòng)性，使得噴涂難以進(jìn)行。為了降低小顆粒比例，減小粉末涂料粒徑跨度，通常采用增加粉碎后處理過(guò)程，如多次分級(jí)或加入篩分等來(lái)去除小顆�；蜻^(guò)大顆粒。雖然這些方法能夠降低粒徑分布，但會(huì)增加粉碎過(guò)程的能耗和工藝的復(fù)雜性，同時(shí)還需增加大量額外設(shè)備和人力，加大處理過(guò)程的成本。為克服以上缺點(diǎn)，在不增加設(shè)備和工序的前提下，控制顆粒粒徑的分布，則需對(duì)空氣分級(jí)磨自身結(jié)構(gòu)進(jìn)行改造和優(yōu)化。根據(jù)分級(jí)磨的結(jié)構(gòu)，造成過(guò)粉碎主要有兩個(gè)方面的原因：一是分級(jí)器不可能把細(xì)小顆粒完全地從返回粉碎裝置進(jìn)行再粉碎的顆粒中分離出來(lái)；二是粉碎裝置無(wú)法區(qū)分顆粒大小而使返回后的細(xì)小顆粒被再次破碎。根據(jù)上述分析，為提高粉碎后顆粒粒徑的一致性，可對(duì)粉碎裝置和分級(jí)器進(jìn)行優(yōu)化。同時(shí)，根據(jù)分級(jí)磨的結(jié)構(gòu)，顆粒中心還針對(duì)顆粒收集裝置-旋風(fēng)分離器進(jìn)行結(jié)構(gòu)改造，進(jìn)一步去除細(xì)小顆粒。3.1.1 粉碎裝置的優(yōu)化改造技術(shù)本技術(shù)采用齒槽狀擊柱代替?zhèn)鹘y(tǒng)圓柱型和棱柱型擊柱，通過(guò)齒槽結(jié)構(gòu)形成空氣“緩沖層”，實(shí)現(xiàn)空氣分級(jí)磨粉碎裝置的優(yōu)化。當(dāng)顆粒以相同速度到達(dá)擊柱迎風(fēng)面前緣時(shí)，由于凹槽的存在，顆粒并未到達(dá)擊柱的擊打面，尚未發(fā)生有效碰撞。凹槽的結(jié)構(gòu)可以保存部分靜止的空氣，形成“緩沖層”，當(dāng)顆粒繼續(xù)從擊柱前緣運(yùn)動(dòng)至擊柱的擊打面時(shí)，由于空氣“緩沖層”的存在，顆粒到達(dá)齒狀擊柱擊打面時(shí)的速度減小，顆粒擁有的動(dòng)能減小，從而使顆粒發(fā)生破碎的概率降低。空氣“緩沖層”對(duì)不同粒徑的顆粒作用不同。小顆粒的慣性小，“緩沖層”可以大幅降低小顆粒的運(yùn)動(dòng)速度，從而降低小顆粒再次碰撞破裂的概率而大顆粒慣性大，空氣“緩沖層”不足以影響大顆粒的速度，因此不會(huì)降低大顆粒的粉碎效率。齒槽型擊柱與傳統(tǒng)擊柱的對(duì)比效果，如圖4所示。與傳統(tǒng)擊柱相比，在相同中粒徑D50的條件下，齒槽狀擊柱得到的產(chǎn)品D10顯著增加，說(shuō)明過(guò)小粒徑顆粒含量降低。一般情況下，對(duì)于常規(guī)粉（中粒徑大于30μm）來(lái)說(shuō)，當(dāng)其D10小于11μm時(shí)這種粉末涂料極易造成廢粉率高、上粉率低等問(wèn)題，在噴涂時(shí)產(chǎn)生“噴粉”的現(xiàn)象（對(duì)于超細(xì)粉來(lái)說(shuō)，D10值為9μm）。對(duì)于可滿足噴涂要求的D10而言，齒槽狀擊柱得到的產(chǎn)品中粒徑D50更小。中粒徑越小，意味著最終產(chǎn)品的涂層平整度越好，噴涂效果越理想，漆膜質(zhì)量越高。此外，由于過(guò)粉碎的減少，提高了能源利用率和被粉碎材料的利用率，所以這一改進(jìn)同時(shí)也提升了設(shè)備的粉碎效率和產(chǎn)品的收率。
3.1.2 分級(jí)機(jī)的優(yōu)化改造技術(shù)
空氣分級(jí)磨分級(jí)機(jī)的分離作用主要是通過(guò)離心力和曳力實(shí)現(xiàn)的。小于切割粒徑的粉末能夠隨氣流通過(guò)分級(jí)機(jī)（副磨），進(jìn)入旋風(fēng)分離器，經(jīng)過(guò)與氣體的分離被收集為產(chǎn)品；大于切割粒徑的粉末則會(huì)被分級(jí)機(jī)（副磨）從氣流中分選出，返回下方的主磨進(jìn)行進(jìn)一步的研磨。但在實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程中，分級(jí)機(jī)（副磨）的高速旋轉(zhuǎn)會(huì)造成氣流更強(qiáng)的湍動(dòng)，在分級(jí)機(jī)（副磨）葉片間會(huì)形成一些渦流，使得一些大于切割粒徑的粗粉也能夠通過(guò)分級(jí)機(jī)（副磨）（圖5a點(diǎn)處），造成產(chǎn)品較寬的粒徑分布。
針對(duì)這一問(wèn)題，UWO-PTRC團(tuán)隊(duì)對(duì)分級(jí)機(jī)的葉片進(jìn)行了一系列的改進(jìn)，采用特殊結(jié)構(gòu)，減少氣流通過(guò)副磨時(shí)產(chǎn)生的湍流，從而提高其分選效果。圖6中Span為粒徑分布跨度，其值為（D90-D10）/D50，跨度span越小，說(shuō)明粒徑分布越窄。從圖6中可見，使用改進(jìn)后的分級(jí)機(jī)葉片，相比于葉片未改進(jìn)情況，在中粒徑D50相同時(shí)，粒徑分布得到了明顯的提高。
3.1.3 旋風(fēng)分離器的優(yōu)化改造技術(shù)
旋風(fēng)分離器是一種不需要任何運(yùn)動(dòng)部件，由離心力使氣流旋轉(zhuǎn)將夾帶粒子分離出來(lái)的裝置。這種裝置結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、成本低、效率較高，被廣泛應(yīng)用于氣固和固液分離操作中。旋風(fēng)分離器主要由向上氣流帶走細(xì)小顆粒，因此可通過(guò)增加向上氣流的方法來(lái)提高細(xì)小顆粒的去除率。分級(jí)型旋風(fēng)分離器的原理就是在底部開口引入相反氣流來(lái)實(shí)現(xiàn)顆粒分級(jí)。但加入反向氣流的同時(shí)也造成部分大顆粒損失，以致回收率大幅降低。針對(duì)此問(wèn)題，UWO-PTRC設(shè)計(jì)了一種具有特殊二次進(jìn)風(fēng)結(jié)構(gòu)的分機(jī)型旋風(fēng)分離器。通過(guò)引入二次進(jìn)風(fēng)，破碎顆粒聚集體和引導(dǎo)顆粒向上運(yùn)動(dòng)來(lái)去除細(xì)小顆粒，減小顆粒粒徑分布，同時(shí)通過(guò)來(lái)控制二次風(fēng)的風(fēng)量和方向，來(lái)減小由于分級(jí)效果帶來(lái)的收率降低。
改造后旋風(fēng)分離器的效果如表3所示，可以看到經(jīng)過(guò)改造后旋風(fēng)分離器得到的產(chǎn)品粒徑分布明顯變窄，同時(shí)產(chǎn)品收率均在85％以上，說(shuō)明該結(jié)構(gòu)改造可在極大的優(yōu)化粒徑分布，同時(shí)保證較高的產(chǎn)品收率。同時(shí)該旋風(fēng)分級(jí)器的改造無(wú)外加電機(jī)，設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單，操作方便，系統(tǒng)壓降低，該法為同時(shí)實(shí)現(xiàn)氣固分離和小顆粒的分級(jí)提供了一種簡(jiǎn)單方便、經(jīng)濟(jì)可行的方法。
對(duì)于粉末涂料行業(yè)而言，D10和跨度是影響到終端漆膜性能以及粉末涂料產(chǎn)率和上粉率的重要因素。如前文所述，粉末顆粒間的分子間作用力是隨中粒徑減小呈指數(shù)倍增長(zhǎng)的，尤其是超細(xì)粉粉末涂料極易形成團(tuán)聚物，流動(dòng)性能極差。因此，在粉碎過(guò)程中對(duì)粉末涂料產(chǎn)品的粒度分布進(jìn)行合理有效的控制，對(duì)于提高涂料產(chǎn)品的上粉率，降低廢粉率，改善涂膜外觀具有十分重要的意義。以上所提到的三種粒徑控制技術(shù)，無(wú)需任何外加設(shè)備和工序，依靠對(duì)設(shè)備本身結(jié)構(gòu)的改造來(lái)優(yōu)化粒度分布，操作簡(jiǎn)單，成本低廉，適于工業(yè)放大。同時(shí)上述方法既可聯(lián)合使用，如應(yīng)用于空氣分級(jí)磨，也可單獨(dú)對(duì)某一操作單元或設(shè)備，如氣流分級(jí)機(jī)、旋風(fēng)分離器進(jìn)行優(yōu)化。金屬粉末涂料和仿金屬閃光效果粉末涂料因能提供絢爛的點(diǎn)狀閃光和多色效應(yīng)以及突出的保護(hù)功能，廣泛應(yīng)用于汽車、家電、手機(jī)和儀器儀表等高檔工業(yè)產(chǎn)品。金屬粉末涂料多彩絢麗外觀主要是通過(guò)加入金屬顏料來(lái)實(shí)現(xiàn)的。但由于金屬顏料顆粒與底粉顆粒兩者的物性差別較大，在運(yùn)輸和靜電噴涂的過(guò)程中產(chǎn)生分離，造成涂膜外觀色澤分布不均、上粉不一致等問(wèn)題。為克服上述問(wèn)題，需要將金屬顏料和底粉顆粒預(yù)先邦定。目前工業(yè)上最常用的是熱邦定法。但該法存在一定的缺陷，邦定過(guò)程需要精確地控制邦定溫度和邦定時(shí)間。如溫度過(guò)低，底粉不能軟化，沒有粘附力，達(dá)不到邦定效果；而溫度過(guò)高或時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，則容易造成結(jié)塊甚至預(yù)固化，而產(chǎn)生廢品。針對(duì)目前工業(yè)邦定法存在的問(wèn)題，UWO-PTRC開發(fā)了多種金屬粉邦定法來(lái)實(shí)現(xiàn)金屬粉末涂料的制備。一種是常溫邦定技術(shù)，即采用對(duì)（仿）金屬粉進(jìn)行水溶性樹脂包覆后，以一定比例添加至粉末冷料體系中，最后使用特定方法實(shí)現(xiàn)與粉末涂料顆粒間的邦定。圖7為常溫邦定與未邦定產(chǎn)品的對(duì)照?qǐng)D，從圖中可以看到未邦定產(chǎn)品其表面無(wú)粉末顆粒粘結(jié)，而邦定后顆粒和片狀金屬顏料粘結(jié)良好。結(jié)果測(cè)試表明金屬粉添加量為2.0％時(shí)，噴涂后發(fā)現(xiàn)未邦定樣品其涂膜中金屬粉含量?jī)H1.1％，邦定樣品其涂膜中金屬粉含量依舊為2.0％，說(shuō)明金屬粉與底粉邦定效果好。
另一種方法采用特殊加熱工藝，選擇性加熱鋁片，不使底粉顆粒表面熔融，從而避免了工業(yè)熱邦定法帶來(lái)了的弊端。表4對(duì)比了該法與傳統(tǒng)方法的邦定效果。結(jié)果表明在不同的噴涂電壓下，該方法生產(chǎn)的粉末涂料產(chǎn)品，均已達(dá)到甚至超過(guò)了現(xiàn)行的熱邦定法的效果，其涂膜性能優(yōu)于現(xiàn)行工業(yè)邦定產(chǎn)品，成功實(shí)現(xiàn)了邦定金屬粉和粉末涂料。本方法不僅避免了使用昂貴的熱邦定設(shè)備，選擇性的加熱鋁片可大幅降低能耗，提高效率，還解決了現(xiàn)行方法存在的預(yù)固化、粉末涂料間的誤邦定、高廢品率和高成本等問(wèn)題。本方法普遍適用于金屬粉與各種熱固性和熱塑性粉末涂料以及與其它各種樹脂的邦定。
兩種邦定方法，均可達(dá)到或超過(guò)工業(yè)上廣泛使用的熱邦定法的效果。常溫邦法定更適宜小規(guī)模生產(chǎn)，選擇性加熱法適用于便于放大及連續(xù)生產(chǎn)，更適合工業(yè)生產(chǎn)。
在現(xiàn)代化粉末涂料噴涂生產(chǎn)過(guò)程中，靜電噴槍擔(dān)當(dāng)了最重要的核心職能，是高效率噴涂的基本設(shè)備。其中電暈噴槍具有充電穩(wěn)定、噴涂均勻等優(yōu)點(diǎn)而被廣泛使用。在噴涂過(guò)程中，電暈噴槍使得粉末帶電，使其快速、高效地附著在接地的工件表面。然而，在實(shí)際粉末噴涂過(guò)程中，由于工件外形和構(gòu)造的復(fù)雜，粉末涂料在凹陷區(qū)域和死角處的上粉率低于其他部位，造成涂膜的不均勻性，不僅必向美觀，也影響涂層的保護(hù)功效。影響凹陷區(qū)和死角上粉率的因素主要是由于法拉第籠屏蔽效應(yīng)。當(dāng)電暈噴槍釋放出強(qiáng)電場(chǎng)時(shí)，噴涂的粉末粒子會(huì)集中在電力線分布較密集的部分（即工件表面凹槽部位的邊緣處），粉末很難到達(dá)槽內(nèi)，而邊緣處場(chǎng)強(qiáng)高，直接導(dǎo)致粉末在邊緣處過(guò)多沉積，造成凹槽內(nèi)及邊緣粉末覆蓋的不均勻。為了覆蓋凹陷區(qū)域和各種死角，在噴涂線上需要采用專人進(jìn)行補(bǔ)噴或二次局部噴涂，大大增加了噴涂成本，降低了噴涂效率。為克服法拉第籠效應(yīng)研究者做了許多嘗試和努力，如開發(fā)內(nèi)充電噴槍以及采用摩擦式充電噴槍。摩擦式靜電噴槍不會(huì)產(chǎn)生強(qiáng)的外電場(chǎng)，因此漆粉能夠進(jìn)入死角及凹槽。然而，摩擦式靜電噴槍的穩(wěn)定性較差，上粉率低，對(duì)工作環(huán)境要求高，因而使用面很窄。內(nèi)充電槍由于充電效率低，也未能獲得實(shí)際應(yīng)用。迄今為止克服噴涂中的法拉第籠效應(yīng)沒有取得很好的成果。針對(duì)現(xiàn)有問(wèn)題，UWO-PTRC團(tuán)隊(duì)提出了一個(gè)改進(jìn)電暈噴槍的方法來(lái)克服法拉第籠效應(yīng)。與傳統(tǒng)電極持續(xù)充電的電暈噴槍不同的是，該靜電噴槍技術(shù)在保證充電電流的前提下，可降低電場(chǎng)強(qiáng)度，有效克服法拉第籠效應(yīng)，大幅度降低逆向電離(Back Ionization)效應(yīng)，保證更多的帶電顆粒進(jìn)入到凹槽或死角處。同時(shí)由于逆向電離(Back Ionization)效應(yīng)降低，從而大幅度提高上粉率和噴涂效率。為測(cè)試噴槍改造效果，實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)了如圖8所示的凹型結(jié)構(gòu)，抗法拉力籠能力由c板的上粉率與A板和B板平均上粉率的比值表示。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，在不同噴涂電壓下，噴槍改造后該比值從35％提升至45％以上，且整體上粉率也從62％提升至將近70％，說(shuō)明該噴槍改進(jìn)方案既可大幅提高電暈噴槍的“法拉第籠效應(yīng)”抵抗力，又可明顯提升上粉率。隨著各國(guó)環(huán)保法規(guī)的不斷收緊以及我國(guó)國(guó)民環(huán)保意識(shí)的增強(qiáng)、國(guó)家環(huán)保法規(guī)的完善和落實(shí)，溶劑型傳統(tǒng)涂料將逐步被粉末涂料等環(huán)保產(chǎn)品所取代。具有世界領(lǐng)先水平的西安大略大學(xué)顆粒技術(shù)研究中心和天津大學(xué)顆粒學(xué)和流態(tài)化技術(shù)研究課題組將繼續(xù)致力于各種先進(jìn)粉末涂料技術(shù)的開發(fā)，以及與企業(yè)的產(chǎn)學(xué)研合作，使粉末涂裝技術(shù)滿足更高層次的市場(chǎng)需求。來(lái)源：1.天津大學(xué)化工學(xué)院，天津化學(xué)化工協(xié)同創(chuàng)新中心 2.加拿大西安大略大學(xué)化學(xué)與生物工程系免責(zé)聲明：所載內(nèi)容來(lái)源于互聯(lián)網(wǎng)及微信公眾號(hào)等公開渠道，我們對(duì)文中觀點(diǎn)保持中立，文中觀點(diǎn)不代表本公眾號(hào)觀點(diǎn)，所有文章僅供參考，交流之目的。轉(zhuǎn)載的稿件版權(quán)歸原作者和機(jī)構(gòu)所有，如有侵權(quán)，請(qǐng)聯(lián)系我們刪除。（轉(zhuǎn)載于：粉末登場(chǎng)） 
2021亞太國(guó)際工業(yè)涂料、粉末涂料與涂裝展覽會(huì)將于8月30日—9月1日在廣州保利世貿(mào)博覽館盛大舉行。展會(huì)由廣東省涂料行業(yè)協(xié)會(huì)主辦，廣東智展展覽有限公司、《Paint & Coatings Industry》雜志中文版、中涂聯(lián)合國(guó)際會(huì)展（廣州）有限公司聯(lián)合承辦。展會(huì)得到美國(guó)粉末涂料涂裝協(xié)會(huì)、英國(guó)化學(xué)貿(mào)易協(xié)會(huì)、韓國(guó)涂料油墨行業(yè)協(xié)會(huì)、泰國(guó)涂料業(yè)生產(chǎn)者協(xié)會(huì)及河南省、湖南省、湖北省、陜西省等國(guó)內(nèi)外十多家涂料行業(yè)組織的大力支持。展會(huì)立足華南，面向全國(guó)，規(guī)劃展覽面積25000㎡，平臺(tái)通過(guò)強(qiáng)大的資源整合，為行業(yè)帶來(lái)更多的機(jī)會(huì)，參展企業(yè)超過(guò)500家。展會(huì)將與2021亞太國(guó)際粉末涂料與涂裝應(yīng)用高峰論壇、2021國(guó)際（廣州）涂料工業(yè)展覽會(huì)暨涂料原料選料大會(huì)，第十四屆國(guó)際（廣州）表面處理、電鍍、涂裝展覽會(huì)同期舉行，補(bǔ)強(qiáng)產(chǎn)業(yè)鏈，共享超過(guò)5萬(wàn)人的專業(yè)參觀商。與數(shù)萬(wàn)行業(yè)人士同行，共同參與 2021年度中國(guó)華南地區(qū)最具影響力的工業(yè)涂料展！
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