CN109181400A - 一种粉末涂料与颜料的微波加热绑定方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种粉末涂料与颜料的微波加热绑定方法，涉及粉末涂料制备领域，本发明采用S波段微波加热来代替现行的加热方式，加热温度快，温度易于控制，混合物内部温度分布均匀，不存在误绑定、预固化问题；待绑粉料为金属粉时，金属粉的加热速度快于涂料底粉，加热混合物宏观温度至低于树脂底粉颗粒玻璃化温度的1‑10℃时，涂料底粉颗粒还没达到软化点，而金属粉的温度已经远远高于其软化点，金属粉的温度和所携带的热量足以软化与其直接接触的底粉颗粒表面，从而实现金属粉与涂料底粉颗粒间的绑定，而涂料底粉之间却不会发生误绑定，从而有效避免的误绑定，用本发明的绑定方法生产的粉末涂料与现行热绑定方法生产的粉末涂料涂膜性能相当甚至更优。

Description

一种粉末涂料与颜料的微波加热绑定方法

技术领域

本发明涉及粉末涂料制备领域，更具体的说是涉及一种粉末涂料与颜料的微波加热绑定方法。

背景技术

粉末涂料由于其生态环保、优异的涂膜性能、低成本和低能耗，得到了广泛的工业应用。而其中金属粉末涂料和仿金属闪光效果粉末涂料因能提供绚烂的闪光、多色效应以及突出的保护功能，广泛应用于汽车、家电、手机和仪器仪表等高档工业产品。因其优异的性能，此类粉末涂料市场获得了快速增长。

金属粉末涂料多彩绚丽外观的形成是通过加入金属颜料(常为片状颗粒)来实现的，目前市场上常用的金属颜料有铝粉(称为银粉)、铜粉(称为金粉)和锌粉等(主要生产商有德国爱卡(ECKART)、舒伦克(SCHLENK)、英国五星行(Wolstenholme)及国内少数生产厂家)。金属颜料的加入方式主要有三种：熔融挤出法、干混法和热绑定法。熔融挤出法工艺简便，即将金属颜料与粉末基料混合并通过挤出机进行混炼，达到充分的混合与黏结，但由于工艺过程中存在着高温挤出、高剪切粉碎，造成金属颜料表面的部分氧化、金属片变形或被粉碎，导致涂膜外观金属颜色灰暗甚至无金属闪光效果。干混法是将金属颜料直接加入粉末涂料半成品(称为底粉)中，使用高速混合设备进行充分混合分散后成为成品。该法的优点是：金属颜料很好地分散而不破坏其颗粒的形状，涂膜的金属效果突出。其缺点是由于金属颜料颗粒与底粉颗粒两者的物性(如密度、形状、介电常数、电阻)差别较大，且二者没有黏结吸附，在运输、流化和静电喷涂的过程中产生分离，造成涂膜外观色泽分布不均、金属粉上粉率与涂料颗粒上粉率不一致的问题。同时，由于这种上粉率的差异，回收粉中的金属粉含量也会与原粉不一致从而难以回收再使用。另外，干混法还普遍存在喷枪枪头发生金属粉积粉、放电击人、烧枪等其他问题。

为了解决金属颜料颗粒与底粉颗粒分离的问题，技术人员开发了加热混合技术(现行热绑定技术)。如美国专利5,187,220(1993)中所述，研发了一种干混绑定法。该法是将金属颜料与粉末基料加入专用绑定机的混料罐中，往夹套中通入热水或热油对罐体加热，边混合分散边对材料进行加热，同时采用惰性气体对金属粉进行防爆保护，在一定的温度下(50～60℃)粉末涂料底粉颗粒表面逐渐软化并与金属颜料片产生黏附，黏结一定时间后，将物料冷却至常温，然后进行筛分(去除底粉颗粒之间误绑定所产生的过大颗粒)即得成品。这一技术已成为目前广泛使用的绑定方法。因设备材料和结构有别，不同厂家采用的热绑定工艺略有不同，但加热绑定技术很好地解决了金属颜料片与基料粉末颗粒分离的问题。

但是，该绑定方法需要能精确地控制绑定温度(±0.1℃)和绑定时间的设备。因为温度过低，粉末基料不能软化，不具备黏性，导致不能有效绑定；而温度过高，则底粉颗粒软化过度，造成结块甚至完全熔化，从而产生废品。即使温度、时间控制到位，软化的基料颗粒之间也不可避免地会发生误绑定，造成有效粒径变大。预固化也是常见的问题，它会造成涂膜光泽和平整度下降。而实际生产中，因为导热损失及内部温度分布不均等问题及确保基料软化，加热温度要比底粉软化温度略高，使得误绑定、预固化等问题更加严重，进而需要筛分甚至导致存在相当一部分废品，致使产能、收率较低。另外，精密的绑定设备和需要严格培训的操作人员也增加了金属粉末涂料的生产成本。

在该种现行热绑定方法的基础上，有研究者采取对片状颜料进行表面预处理来提高绑定效果或提高绑定效率。如中国专利CN102089390A(2011)中公开了采用聚硅氧烷修饰片状金属颜料表面使其更易绑定；中国专利CN1526778(2004)中公开了一种用蜡修饰的生产方法。但这些方法只是在现行热绑定框架内通过改变金属颜料表面性质提升绑定效果或效率，不涉及绑定方法的改变。

也有常温绑定的方法，如美国专利5,824,144(1998)公开了一种采用聚合物或其它粘性液体材料给片状金属颜料提供粘性表面层。然后将处理过的颜料与粉末涂料基底混合，粉末颗粒粘附到颜料的表面上，以此达到绑定的目的，从而使颜色分离最小化。但该方法引入了粘性材料，对涂膜表面的性能有一定影响。还有溶剂绑定法，如中国专利CN102317392 B(2014)中，采用将片状颜料分散于不能溶解热固性树脂粉末的溶剂中，然后将热固性粉末颗粒加入该分散液中，搅拌干燥得到绑定产品。该专利没有描述这一方法的绑定原理，同时它是一种需要使用有机溶剂的方法。以上这些方法都引入其他物质甚至有机溶剂，可能导致与某些粉末涂料兼容性问题或环保问题，同时操作复杂，成本上升。

美国专利(US20170190919 A1)中采用变频扫描式(VFM)高频微波加热来绑定金属粉末涂料，该专利技术使用两个中心频率范围：位于C波段(4-8GHz)内的5.8-7GHz及位于X波段(8-12GHz)内的7.3-8.7GHz，围绕中心频率进行每秒10次，频宽1GHz的变频扫描。但该方法硬件较复杂，设备成本较高，同时其频率过高，超出了国际电工委员会分配给工业和家用微波设备的频率范围，其扫描式微波发射频率更易对通讯造成干扰。

现行的诸多绑定方法虽然基本能够满足加工工艺性能要求，但是其缺点明显。随着金属粉末涂料产品在市场上的销量与日俱增，有必要开发一种新的绑定技术来克服现行方法的诸多不足。

发明内容

本发明提供一种粉末涂料与颜料的微波加热绑定方法，以解决现有加热绑定法存在的误绑定、预固化、高废品率和高成本等问题，以及变频扫描式(VFM)高频微波加热绑定法存在的成本和电磁干扰等问题。

为解决上述的技术问题，本发明采用以下技术方案：

一种粉末涂料与颜料的微波加热绑定方法，包括如下步骤：

(1)将金属粉、仿金属粉以及其他颜料中的一种待绑粉料加入树脂底粉中，使待绑粉料充分分散于树脂底粉中形成混合粉末；

(2)混合粉末混合过程中，在氮气的保护下同时进行微波加热，微波过程中使用的微波装置为S波段微波装置，微波频率为2450MHz±50MHz或者915MHz±25MHz，其中，待绑粉料为金属粉，加热混合物宏观温度至低于树脂底粉颗粒玻璃化温度的1-10℃；待绑粉料为仿金属粉以及其他除金属粉外的颜料中的一种，加热混合物宏观温度至高于树脂底粉颗粒玻璃化温度的1-3℃；

(3)对混合粉末进行快速冷却；

(4)取出快速冷却得到的粉末，即得到绑定产品。

作为优选地，步骤(1)中，所述待绑粉料的中位粒径为0.1-500μm，所述树脂底粉的中位粒径为1-1000μm。

作为优选地，步骤(1)中，待绑粉料与树脂底粉的混合在叶轮搅拌器、振动容器、流化床或转鼓中的一种设备中进行。

作为优选地，步骤(2)中，将混合粉末置于搅拌器、流化床、振动容器以及转鼓中的一种搅拌设备中，然后将装有混合粉末的搅拌设备置于微波装置中进行混合和微波加热，搅拌设备的材质为不屏蔽微波的材质。

作为优选地，步骤(2)中，将混合粉末置于搅拌器、流化床、振动容器以及转鼓中的一种搅拌设备中，所述搅拌设备内置微波装置，搅拌设备的材质为屏蔽微波的材质。

作为优选地，步骤(3)中，快速冷却在带水冷夹套、带气流冷却以及带其它冷却方式的装置中进行。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

(1)本发明采用S波段微波加热来代替现行的加热方式，加热快，温度易于控制，混合物内部温度分布均匀，不存在误绑定问题，因而不需要过筛，减少了操作过程；不存在预固化问题，保证了最终涂膜的光泽度和平整度；

(2)采用S波段(2-4GHz)微波加热、待绑粉料为金属粉时，金属粉的加热速度快于涂料底粉，加热混合物宏观温度至低于树脂底粉颗粒玻璃化温度的1-10℃时，涂料底粉颗粒还没达到软化点，而金属粉的温度已经远远高于其软化点，金属粉的温度和所携带的热量足以软化与其直接接触的底粉颗粒表面，从而实现金属粉与涂料底粉颗粒间的绑定，而涂料底粉之间却不会发生误绑定，从而有效避免的误绑定，用本发明的绑定方法生产的粉末涂料与现行热绑定方法生产的粉末涂料涂膜性能相当甚至更优；

(3)利用S波段微波加热金属粉快于涂料底粉颗粒的特征，以微波加热来粘连金属粉与漆粉，不需要严格控制绑定温度和时间，大大降低了绑定设备成本和生产能耗，也解决了废品率高的问题；

(4)有效地提高了能源利用效率和绑定效率。

具体实施方式

为便于更好地理解本发明，通过以下实施例加以说明，这些实施例属于本发明的保护范围，但不限制本发明的保护范围。

实施例1

制备片状铝粉-聚酯-环氧混合型粉末涂料，过程如下：

1.称取49g聚酯-环氧混合型粉末涂料颗粒(作为底粉，中位粒径约35μm)和1g片状铝粉(中位粒径约55μm)置于有机玻璃转鼓(内腔尺寸：Φ0.1m，深0.05m)中，将转鼓置入微波加热装置(微波频率2450MHz；功率：800W；内腔尺寸：长～0.4m，宽～0.3m，高～0.25m)，向转鼓内通入氮气，流量维持在1.0L/min，1min后启动转鼓以100r/min转动，粉末在其中产生流化；

2.开启微波加热，以红外测温仪控制温度，加热至45℃；

3.停止微波加热，保持转动，保持氮气通入，并对转鼓外壁进行风冷，直至温度降至室温；

4.取出转鼓中的粉末，得到绑定金属粉末涂料产品。

实施例2

制备片状铝粉-聚酯-TGIC粉末涂料，过程如下：

1.称取49g聚酯-TGIC粉末涂料颗粒(作为底粉，中位粒径约35μm)和1g片状铝粉(中位粒径约55μm)置于有机玻璃转鼓(内腔尺寸：Φ0.1m，深0.05m)中，将转鼓置入微波加热装置(微波频率2450MHz；功率：800W；尺寸：长～0.4m，宽～0.3m，高～0.25m)，向转鼓内通入氮气，流量维持在1.0L/min，1min后启动转鼓以100r/min转动，粉末在其中产生流化；

2.开启微波加热，以红外测温仪控制温度，加热至47℃；

3.停止微波加热，保持转动，保持氮气通入，并对转鼓外壁进行风冷，直至温度降至室温；

4.取出转鼓中的粉末，得到绑定金属粉末涂料产品。

实施例3

制备片状铝粉-环氧粉末涂料，过程如下：

1.称取49g环氧粉末涂料颗粒(作为底粉，中位粒径约35μm)和1g聚酯-TGIC粉末涂料(中位粒径约55μm)置于有机玻璃转鼓(内腔尺寸：Φ0.1m，深0.05m)中，将转鼓置入微波加热装置(微波频率2450MHz；功率：800W；尺寸：长～0.4m，宽～0.3m，高～0.25m)，向转鼓内通入氮气，流量维持在1.0L/min，1min后启动转鼓以200r/min转动，粉末在其中产生流化；

2.开启微波加热，以红外测温仪控制温度，加热至45℃；

3.停止微波加热，保持转动，保持氮气通入，并对转鼓外壁进行风冷，直至温度降至室温；

4.取出转鼓中的粉末，得到绑定金属粉末涂料产品。

实施例4

制备片状铜粉-尼龙粉末涂料，过程如下：

1.称取48g尼龙粉(PA11，作为底粉，中位粒径约45μm)和2g片状铜粉(中位粒径约45μm)置于带有玻璃搅拌叶片的玻璃容器(内腔尺寸：Φ0.06m，深0.1m)中，将容器置入微波加热装置(微波频率915MHz；功率：1kW；内腔尺寸：长～0.5m，宽～0.3m，高～0.3m)，向玻璃容器内通入氮气，流量维持在0.8L/min，1min后启动开启搅拌装置到400r/min，使容器中的粉末循环流动起来；

2.开启微波加热，以红外测温仪控制温度，加热至145℃；

3.停止微波加热，保持转动，保持氮气通入，并对玻璃容器外壁进行风冷，直至温度降至室温；

4.取出玻璃容器中的粉末，得到热属性绑定金属粉末涂料产品。

实施例5

制备片状云母粉(仿金属颜料)-聚酯-TGIC粉末涂料，过程如下：

1.称取49g聚酯-TGIC粉末涂料颗粒(作为底粉，中位粒径约35μm)和1g片状云母粉粉(中位粒径约40μm)置于有机玻璃转鼓(内腔尺寸：Φ0.1m，深0.05m)中，将转鼓置入微波加热装置(微波频率2450MHz；功率：800W；尺寸：长～0.4m，宽～0.3m，高～0.25m)，启动转鼓以100r/min转动，粉末在其中产生流化；

2.开启微波加热，以红外测温仪控制温度，加热至61℃，保持1min；

3.停止微波加热，保持转动，并对转鼓外壁进行风冷，直至温度降至室温；

4.取出转鼓中的粉末，得到绑定云母粉粉末涂料产品。

对上述实施例1-3，分别制备相同的铝粉和底粉混合物，但只进行混合，不进行绑定，制备的样粉作为参比样粉。

对上述实施例4，制备相同的铜粉和底粉混合物，但只进行混合，不进行绑定，制备的样粉作为参比样粉。

对上述实施例5，制备相同的云母粉和底粉混合物，但只进行混合，不进行绑定，制备的样粉作为参比样粉。

检测实施例1-4绑定制得的金属粉末涂料，采用以下实验：

对实施例1-4绑定制得的金属粉末涂料以及参比样粉采用静电喷涂法，以60kV电压喷涂到铝板(Q-panel A-2-3.5)上，不经固化，直接刮下沉积到铝板上的漆粉(上板粉)，通过化学实验分析得到上板粉中铝或铜的含量，平行三次实验。上板粉中金属粉含量越接近原始粉中金属粉含量(M％)，说明绑定效果越好。具体结果如表1所示：

表1

检测实施例5绑定制得的仿金属粉末涂料，采用以下实验：

对实施例5绑定制得的金属粉末涂料以及参比样粉采用静电喷涂法，以60kV电压喷涂到铝板(Q-panel A-2-3.5)上，不经固化，直接刮下沉积到铝板上的漆粉(上板粉)，通过化学实验分析得到上板粉中云母粉的含量，平行三次实验。上板粉中云母粉含量越接近原始粉中云母粉含量(M％)，说明绑定效果越好。具体结果如表2所示：

表2

分析得到：实施例1-3中，原始粉中铝粉含量(M％)为2.00％，不绑定时上板粉中铝粉含量降为1.06-1.20％，而绑定后上板粉中铝粉含量为1.98-2.04％，均接近于原始粉中铝粉含量(2.00％)；实施例4中，原始粉中铜粉含量为4.00％，不绑定时上板粉中铝粉含量降为3.26％，而绑定后上板粉中铜粉含量为3.90％，接近于原始粉中铜粉含量(4.00％)；实施例5中，原始粉中云母粉含量(M％)为2.00％，不绑定时上板粉中云母粉含量降为1.69％，而绑定后上板粉中云母粉含量为1.93％，接近于原始粉中云母粉含量(2.00％)。说明本发明的绑定方法绑定效果极好，喷涂前后金属粉含量基本不变。本绑定方法在实验室与工业放大中均取得了相同性质的产品。

喷涂固化后表观质量采用的评价标准包括但不限于镜面光泽(ASTM D523)、鲜映性(ASTM D5767)、抗冲击(ASTM D2794)等。对比发现，本发明的绑定产品完全达到甚至超过了现行绑定产品的表观质量的水平。

以上所列举的实施例并不限制本发明的设备参数和操作参数，进一步说明如下：

本发明实施例中采用转鼓或搅拌器来使粉末运动，可同样采取其他形式来使粉末运动。

本发明实施例中微波加热装置尺寸可变。

本发明实施例中微波装置设置在粉末容器之外，本发明实际应用中微波发射装置既可外加于又可内置于任何能够使粉末运动的容器，只要容器和微波发射装置被置于微波屏蔽罩内，或者容器本身就具有微波屏蔽功能(当微波发射装置内置于容器中时)。

本发明采用国际电工委员会分配给工业和家用微波设备的频率，即S波段中的2450MHz±50MHz或者915MHz±25MHz；微波加热装置的功率可根据粉末质量改变。

本发明中加热温度可根据粉末涂料底粉和各种树脂的玻璃化温度调整。

本发明的微波绑定装置也可以用于仿金属颜料或其它非金属颜料与底粉之间的绑定，虽然此种情况下仍能发挥本发明快速加热绑定的优点，但不能发挥本发明选择性加热金属粉的特有优点(金属粉比底粉升温快)。当控制加热混合物宏观温度至高于树脂底粉颗粒玻璃化温度的1-3℃也可实现仿金属颜料或其它非金属颜料与底粉之间的绑定。

以上内容不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明，对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本发明由所提交的权利要求书确定的专利保护范围。

Claims (6)

1.一种粉末涂料与颜料的微波加热绑定方法，其特征在于，包括如下步骤：

(1)将金属粉、仿金属粉以及其他颜料中的一种待绑粉料加入树脂底粉中，使待绑粉料充分分散于树脂底粉中形成混合粉末；

(2)混合粉末混合过程中，在氮气的保护下同时进行微波加热，微波过程中使用的微波装置为S波段微波装置，微波频率为2450MHz±50MHz或者915MHz±25MHz，其中，待绑粉料为金属粉，加热混合物宏观温度至低于树脂底粉颗粒玻璃化温度的1-10℃；待绑粉料为仿金属粉以及其他除金属粉外的颜料中的一种，加热混合物宏观温度至高于树脂底粉颗粒玻璃化温度的1-3℃；

(3)对混合粉末进行快速冷却；

(4)取出快速冷却得到的粉末，即得到绑定产品。

2.如权利要求1所述的一种粉末涂料与颜料的微波加热绑定方法，其特征在于：步骤(1)中，所述待绑粉料的中位粒径为0.1-500μm，所述树脂底粉的中位粒径为1-1000μm。

3.如权利要求1所述的一种粉末涂料与颜料的微波加热绑定方法，其特征在于：步骤(1)中，待绑粉料与树脂底粉的混合在叶轮搅拌器、振动容器、流化床或转鼓中的一种设备中进行。

4.如权利要求1所述的一种粉末涂料与颜料的微波加热绑定方法，其特征在于：步骤(2)中，将混合粉末置于搅拌器、流化床、振动容器以及转鼓中的一种搅拌设备中，然后将装有混合粉末的搅拌设备置于微波装置中进行混合和微波加热，搅拌设备的材质为不屏蔽微波的材质。

5.如权利要求1所述的一种粉末涂料与颜料的微波加热绑定方法，其特征在于：步骤(2)中，将混合粉末置于搅拌器、流化床、振动容器以及转鼓中的一种搅拌设备中，所述搅拌设备内置微波装置，搅拌设备的材质为屏蔽微波的材质。

6.如权利要求1所述的一种粉末涂料与颜料的微波加热绑定方法，其特征在于：步骤(3)中，快速冷却在带水冷夹套、带气流冷却以及带其它冷却方式的装置中进行。