摘要：綜述了近年來工程機械涂裝技術(shù)的進展，分析了工程機械結(jié)構(gòu)件對使用粉末涂料進行涂裝的要求，最后展望了工程機械結(jié)構(gòu)件粉末涂料用聚酯樹脂的研發(fā)方向。

　　當(dāng)前，國內(nèi)外工程機械的大部分產(chǎn)品仍然采用溶劑型涂料進行噴涂。采用溶劑型涂料噴涂工序繁瑣而且會產(chǎn)生大量的有機揮發(fā)物（VOC）排放，對環(huán)境造成嚴重的污染。

　　由于粉末涂料不含有機揮發(fā)物，可回收再利用，不會對環(huán)境造成污染，是一種生態(tài)環(huán)保涂料，同時由于噴涂效率高、涂膜性能優(yōu)良等特點，粉末涂料逐漸成為發(fā)展最快的涂料品種之一。

　　隨著工程機械行業(yè)的快速發(fā)展，應(yīng)用于工程機械的粉末涂料已成為粉末涂料的重要分支，并逐漸取代溶劑型涂料。

　　本文從粉末涂料的性能、工程機械涂裝技術(shù)的進展以及工程機械結(jié)構(gòu)件對使用粉末涂料進行涂裝的要求這3個方面進行論述，并對工程機械結(jié)構(gòu)件粉末涂料用聚酯樹脂的研發(fā)方向進行展望。

　　1、粉末涂料性能與發(fā)展概述

　　粉末涂裝技術(shù)始于20世紀30年代后期，是通過噴粉設(shè)備把粉體噴涂到工件表面，而熱固性粉末涂料最初出現(xiàn)于1962年，是由熱固性樹脂、固化劑、顏料、填料以及助劑組成的。

　　經(jīng)過幾十年的發(fā)展，熱固性粉末涂料已經(jīng)形成了包括純聚酯、純環(huán)氧、混合型、丙烯酸、聚氨酯、氟樹脂等多種類型。

　　粉末涂料為無溶劑涂料，相比于溶劑型涂料具有如下優(yōu)點：環(huán)保、經(jīng)濟、高效、性能優(yōu)異，廣泛應(yīng)用于家用電器、金屬家具、五金構(gòu)件、汽車零部件、天花板、燈飾、戶外廣告等。

　　粉末涂料優(yōu)異的性能使得其逐漸替代有機溶劑型涂料，成為涂料行業(yè)中的重要發(fā)展方向，一直保持著較快的增長速度。

　　目前粉末涂料朝著功能化、節(jié)能環(huán)?；较蚩焖侔l(fā)展。功能性粉末涂料是一類具有特殊用途的、有針對性解決某些特殊性問題或達到某些特殊性要求的粉末涂料，滿足各種特殊技術(shù)要求。

　　功能性粉末涂料不僅可以起到傳統(tǒng)的保護和裝飾作用，還賦予材料各種功能，在科技、國防、工農(nóng)業(yè)等許多領(lǐng)域發(fā)揮著越來越重要的作用，它的發(fā)展是國家經(jīng)濟和軍事科學(xué)水平的反映，對當(dāng)代科學(xué)技術(shù)、國防、工農(nóng)業(yè)的迅速發(fā)展起著重要作用。

　　2、工程機械涂裝技術(shù)進展

　　中國工程機械行業(yè)歷經(jīng)60年的發(fā)展已經(jīng)形成上千種規(guī)格的產(chǎn)品，據(jù)有關(guān)組織預(yù)測，十二五期間，工程機械的年均增幅將達到15%，到2015年工程機械產(chǎn)值將突破9000億元。

　　工程機械產(chǎn)品類型豐富，包括裝載機、挖掘機、推土機、起重機、叉車等，廣泛應(yīng)用于礦山、建筑工地、港口、機場、倉庫等場所，但由于使用環(huán)境比較惡劣，所以要求噴涂的涂料具有優(yōu)良的機械與防腐性能。

　　據(jù)統(tǒng)計，目前大部分工程機械產(chǎn)品仍然采用溶劑型涂料進行涂裝。隨著工程機械與涂料的發(fā)展，工程機械所使用的溶劑型涂料與涂裝也不斷變革。

　　于少堂將工程機械涂料涂裝的發(fā)展分為5個階段：

　　第一階段以酚醛、醇酸、環(huán)氧酯等為底漆，以酚醛或醇酸調(diào)合漆、醇酸磁漆等為面漆，涂層厚度不控制或控制不嚴格；

　　第二階段以過氯乙烯、環(huán)氧酯、改性醇酸等為底漆，丙烯酸類、醇酸類等為面漆，涂層厚度控制在80～120μm；

　　第三階段以環(huán)氧類、聚氨酯類等為底漆，改性醇酸、聚氨酯等為面漆，涂層厚度控制在80～150μm；

　　第四階段發(fā)展為厚膜型環(huán)氧類、聚氨酯類、富鋅類等底漆，個別部件采用電泳底漆；

　　第五階段是工程機械用涂料與涂裝應(yīng)用技術(shù)改進和提高的階段，涂料要求采用環(huán)境友好型涂料（水性涂料、高固體分涂料、粉末涂料），不含重金屬等。

　　實際上，現(xiàn)階段處于第四階段與第五階段之間，環(huán)氧底漆和聚氨酯面漆是工程機械涂料的主流，水性涂料、粉末涂料正在擴大應(yīng)用范圍。

　　采用溶劑型涂料噴涂時會產(chǎn)生大量的VOC排放，對環(huán)境造成嚴重的污染，而且還會威脅施工者的身體健康。

　　隨著對工程機械涂裝的重視，并受到國家環(huán)保法規(guī)的限制，目前大量的工程機械廠家開始向環(huán)保涂料涂裝轉(zhuǎn)型，同時考慮到2015年2月1日起對施工狀態(tài)下VOC含量高于420g/L（含）的涂料開征消費稅，對工程機械領(lǐng)域廠家產(chǎn)生了替代的壓力。

　　為降低VOC的排放，主要有以下四類環(huán)境友好型涂料：高固體分涂料、粉末涂料、水性涂料、紫外光涂料和電子束固化涂料。

　　未來電泳涂料、粉末涂料在工程機械用涂料中的比例將會不斷提高，而傳統(tǒng)溶劑型涂料的比例則不斷減小。

　　粉末作為一種無溶劑涂料，VOC不到10g/L，遠低于國家規(guī)定的標準，因而開發(fā)出適用于工程機械的粉末涂料用聚酯樹脂對于替換該領(lǐng)域溶劑型涂料，從環(huán)保、經(jīng)濟等方面來說都變得十分迫切。

　　3、工程機械結(jié)構(gòu)件用粉末涂料性能要求

　　王春英等通過比較粉末涂料與溶劑型涂料的差別提出了目前工程機械結(jié)構(gòu)件粉末涂料亟待解決的問題。

　　首先粉末涂料用聚酯樹脂具有比溶劑型涂料樹脂更大的相對分子質(zhì)量，因此涂膜的機械性能、耐化學(xué)介質(zhì)、耐腐蝕等性能比溶劑型涂料好，這也保證了工程機械設(shè)備的使用壽命更長；

　　其次是噴涂工藝的差別，二者具有完全不同的涂裝工藝及設(shè)備，溶劑型涂料采用低溫烘干（60～80℃）或常溫自干。

　　但粉末涂料固化必須采用高溫，一般在180℃左右，而且烘烤溫度過高造成工件溫度的不均勻性影響涂膜固化，工件尺寸大帶來的降溫慢也影響了生產(chǎn)效率；

　　再次由于工程機械的大部分工件尺寸龐大，就需要配套龐大的噴粉室，影響粉末回收；

　　最后是成本問題，雖然綜合考慮采用粉末涂料的成本較溶劑型要低，但是由于粉末涂料的烘烤溫度較高，使得在噴粉前需要電泳耐高溫膩子，這也無形中增加了生產(chǎn)成本。

　　根據(jù)對比結(jié)果，使用粉末涂料進行涂裝后，相比溶劑型涂料，其防銹、防腐、機械性能、使用壽命等都具有優(yōu)勢，但是固化溫度和粉末回收是需要改進的方向。

　　根據(jù)工程機械零部件的特點，可將工程機械分為薄板件、結(jié)構(gòu)件和小件。薄板件和小件，如駕駛室、機罩、爬梯、臺架等，采用一般耐候性粉末涂料常規(guī)固化；

　　但對于結(jié)構(gòu)件，如挖掘機動臂、起重機吊臂等底材較厚的部件，需要考慮板材厚度及鋼板的吸熱性。

　　由于工程機械結(jié)構(gòu)件的板材較一般家電和汽車的厚，故而在進行烘干的時候需要的熱量更多，才能保證粉末的熔融。

　　工件較厚的結(jié)構(gòu)件烘烤固化時存在加熱時間長、升溫慢、結(jié)構(gòu)件內(nèi)部溫度不均勻的情況，常常存在表層溫度偏低、內(nèi)部溫度低于表層的情況，這樣易導(dǎo)致固化不完全、機械性能差、耐候、鹽霧性能不達標的情況。

　　另外，由于結(jié)構(gòu)件較厚，在固化后冷卻時也存在內(nèi)部溫度冷卻不均一的現(xiàn)象，當(dāng)外部溫度冷卻到室溫時，內(nèi)部溫度可能仍然較高，涂層內(nèi)部的小分子可能就會滲透到涂層表面形成一層“霜”，降低了涂層光澤，影響美觀。

　　因此用于工程機械結(jié)構(gòu)件的粉末涂料，除了需要滿足防腐、防銹、耐候等這些必備的功能外，還需要保證使用的粉末涂料具有較快的固化速度或者較低的固化溫度以及具有抗起霜的特性。

　　相比溶劑型涂料，粉末涂料具有更好的機械性能、耐化學(xué)介質(zhì)、耐腐蝕性能等優(yōu)點，但是烘烤溫度過高帶來的能源消耗、結(jié)構(gòu)件固化后產(chǎn)生的性能缺陷、生產(chǎn)成本提高以及粉末的回收都是粉末涂料應(yīng)該改進的方向。

　　4、工程機械結(jié)構(gòu)件粉末涂料用聚酯樹脂研究

　　工程機械領(lǐng)域粉末涂料涂裝無疑給粉末涂料帶來新的機遇，但是由于工程機械領(lǐng)域的特殊性，常規(guī)粉末涂料在該領(lǐng)域的應(yīng)用出現(xiàn)了不少問題。

　　目前大多數(shù)的聚酯樹脂廠家還沒有專門針對工程機械結(jié)構(gòu)件產(chǎn)品特點開發(fā)的產(chǎn)品。

　　國內(nèi)外較大的聚酯樹脂廠家包括DSM、湛新、安徽神劍等，雖然有公司推出了應(yīng)用于工程機械的粉末涂料用聚酯樹脂，但是該類型聚酯樹脂具有通用性，對于特殊部件的產(chǎn)品，尤其針對結(jié)構(gòu)件特點開發(fā)的產(chǎn)品還沒有。

　　根據(jù)工程機械結(jié)構(gòu)件的產(chǎn)品特點，用于工程機械結(jié)構(gòu)件的粉末涂料應(yīng)該具有防腐、防銹、附著力好、耐候性優(yōu)異、低溫固化或者快速固化以及抗起霜等特性。為滿足上述特點，需要開發(fā)具有以下特性的聚酯樹脂。

　　4.1機械性能

　　工程機械絕大多數(shù)在野外作業(yè)，工況惡劣，面臨著風(fēng)吹日曬、粉塵污染及雨水沖刷等，涂裝的主要功能是對產(chǎn)品進行防銹、防腐保護，延長使用壽命。

　　由于工程機械產(chǎn)品常年需要與砂石、泥土等接觸，良好的機械性能、附著力、硬度是必備的先決條件，雖然粉末涂料比溶劑型涂料的機械性能優(yōu)異。

　　但是由于粉末涂料多是高溫烘烤，容易存在烘烤不足、固化不完全的情況，而聚酯樹脂的開發(fā)也應(yīng)該根據(jù)工程機械使用環(huán)境的特殊性進行機械性能、附著力、硬度等方面的改進。

　　4.2抗起霜性能

　　常規(guī)的工件經(jīng)過粉末涂料噴涂并固化后在120℃的溫度下烘烤一段時間，工件表面會產(chǎn)生一層“霜”類物質(zhì)，或者在低溫固化以及工件較厚的情況下烘烤時也有可能會產(chǎn)生這種物質(zhì)，使得工件光澤度下降，從而影響美觀。

　　工程機械結(jié)構(gòu)件比普通的工件厚，涂膜內(nèi)外溫差使得小分子析出形成“霜”。據(jù)Martinazzo F等的研究，該物質(zhì)為二十二元環(huán)結(jié)構(gòu)，是由2個分子對苯二甲酸與2分子的新戊二醇縮合而成，結(jié)構(gòu)見圖1所示。

　　圖片

　　該低聚物的晶體熔融溫度為275～280℃，并且在低溫下通常不揮發(fā)。L Ahjopalo等論述了二十二元環(huán)物質(zhì)的形成過程，通過研究單體組成來改善抗起霜性能。

　　根據(jù)工程機械產(chǎn)品固化條件以及使用條件的特殊性，有針對性地使用抗起霜樹脂是工程機械粉末涂料用聚酯樹脂研發(fā)者應(yīng)該考慮的另一個重要方面。

　　4.3低溫固化或者快速固化

　　工程機械結(jié)構(gòu)件厚度較大的特點，使得其在爐中升溫不均勻且耗時，常規(guī)固化的產(chǎn)品在工程機械結(jié)構(gòu)件上進行噴涂時，存在固化溫度或者時間不足的情況，造成機械性能、耐候、鹽霧等方面的缺陷。

　　因此，用于工程機械結(jié)構(gòu)件的粉末涂料應(yīng)該具有較快的固化速度或者低溫固化的特性，這樣才能保證滿足最終性能的要求，而這就對其相應(yīng)的粉末涂料用聚酯樹脂提出了更高的要求。

　　4.4防腐性能

　　工程機械的作業(yè)環(huán)境是戶外，常年風(fēng)吹日曬，有些甚至在濕熱、沿海環(huán)境下作業(yè)，工況惡劣，因此防腐、防銹性能是工程機械產(chǎn)品的一個重要指標。而樹脂作為粉末涂料的重要組成部分，其性能的好壞決定了產(chǎn)品最終的防腐性能。

　　4.5耐候性

　　由于是戶外作業(yè)，工程機械產(chǎn)品受到大量紫外線的照射，這樣涂層容易老化變色，影響產(chǎn)品的使用壽命。

　　工程機械產(chǎn)品都涂覆著各種各樣的顏色，相比白色涂層，深色涂層的耐候性更差，而這也是粉末涂料行業(yè)遇到的難題之一。

　　因此開發(fā)出耐候性好且能保證深色涂層老化性能的聚酯樹脂是行業(yè)的發(fā)展方向之一。

　　5、結(jié)語

　　工程機械近年來蓬勃發(fā)展，隨著國家對涂料環(huán)保要求的提高，粉末涂料在工程機械領(lǐng)域的市場份額逐漸增加。

　　粉末涂料具有比溶劑型涂料更好的機械性能、附著力、硬度、耐溶劑性、耐化學(xué)藥品性等優(yōu)點，但是高溫烘烤帶來的耗能過大以及容易產(chǎn)生性能缺陷是一個重要問題。

　　工程機械領(lǐng)域作為粉末涂料新的應(yīng)用領(lǐng)域，還缺乏配套的聚酯樹脂，本文通過總結(jié)該領(lǐng)域的特點，推出了針對性的聚酯的研究要求。

　　只有滿足了機械性能、耐候、防腐、抗起霜等性能要求的產(chǎn)品才能夠很好地應(yīng)用于結(jié)構(gòu)件，才能有助于粉末涂料在工程機械的推廣。

　　隨著工程機械領(lǐng)域粉末涂料市場的擴大，應(yīng)用于工程機械粉末涂料的聚酯樹脂必將具有很大的市場空間。

　　來源：現(xiàn)代涂料與涂裝，2016-04-28

更新日期：2023-02-15

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