热敏基材用粉末涂料及其耐用、环保和高效等特性

PCI秘书
2022-11-02
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作者 John Hamer,总裁,Rodgers Wade公司,德克萨斯州,巴黎


50多年来,现代环保运动一直在美国各地的讨论中占据主流。1970年,第一次庆祝地球日(4月22日),该活动经常被认为是这场迈向更健康、更安全实践的伟大革命的开端。无污染的生活这个话题对每个行业的影响都不尽相同,但对于油漆和涂料这样的行业而言,它让每个生产商都在思考同一个问题:“如果这是我们一直在做的事情,那么还有什么方法可以让它变得更正确呢?”


解决这一行业挑战的前沿解决方案之一便是粉末涂料,这是当今最耐用、环保和可定制的涂层之一。随着时间的推移,粉末涂料已经经历了一个重大的演变,才成为如今的产品。尽管这一概念并不新鲜,但自20世纪70年代以来,技术的创新和进步将其带到了油漆和涂层领域的前沿,随着用于热敏基材粉末涂料的最新发展,使用和认知的加强,用于木材、中密度纤维板和其他热敏基材的粉末涂料将成为美国下一个伟大的创新。


历史——谁创造了粉末涂料?


粉末涂料的发现可追溯到20世纪40年代末,当时它作为一种新的金属产品制造方法被引入。然而,最初的技术很快被德国科学家Erwin Gemmer博士的流化床应用所取代,随后于1955年引入美国市场。随着这一技术在整个现代环保运动中不断发展,荷兰科学家Pieter de Lange博士于1960年提出了他的静电粉末涂料方法,该方法为杜绝油漆产品的浪费和危险提供了一种长期、安全的解决方案。时至今日,该工艺仍是粉末涂料现代应用的首选。


这一多阶段工艺涉及静电喷雾沉积,其中涉及将要进行粉末涂料涂覆的物品接地,并利用电晕放电原理使雾化涂料在高压直流电场作用下荷负电,均匀地涂覆物体的整个表面的方法。然后在400°F以上的烘箱中进行固化,以确保涂层成为光滑、耐用的涂层。由于粉末是通过静电喷涂沉积被吸引到物品上,因此不太存在过度喷涂的情况,与标准喷漆工艺相比,这个过程既高效又环保。然而,直到最近,涂料行业还无法制造出在较低温度下固化且性能良好的粉末涂层。


直到20世纪90年代末,由于固化产品需要加热,粉末涂料还智能广泛用于电器和汽车零部件等金属部件。而加热很容易使使用木材和中密度纤维板(MDF)产品的制造商的产品在高温下燃烧,从而他们只能依赖于不太可持续的方案,如层压板和液体涂料。因此,需要一种更环保安全的解决方案,现在由于配方、应用和烘箱方面的技术进步,热敏性基材用粉末涂料被引入作为了解决方案。


虽然施涂过程类似于传统的静电施涂粉末,但粉末配方和烘箱技术的改进意味着它将在更低的温度下固化,且固化过程只需几分钟,从而使粉末涂料成为木材和中密度纤维板(MDF)产品(从即装家具到橱柜和显示器)的长效饰面选择。


吸引力——是什么让热敏基材用粉末涂料占据了优势?


几个世纪以来,铅基涂料一直是美国木质家具最受欢迎的选择,后来由于铅基涂料对健康和环境的负面影响广为人知,使得1978年发布了监管法规。由于铅具有加速干燥时间并产生持久饰面的作用,铅在被限制在目前标准的百万分之90(ppm)或0.009%之前,曾占油漆的50%以上。


虽然该法规在行业中是必要的,但大多数液体涂料(通常由乳胶或丙烯酸制成)符合职业安全与健康管理局(OSHA)的标准,但容易破碎,干燥速度较慢,并且仍会释放大量的溶剂。事实上,据专业测量师和工程师协会(ISSE)称,尽管一加仑油漆中的溶剂排放量比20年前少了90%,但罐装油漆和喷漆在使用后30内,甚至在某些情况下长达一年,都会释放挥发性有机化合物(VOCs)。只要对环境和人类健康的关注不断增加,人们就会被引导到更明确、更好的选择上——即热敏基材用粉末涂料。


热敏基材粉末涂料区别于传统涂料,尤其是木器漆,主要有五个不同的特点——环保、快速、耐用、高效和可定制性。


环保 — 粉末涂料的碳足迹是所有工业涂料中最低的,它不含任何溶剂或有害化学物质,是制造商和最终用户使用的最安全的产品之一。此外,与液体涂料不同,粉末涂料不会向环境中释放任何明显的挥发性有机化合物,这是木材行业与具有环保意识的设计师和消费者打交道的一个新优势。


快速 — 与传统油漆相比,粉末施涂过程从开始到结束大约需要10分钟,具体取决于产品的大小。而传统油漆取决于其乳胶或油基,每个涂层大约需要24小时才能干燥,有些项目需要30天才能完全固化。


耐用 — 热敏基材用粉末涂料可生产出更高质量的涂层产品,形成化学键,从而创造出柔韧的饰面,无论室内或室外条件如何,都能抵抗剥落、褪色、刮擦和磨损。由于该工艺可产生耐久的饰面效果,因此,如果对产品进行清洁和适当护理,其耐久性将远远超过传统油漆,传统油漆往往在5至10年内开始褪色和开裂。


高效 — 与喷漆易导致过度喷漆不同,粉末涂料过喷的可回收率高达98%。过度喷涂的粉末可以很容易地回收和再利用,从而限制对其他产品的损坏和废物处理的需要。粉末喷涂工艺通过快速、高效的喷涂工艺和单涂层要求,可以节省时间、能源和资金。


可定制性 — 粉末涂料还有多种选择,从具有抗菌性能和户外耐用性的饰面到光滑和纹理效果等等。饰面也可具备独特的颜色,几乎可以匹配任何需求。


除了这些显著的特性外,热敏基材用粉末涂料还可以满足或超过一系列技术性能的测试。证明粉末涂层固化的测试之一是将水煮沸约五分钟,将其倒在粉末涂层产品上,并将杯子放在产品上面。粉末涂层将保持完美,而如果这是在湿涂层表面进行的话,涂层则每次都会剥离并失效。此外,粉末涂层固化可通过甲乙酮(MEK)测试其耐化学性,该测试将MEK应用于表面,以观察产品的附着力降低或降解情况。湿涂层饰面在溶液擦拭1到2次后,涂层会发生变化,而粉末涂层饰面则保持不变。


真相——为何粉末涂料未被普遍采用?


目前在美国,用于热敏性基材的粉末涂料在大型制造商中并未得到广泛应用。尽管粉末涂料设备具有长期价值、耐用性和环保效益,但相对较新的技术和前期投资,意味着全国各地的制造商采用这种设备的过程比较缓慢。


2021年,Rodgers Wade公司,这家位于得克萨斯州巴黎的老牌制造商参与了热敏基材用粉末涂料产品的生产。Rodgers Wade是该行业持续经营时间最长的夹具制造商之一,也是得克萨斯州成立时间最长的企业之一。


在目睹了这项新技术及其创造抗菌饰面的能力在COVID-19疫情期间是如何在医院得到应用的之后,RodgersWade购买了烘箱技术,并在9个月后购买了一家工厂以进行使用。自收购以来,Rodgers Wade一直在完善用于为国家美容连锁店和幼儿学习中心建造全组装家具固定装置的单个木件的工艺。未来几个月,Rodgers Wade计划在其客户组合中引入粉末涂料的生产,其客户包括服装、鞋类、美容和食品零售领域的众多财富500强公司。


虽然粉末涂料工艺,特别是热敏基材用粉末涂料,从长远来看可以节省时间、金钱和能源,但仍需要克服初始投资的障碍。然而,随着对可持续产品需求的不断增加,希望满足其客户,进而满足消费者的有意识购买标准的制造商将会越来越了解粉末涂料的好处。


未来——我们如何使其成为主流?


最后,为了使粉末涂料成为主流,将需要使制造商、企业和消费者都了解该工艺及其好处。世界上一些最大的公司正在意识到粉末涂料的未来,现在正是制造商利用这一不可避免的变化向更好的方向发展的时候了。尽管该行业仍很难预测,但未来几年将是粉末涂料为木制家具和固定设备业务提供价值的真实证明。只要行业开始增加测试,热敏基材用粉末涂料就没有理由不成为美国的下一个伟大创新。

本文收录大在《PCI中文版》杂志2022年6月刊中