CN111408531A - 一种抗菌抗病毒铝合金静电粉末喷涂工艺 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种抗菌抗病毒铝合金静电粉末喷涂工艺，包括：S1铝合金表面活化处理：采用浸渍法对铝合金进行表面活化预处理；S2抗菌抗病毒真空静电粉末喷涂：在真空状态下，首先采用自动化喷枪在活化处理后的铝合金表面喷涂耐高温无机胶粘剂，然后借助自动化静电粉末喷塑机在铝合金表面喷涂抗菌抗病毒粉末涂料；S3喷涂涂层固化冷却：将喷涂后的铝合金工件转移到高温炉内，使铝合金表面的抗菌抗病毒粉末熔融、流平和固化，再转移到冷却室中冷却至室温，即可在铝合金表面形成抗菌抗病毒静电粉末涂层。抗菌抗病毒粉末涂料中掺杂了抗菌剂和抗病毒成分，改善了铝合金的抗菌抗病毒性能；制得的铝合金工件表面涂层各项性能好。

Description

一种抗菌抗病毒铝合金静电粉末喷涂工艺
技术领域
本发明属于铝合金表面处理技术领域，具体涉及一种抗菌抗病毒铝合金静电粉末喷涂工艺。
背景技术
铝合金是目前应用最广泛的金属材料之一，由于其具有密度低、强度高、塑性好等优点，可加工成各种实用型材，已被广泛应用于飞机、汽车、电子等领域。静电粉末喷涂又称“静电喷塑”，是通过喷枪喷涂粉末涂料，经静电发生器使粉末粒子带负电荷，在电极与被涂物体之间形成电场，这些带电粒子将会受静电引力的作用，均匀分散到已接地的铝合金样板表面，再经过加热熔融固化形成静电粉末涂层。静电粉末涂料具有非溶剂性、环境污染少、回收利用率高等特点，已在金属表面处理技术领域具有非常重要的地位。静电粉末喷涂具有色彩丰富、重现性好、工艺控制简便，环境效应好等优点，得到的喷涂产品色泽多样、美观大方，并能够满足耐蚀性、耐腐性、绝缘性、保护性等要求。因此，静电粉末喷涂技术是在铝合金材料表面处理技术领域中具有非常重要的地位。
虽然目前静电粉末喷涂能够赋予铝合金较好的外观和实用性，但是静电粉末喷涂工艺过程中仍然存在许多缺陷：a)喷粉过程产生的粉末颗粒，导致涂层中混入颗粒杂质；b)静电电压低，导致粉末涂料的上粉率不高；c)前处理除油不净或粉末涂料受潮，导致涂层缩孔；d)喷粉量及喷粉时间控制不均，导致涂膜厚度过厚或过薄；e)粉末颜料分布、固化温度或涂层薄厚不均匀，引起色差；f)喷涂后的涂膜容易产生桔皮或鼓泡等现象；g)前处理水洗不净或固化温度不够，导致涂层附着力差。然而，由于铝合金型材在处于一定的温度和湿度条件之下容易滋生细菌，不仅影响了铝合金材料的外观，而且严重威胁到人们的身体健康。
近几年来，持续不断的雾霾天气，2003年的SARS病毒、禽流感(N5N1)病毒、2009年的甲型禽流感(H1N1)病毒，2020年新型冠状病毒的出现，严重影响国家的经济发展，危害人们的身体健康。随着国家对个人安全防护的重视程度的加强以及尘肺病等职业病的发病率增长，抗病毒也成了人们家居和生活的必备选项，然而现在市场上鲜见具有抗病毒功能的铝合金材料或制品。
发明内容
目的：为解决现有技术的不足，本发明提供一种抗菌抗病毒铝合金静电粉末喷涂工艺，通过该工艺可以获得一种具有抗菌抗病毒效果的表面涂层杂质少、无缩孔、上粉率高、薄厚均匀、厚度适中、无色差、附着力强的铝合金材料。
目前抗菌可以分为天然抗菌剂、有机抗菌剂和无机抗菌剂三种。由于天然抗菌抗的存在形式不够稳定，容易在使用过程中发生自降解，无法提供长久有效的抗菌效果。
有机抗菌剂可以轻易杀死涂料表面的细菌，同时无机抗菌剂可以提供长期有效的抗菌效果，两种抗菌起到协同抗菌的效果。因此，两种抗菌剂的添加可以有效提高铝合金材料的抗菌性能。抗病毒成分的添加可以有效的杀死禽流感病毒、甲型禽流感病毒、冠状病毒等多种病毒。
技术方案：为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：
一种抗菌抗病毒铝合金静电粉末喷涂工艺，包括：
S1铝合金表面活化处理：采用浸渍法对铝合金进行表面活化预处理，保证表面的洁净度，同时活化使得铝合金表面带负电，有利于带电粉末材料的吸附；
S2抗菌抗病毒真空静电粉末喷涂：在真空状态下，首先采用自动化喷枪在步骤S1活化处理后的铝合金表面喷涂耐高温无机胶粘剂，然后借助自动化静电粉末喷塑机在铝合金表面喷涂抗菌抗病毒粉末涂料；
S3喷涂涂层固化冷却：将步骤S2喷涂后的铝合金工件转移到高温炉内，使铝合金表面的抗菌抗病毒粉末熔融、流平和固化，然后再转移到冷却室中冷却至室温，即可在铝合金表面形成抗菌抗病毒静电粉末涂层，即得。
在一些实施例中，所述的抗菌抗病毒铝合金静电粉末喷涂工艺，步骤S1中，采用浸渍法对铝合金进行表面活化预处理，包括：
S1.1脱脂：将铝合金置于pH为8～12的碱性溶液，脱脂时间为2～20min，然后用去离子水洗涤1～6次，去除表面的杂质；
S1.2碱化：将经过步骤S1.1处理过的铝合金于10～50g/L的氢氧化钠溶液中，恒定温度为20～80℃，进行2～20min的碱化处理，然后用去离子水漂洗1～8次；所述的碱化处理可以活化铝合金表面使其带负电，有利于带电粉末材料的吸附；
S1.3烘干：将步骤S1.2处理过的碱化铝合金转移到烘烤箱中低温烘干，温度保持在50～90℃左右，时间为20～70min。
在一些实施例中，所述的抗菌抗病毒铝合金静电粉末喷涂工艺，步骤S2中，抗菌抗病毒真空静电粉末喷涂，包括：
S2.1在真空状态下，首先采用自动化喷枪在铝合金表面喷涂耐高温无机胶粘剂，将表面喷涂有无机胶粘剂的铝合金加热到120～250℃，持续10～60min，再将温度加热到180～300℃进行胶粘固化，从而在铝合金表面形成一层致密的粘结层；
S2.2将按照步骤S2.1处理之后的铝合金工件放置在低速传送带上，通过传送带将铝合金零件传送到无尘喷粉房，用机械手拾取铝合金零件，并将静电粉末喷枪口以90度垂直于铝合金工件表面，喷枪口与铝合金工件表面相距距离保持在20～30cm；在喷枪口处组装电极针装置，在其另一端连接高压静电发声器，从而使喷枪产生高压静电；机械手臂需要接地，使铝合金工件表面与喷枪口之间形成稳定的静电场；静电粉末喷涂过程如下：预先将发声器进行12～15s的通电，然后同时启动喷枪和橡胶传送带装置，使喷枪喷洒粉末的同时，粉末在电场作用下带有静电，并将带有静电的粉末均匀喷涂粘附在铝合金工件表面，使用自动化静电粉末喷塑机喷涂抗菌抗病毒静电粉末，形成静电粉末涂层。
在一些实施例中，所述的抗菌抗病毒铝合金静电粉末喷涂工艺，步骤S3中，喷涂涂层固化冷却，包括：
将步骤S2得到的经静电粉末喷涂过的铝合金工件转移到固化室，相对湿度为±95％，控制固化温度为120～200℃，以4～20℃/min升温至150～250℃，维持5～40min，使抗菌抗病毒粉末熔融；
然后将相对湿度逐渐降为±1～5％，温度以1～10℃/min逐渐升温至180～250℃，使抗菌抗病毒粉末流平；
最后，以-20～20℃/min将固化温度降为5～50℃，使抗菌抗病毒粉末固化，即可在铝合金表面形成抗菌抗病毒静电粉末涂层。
在一些实施例中，所述的抗菌抗病毒铝合金静电粉末喷涂工艺，步骤S2中，自动化喷枪真空静电粉末喷涂工艺参数为：静电喷枪的喷涂电压为125～150KV，静电喷涂电流为50～75μA，喷粉气压为0.25～0.30Mpa，喷枪喷涂温度为20～30℃，静电喷涂距离维持在20～30cm之间；采用红外检测器监测静电粉末喷涂涂层的厚度并将厚度控制在60～80μm之间。
在一些实施例中，所述的耐高温无机胶粘剂成分为硅铝酸盐。
在一些实施例中，所述抗菌抗病毒粉末涂料由以下重量份的原料配制而成：环氧树脂35～45份，聚酯树脂30～40份，纳米级聚氨酯填料15～25份，纳米二氧化硅7～9份，钛白粉5～7份，偶联剂3～5份，固化剂5～7份，流平剂2～3份，附着力促进剂0.5～1.5份，无机颜料5～10份，无机抗菌剂1～2份，有机抗菌剂1～2份，抗病毒成分1～2份。
更为优选的，所述无机抗菌剂为银锌系无机抗菌剂、金属离子负载的沸石抗菌剂、纳米氧化锌抗菌剂、硅胶抗菌剂、磷酸复盐抗菌剂、膨润土抗菌剂、可溶性玻璃抗菌剂、二氧化钛、钨酸铋中的任意一种或至少两种的组合；
所述有机抗菌剂为季铵盐、季膦盐、有机锡、卤代胺、胍盐、脱乙酞基甲壳质或壳聚糖及其衍生物类抗菌剂中的任意一种或至少两种的组合；
抗病毒成分为聚丙烯酸或聚丙烯酸碱金属盐、抗生素、黄芪多糖、板青颗粒、双黄连颗粒、根据需要添加的抗病毒药品中的任意一种或至少两种的组合。
另一方面，还提供一种抗菌抗病毒铝合金工件，由上述的抗菌抗病毒铝合金静电粉末喷涂工艺制得。所述铝合金工件表面形成有抗菌抗病毒静电粉末涂层。
有益效果：与现有技术相比，该发明的有益效果如下：
本发明的技术方案，通过真空静电粉末喷涂，采用较高的静电电压可以提高喷涂粉末的上粉率，相对于传统的喷涂工艺，其喷涂效率更高，涂料使用量较少，降低了购买涂料的成本，避免了传统工艺涂料的大量浪费，降低了过量浪费的涂料造成的环境污染，从而起到环保节能的有益效果；采用静电喷枪进行低温固化粉末涂料的喷涂，其与铝合金底材具有很好的附着力，固化后的涂膜耐腐蚀性和耐化学药品性能优异，涂膜收缩小、硬度高、耐磨性好，抗腐蚀性能、电气绝缘性能优异；本发明采用真空静电喷涂工艺，不仅具有能耗低、环保的优点，而且雾化效果更强，涂层更加光滑均匀，不产生水斑和气斑；在静电喷涂步骤之前增加的静电消除步骤，消除掉外饰件本身所带的静电，这样在静电喷涂步骤中，静电发生器会使每一块外饰件带同样电阻的静电，如此便可保证每一块外饰板的涂层质量；静电粉末喷涂过程中抗菌抗病毒剂的掺入，改善了铝合金型材的抗菌抗病毒效果，该抗菌抗病毒静电粉末喷涂铝合金的抗菌抗病毒效果对金黄色葡萄球菌的抑菌率可达到99％以上，对大肠杆菌的抑菌率达到99％以上；对H1N1和H3N2的抗病毒活性率均在99％以上，防霉等级0级。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步描述。以下实施例只是用于更加清楚地说明本发明的性能，而不能仅局限于下面的实施例。
实施例1
一种抗菌抗病毒铝合金静电粉末喷涂工艺，包括以下步骤：
1)铝合金表面活化处理：采用化学脱脂、碱化等措施对铝合金进行表面预处理，具体以步骤如下：
a脱脂：将铝合金置于pH为11.0的碱性溶液，脱脂时间为5min，然后用去离子水洗涤3次，去除表面的杂质；
b碱化：将步骤a所述的铝合金于40g/L的氢氧化钠溶液中，恒定温度为50℃，进行5min的碱化处理，然后用去离子水漂洗3次。所述的碱化处理可以活化铝合金表面使其带负电，有利于带电粉末材料的吸附；
c烘干：将步骤b所述的碱化铝合金转移到烘烤箱中低温烘干，其温度保持在80℃左右，时间为30min；
2)抗菌抗病毒真空静电粉末喷涂：在真空状态下，首先采用自动化喷枪在步骤1)所述的铝合金表面喷涂耐高温无机胶粘剂，然后借助自动化静电粉末喷塑机在其表面喷涂含有纳米氧化锌抗菌剂、季铵盐和脱乙酞基甲壳质的抗菌抗病毒粉末涂料，具体以步骤如下：
S2.1在真空状态下，真空静电粉末喷涂工艺参数为：静电喷枪的喷涂电压为135KV，静电喷涂电流为60μA，喷粉气压为0.25Mpa，喷枪喷涂温度为2℃，静电喷涂距离为25cm；采用红外检测器监测静电粉末喷涂涂层的厚度并将其控制在60～80μm之间。首先采用自动化喷枪在步骤S1所述的铝合金表面喷涂耐高温无机胶粘剂(硅铝酸盐)，将该无机胶粘粉末加热到150℃，持续30min，再将温度加热到200℃进行胶粘固化，从而在铝合金表面形成一层致密的粘结层；
S2.2将按照步骤S2.1处理之后的铝合金工件放置在低速传送带上，通过传送带将铝合金零件传送到无尘喷粉房，用机械手拾取铝合金零件，并将静电粉末喷枪口以900垂直于铝合金工件表面，注意两者相距距离要保持在20～30cm范围之内；在喷枪口处组装电极针装置，在其另一端连接高压静电发声器，从而使喷枪产生高压静电；机械手臂需要接地，使铝合金工件表面与喷枪口之间形成稳定的静电场；具体的静电粉末喷涂过程如下：预先将发声器进行12～15s的通电，然后同时启动喷枪和橡胶传送带装置，使喷枪喷洒粉末的同时，粉末在电场作用下带有静电，并将带有静电的粉末均匀喷涂粘附在铝合金工件表面，使用自动化静电粉末喷塑机喷涂抗菌抗病毒静电粉末，形成静电粉末涂层；
3)喷涂涂层固化冷却：将步骤2)喷涂后的铝合金工件转移到高温炉内，使抗菌抗病毒粉末熔融、流平和固化，然后再转移到冷却室中冷却至室温，即可在铝合金表面形成抗菌抗病毒静电粉末涂层，步骤具体如下：
将步骤2)所述的经静电粉末喷涂过的铝合金工件转移到固化室，相对湿度为±95％，控制固化温度为150℃，以5℃/min升温至180℃，维持15min，使抗菌抗病毒粉末熔融；然后将相对湿度逐渐降为±1％，温度以5℃/min逐渐升温至240℃，使抗菌抗病毒粉末流平；最后，以-8℃/min将固化温度降为20℃，使抗菌抗病毒粉末固化，即可在铝合金表面形成抗菌抗病毒静电粉末涂层。
制得的抗菌抗病毒静电粉末喷涂铝合金工件对金黄色葡萄球菌、大肠杆菌进行抗菌抗病毒性测试，抗菌率分别为99.9％、99.5％，并且对流感病毒(H1N1和H3N2)的速杀效果非常好，抗病毒活性率99％以上，对皮肤安全无刺激性，防霉等级也达到了0级。
抗菌检测结果
Figure BDA0002423054650000081
防霉检测
根据GB/T 24128-2009塑料防霉性能测试方法的测定，防霉检测结果如下：
Figure BDA0002423054650000082
对H1N1和H3N2的抗病毒活性率检测结果：
Figure BDA0002423054650000091
实施例2
本实施例同实施例1，不同的是本实施例中S2.1在真空状态下，真空静电粉末喷涂工艺参数为：静电喷枪的喷涂电压为145KV，静电喷涂电流为65μA，喷粉气压为0.25Mpa，喷枪喷涂温度为25℃，静电喷涂距离为25cm；抗菌抗病毒粉末是由二氧化钛、卤代胺、黄芪多糖组成。
实施例3
本实施例同实施例1，不同的是本实施例中S2.1在真空状态下，真空静电粉末喷涂工艺参数为：静电喷枪的喷涂电压为145KV，静电喷涂电流为65μA，喷粉气压为0.25Mpa，喷枪喷涂温度为50℃，静电喷涂距离为28cm；抗菌抗病毒粉末是由钨酸铋、壳聚糖、双黄连颗粒组成。
对实施例2-实施例3制得的抗菌抗病毒静电粉末喷涂铝合金工件进行对金黄色葡萄球菌、大肠杆菌的抗菌抗病毒性测试，以及对流感病毒(H1N1和H3N2)的抗病毒活性率检测，防霉检测。
Figure BDA0002423054650000101
综上所述，本发明实施例制得的抗菌抗病毒静电粉末喷涂铝合金工件对金黄色葡萄球菌、大肠杆菌进行抗菌抗病毒性测试，抗菌率均达到99％以上，并且对流感病毒(H1N1和H3N2)的速杀效果非常好，抗病毒活性率99％以上，对皮肤安全无刺激性，防霉等级也达到了0级。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种抗菌抗病毒铝合金静电粉末喷涂工艺，其特征在于，包括：
S1铝合金表面活化处理：采用浸渍法对铝合金进行表面活化预处理；
S2抗菌抗病毒真空静电粉末喷涂：在真空状态下，首先采用自动化喷枪在步骤S1活化处理后的铝合金表面喷涂耐高温无机胶粘剂，然后借助自动化静电粉末喷塑机在铝合金表面喷涂抗菌抗病毒粉末涂料；
S3喷涂涂层固化冷却：将步骤S2喷涂后的铝合金工件转移到高温炉内，使铝合金表面的抗菌抗病毒粉末熔融、流平和固化，然后再转移到冷却室中冷却至室温，即可在铝合金表面形成抗菌抗病毒静电粉末涂层，即得。
2.根据权利要求1所述的抗菌抗病毒铝合金静电粉末喷涂工艺，其特征在于，步骤S1中，采用浸渍法对铝合金进行表面活化预处理，包括：
S1.1脱脂：将铝合金置于pH为8~12的碱性溶液，脱脂时间为2~20min，然后用去离子水洗涤1~6次，去除表面的杂质；
S1.2碱化：将经过步骤S1.1处理过的铝合金于10~50g/L的氢氧化钠溶液中，恒定温度为20~80℃，进行2~20min的碱化处理，然后用去离子水漂洗1~8次；所述的碱化处理可以活化铝合金表面使其带负电，有利于带电粉末材料的吸附；
S1.3烘干：将步骤S1.2处理过的碱化铝合金转移到烘烤箱中低温烘干，温度保持在50~90℃左右，时间为20~70min。
3.根据权利要求1所述的抗菌抗病毒铝合金静电粉末喷涂工艺，其特征在于，步骤S2中，抗菌抗病毒真空静电粉末喷涂，包括：
S2.1 在真空状态下，首先采用自动化喷枪在铝合金表面喷涂耐高温无机胶粘剂，将表面喷涂有无机胶粘剂的铝合金加热到120~250℃，持续10~60min，再将温度加热到180~300℃进行胶粘固化，从而在铝合金表面形成一层致密的粘结层；
S2.2 将按照步骤S2.1处理之后的铝合金工件放置在低速传送带上，通过传送带将铝合金零件传送到无尘喷粉房，用机械手拾取铝合金零件，并将静电粉末喷枪口以90度垂直于铝合金工件表面，喷枪口与铝合金工件表面相距距离保持在20~30 cm；在喷枪口处组装电极针装置，在其另一端连接高压静电发声器，从而使喷枪产生高压静电；机械手臂需要接地，使铝合金工件表面与喷枪口之间形成稳定的静电场；静电粉末喷涂过程如下：预先将发声器进行12～15s的通电，然后同时启动喷枪和橡胶传送带装置，使喷枪喷洒粉末的同时，粉末在电场作用下带有静电，并将带有静电的粉末均匀喷涂粘附在铝合金工件表面，使用自动化静电粉末喷塑机喷涂抗菌抗病毒静电粉末，形成静电粉末涂层。
4.根据权利要求1所述的抗菌抗病毒铝合金静电粉末喷涂工艺，其特征在于，步骤S3中，喷涂涂层固化冷却，包括：
将步骤S2得到的经静电粉末喷涂过的铝合金工件转移到固化室，相对湿度为±95%，控制固化温度为120~200℃，以4~20℃/min升温至150~250℃，维持5~40min，使抗菌抗病毒粉末熔融；
然后将相对湿度逐渐降为±1~5%，温度以1~10℃/min逐渐升温至180~250℃，使抗菌抗病毒粉末流平；
最后，以-20~20℃/min将固化温度降为5~50℃，使抗菌抗病毒粉末固化，即可在铝合金表面形成抗菌抗病毒静电粉末涂层。
5.根据权利要求1所述的抗菌抗病毒铝合金静电粉末喷涂工艺，其特征在于，步骤S2中，自动化喷枪真空静电粉末喷涂工艺参数为：静电喷枪的喷涂电压为125～150KV，静电喷涂电流为50～75μA，喷粉气压为0.25～0.30Mpa，喷枪喷涂温度为20～30℃，静电喷涂距离维持在20~30cm之间；采用红外检测器监测静电粉末喷涂涂层的厚度并将厚度控制在60~80μm之间。
6.根据权利要求1所述的抗菌抗病毒铝合金静电粉末喷涂工艺，其特征在于，所述的耐高温无机胶粘剂成分为硅铝酸盐。
7.根据权利要求1所述的抗菌抗病毒铝合金静电粉末喷涂工艺，其特征在于，所述抗菌抗病毒粉末涂料由以下重量份的原料配制而成：环氧树脂35~45份，聚酯树脂30~40份，纳米级聚氨酯填料15~25份，纳米二氧化硅7~9份，钛白粉5~7份，偶联剂3~5份，固化剂5~7份，流平剂2~3份，附着力促进剂0.5~1.5份，无机颜料5~10份，无机抗菌剂1~2份，有机抗菌剂1~2份，抗病毒成分1~2份。
8.根据权利要求7所述的抗菌抗病毒铝合金静电粉末喷涂工艺，其特征在于，所述无机抗菌剂为银锌系无机抗菌剂、金属离子负载的沸石抗菌剂、纳米氧化锌抗菌剂、硅胶抗菌剂、磷酸复盐抗菌剂、膨润土抗菌剂、可溶性玻璃抗菌剂、二氧化钛、钨酸铋中的任意一种或至少两种的组合；
和/或，所述有机抗菌剂为季铵盐、季膦盐、有机锡、卤代胺、胍盐、脱乙酞基甲壳质或壳聚糖及其衍生物类抗菌剂中的任意一种或至少两种的组合；
和/或，抗病毒成分为聚丙烯酸或聚丙烯酸碱金属盐、抗生素、黄芪多糖、板青颗粒、双黄连颗粒、根据需要添加的抗病毒药品中的任意一种或至少两种的组合。
9.一种抗菌抗病毒铝合金工件，其特征在于，由权利要求1-8任一项所述的抗菌抗病毒铝合金静电粉末喷涂工艺制得。
10.根据权利要求9所述的抗菌抗病毒铝合金工件，其特征在于，所述铝合金工件表面形成有抗菌抗病毒静电粉末涂层。
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