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金属粉末涂料的技术和安全

作者:刘际平,总工,老虎粉末涂料制造(太仓)有限公司,江苏省太仓市   |  发表于:2016-07-22   |  关键词:金属颜料,粉末涂料,珠光颜料,铜金粉,生产设备,   | 摘自: 2016年美国PCI中文版电子杂志6月刊

汽车到家电和IT等金属色显得时尚高端。金属效果粉末涂料越来越受到市场青睐。受到青睐的金属粉有银色,金色和铜色。这个倾向是从汽车工业开始,现在其它工业也开始盛行。在这些金属色中银色尤其受到客户喜欢。金属粉末涂料也是如此,所占的市场份额越来越大。许多粉末涂料制造商也看到了这个趋势。

金属粉末涂料是在底粉中添加金属颜料,给表面带来金属效果,具有很好的装饰性能。随着国家环保法律法规越来越严,越来越多的液体金属被迫转向粉末涂料。但要生产出质量高,性能稳定的金属粉末涂料,需要有一定的技术和经验。从整体技术来考虑,包括原材料选择,实验室打样,生产工艺以及质量控制,同时还要做好安全。

原材料选择

要在对不同种类和不同供应商的金属颜料的性能有深入的了解后,才能将合适的金属颜料恰到好处的应用。

根据粉末涂料的要求来选择不同的金属颜料,常用金属颜料品种有:铝银粉颜料、珠光颜料、铜金粉颜料等。金属颜料有很多色相的产品,极大地丰富了粉末涂料的品种和装饰性。

铝银粉

铝粉有浮型,易于浮到表面,只有硬脂酸表面处理,不耐候。这类较细的铝粉用于做镜面银,表面要透明粉罩光。未经包覆处理的铝颜料用于仿铬和镜面银效果,不具备耐蚀性,因而必须要采用透明罩光涂层。由于这类颜料即使是在透明涂层的保护下都可能氧化,因此,不能用于建筑外墙涂料。

表1

此外还有非浮型和超高性能铝银粉,表1列出了不同铝银粉的包覆种类。

图1

铝粉粒径的粗细表现出不同的性能,从5um到75um可分成若干等级,见图1,不同粒径的铝颜料具有不同的光亮度、闪烁性、随角异色和遮盖力。

铝银粉的优点在于金属质感强,原料容易得到。缺点是色相单一,耐化学性不好。

珠光颜料

珠光颜料为无机颜料,它们由云母芯片组成,其外层包裹为具有高折射指数的金属氧化物,如二氧化钛,氧化铁。高折光指数的金属氧化物,低折光指数的云母芯片及低折光指数的周边介质平行排列,产生可视的彩虹颜色,见图2。

图2

不同颜色是由不同金属氧化物和不同厚度产生。在微小的云母芯片上控制二氧化钛的涂层厚度,可获得干扰色。云母被其它金属氧化物如三氧化二铬或三氧化二铁包裹可产生金属色。诱人的黄金色和棕色是二氧化钛和三氧化二铁同步混合涂层的结果,如图3。

图3

珠光粉的优点在于珠光粉色相较多,耐化学性能好,其缺点是金属质感不强,相比铝粉差距太大。

铜金粉颜料

铜金粉(又称金粉)是以铜锌合金为原料,经过特殊的机械加工和表面化学处理制得的具有鳞片状结构,能够在黏结料中漂浮、呈现黄金光泽、具有颜料性质的一种金属颜料。

铜粉的优点在于铜粉色相较多,金属感强,其缺点是耐化学性差、比重大、用量大、耐温以及耐侯性差。

实验室打样

金属粉实验室打样是关键的第一步,特别是越来越多的用金属粉末涂料来替代液体金属漆,由于金属颜料在液体漆表面的排列与在粉末涂料涂层的排列有很大的区别,由于液体流动性很好,金属颜料在液体金属漆表面是平铺,表现出很强的金属效果;而粉末涂料在加热熔融时粘度比液体大很多,流动性比液体差很多。同时粉末涂料的膜厚比液体金属漆大很多,金属颜料在粉末涂层里的排列不规则,有平铺,有斜着和竖着的,因而金属感没有液体金属漆的那么强。

要用粉末涂料100%的配色出液体金属漆的效果是不切实际的。只有跟客户商量达到一种客户能接受的效果。由于实验室设备和生产设备(邦定机)是有区别的。实验室技术人员需要考虑这种区别,设计的配方能使生产能顺利生产出来。同时,实验室设计出来的配方,在生产上能够稳定生产,在客户处能够顺利使用。这就要衡量一个实验室的整体技术水平,首先要控制好底粉,包括粒径,反应速度等。然后要选择好金属颜料。控制好不同金属颜料的加量。再就是选择好邦定工艺参数。同时要设计好质量检测方法。

生产工艺

常用的金属粉末涂料的生产方法有三种,即挤出法、干混法和邦定法。

挤出法

挤出法是将金属颜料和配方中其它成分混合后一起挤出,然后粉碎过筛得到成品。这种方法可以将金属颜料粒子均匀包覆在树脂粉中。用该方法做出的金属粉可以用电晕静电枪或摩擦枪喷涂,几乎没有窗框效应,同时能够喷涂到凹槽处,并且可以回收利用。但通常用该法生产出的金属粉倾向于发黑或发灰,得不到亮闪的金属效果。

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只有垂纹(Hammertone)是用挤出法生产,如图4所示的表面效果。

干混法

干混法是将底粉(普通粉)和金属颜料在慢速低剪切力条件下混合。干混法生产方法简便且成本低。目前在中国粉末涂料市场上大部分金属粉末涂料是干混法生产的。干混法生产金属粉末涂料最突出的问题

是颜色的不稳定性。其次是利用回收粉会造成金属效果的损失,难以喷涂形状复杂的工件等。在干混法生产金属粉末涂料时,金属颜料的添加受到可喷涂性的限制,一般在1.5-6%,如果太多就不易喷涂。

邦定法

邦定法(Bonding)是将金属颜料粒子粘到底粉粒子表面。理想状况是所有金属粒子都粘到底粉粒子表面并且在应用过程不分开。但实际上一些金属粒子在底粉粒子表面粘得不是很牢或没有粘上去,这些金属粒子会引起问题。

通常情况下,邦定法生产出来的金属粉比干混法生产出来的金属粉所含超细粉少,比较好回收利用,回收利用后颜色比较稳定。较少出现窗框效应,喷涂到凹槽处较容易。

邦定法是一种生产金属粉末涂料的新技术。通过邦定技术,将金属颜料和底粉粒子紧紧粘结在一起,这样在喷涂施工时金属颜料就不会与底粉分离,避免一般干混法所产生的发花和不均匀性。

邦定法生产的金属粉末涂料的主要优势是:颜色稳定性好,较好的喷涂性能,可以回收利用。另外,Bongding技术可以使金属颜料的添加量更高(1%-20%),得到更多更佳的金属闪光效果。

质量控制

质量控制是非常关键的一步,在客户处是否使用顺利和稳定,需要在出厂前就要控制好。通过不断地经验总结,制定出来一套完整的质量控制方法。

如何控制色彩,因为金属粉的色差比非金属粉的影响因素多,除金属颜料外,底粉的颜色也有影响。同时粒径和反应速度也能影响金属粉的颜色效果。金属粉的吐粉问题需要在出货前控制好,由于细粒径的金属颜料过多,邦定效果又不好,在喷涂时容易聚集在枪头产生吐粉。

金属粉的另一个问题是阴阳面和发花问题,这也是邦定效果不够好的结果。还有就是不同的喷枪,不同喷枪到工件的距离,金属效果不同,加有回收粉时效果不同,这需要在出货前就评估好,达不到要求不能出货。从而能使客户体验到产品的好用和稳定性。

安全

金属粉的安全生产需要放在第一位,特别是在昆山市中荣金属制品有限公司发生粉尘爆炸特别重大事故后,各地政府对安全生产越来越严。金属粉末涂料和其它有粉尘的地方一样有安全风险,只要我们足够重视,懂得如何避免风险,切实按规则执行,则没有什么可怕的。

首先我们要弄清金属粉末的特性,粉尘爆炸的必要条件,然后考虑怎样避免。

一些具有爆炸风险的粉末材料的爆炸特性数据,如爆炸下限、最大爆炸力、自燃点、最低点火能量等见表2。

图5

由图5燃烧的三要素可知,粉尘发生爆炸的要素有5个。

粉尘爆炸的5个要素

•有一定的粉尘浓度。空气中铝尘爆炸下限:35-40g/m³。

•要有一定的氧含量。

•要有足够的点火源。粉尘爆炸所需的最小点火能量在5 mJ~50 mJ量级范围,为气体的近百倍。

•粉尘必须处于悬浮状态,即粉尘云状态。直径小于10μm的颗粒才能在运动气流中长时间悬浮,形成爆炸尘云。多数爆炸性粉尘的粒度在1µm~150µm范围内,粒度越细越易飞扬。

• 粉尘云要处在相对封闭的空间,压力和温度才会急剧升高,继而发生爆炸。

采取措施

为了避免着火或发生爆炸,需要采取一些措施:可燃物控制,所有操作接地,远离火源,有效避免粉尘悬浮于空气中而形成粉尘云,用惰性气体保护等。

可燃物控制

•杜绝粉尘泄漏、做好通风防尘。

•及时清理、清扫每个角落、管道内的粉尘,特别是高处积聚的粉尘。

图6

所有操作要接地以去除静电

•称量时接地,见图6;

•所有设备要接地,连接处要有导电通道,见图7

图7

•操作人员本身也要接地,要有导电鞋、衣库、手套;

•使用的扫帚要用有一定导电性的,如动物毛发做的,见图8;

图8

•金属粉甚至样品都要用能导电的金属桶或罐来装,珠光颜料可以用玻璃瓶装;

•不要使用塑料袋或塑料桶称铝粉然后倒到邦定锅,已多次证明危险起火!

•金属粉车间,包括称量室需禁止使用手机;

•根据法律要求,所有电气和机械设备,包括手电筒、手持电动工具等,都必须具有防爆保护措施;

•所有的电气设备必须符合相关的危险装置电气等级(防爆);

有效避免粉尘悬浮于空气中而形成粉尘云

不能用吸尘器来洗掉倒在地上的大量的铝粉,更不能用压缩空气枪吹的粉尘飞扬,要用干沙和可导电的扫帚清理。

远离火源

•金属粉车间严禁吸烟;

•不在相关区域使用明火、喷灯、焊枪等;

•不携带易燃物品进入车间,包括火柴、打火机等;

•避免摩擦产生火花。不要让金属与金属,或金属与混凝土发生碰撞。使用不产生火花的金属工具(如铝质、黄铜和木质工具)。

用惰性气体保护

采用惰性气体保护,使铝粉隔离氧气。

金属粉灭火方法

合适的扑灭铝粉起火的材料是干的惰性材料(干沙)。干沙等灭火材料需要用长铁锹小心的在金属粉末上铺散,见图9。重点是要通过灭火材料阻止形成粉尘集聚。

图9

而水、泡沫灭火器、二氧化碳灭火器以及ABC粉末灭火器等不能用于金属粉灭火的材料。

安全培训

对内,需要请金属粉供应商对工人进行培训,并在公司内部组织培训。同时,对外来施工人员也要进行与铝粉火灾爆炸有关的知识培训。




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