長(zhǎng)期以來(lái)，國(guó)內(nèi)外預(yù)涂卷材行業(yè)均使用溶劑型涂料涂裝，高揮發(fā)性的VOCs排放給自然環(huán)境帶來(lái)了巨大壓力，尤其對(duì)于個(gè)別產(chǎn)業(yè)比較集中的地區(qū)，綠色涂裝需求迫在眉睫。本文介紹了卷材粉末涂料的彩涂背景、國(guó)內(nèi)外卷材粉末彩涂的技術(shù)發(fā)展、及擎天卷材粉末涂料。
目前絕大多數(shù)的預(yù)涂卷材彩板都是使用液體卷材涂料來(lái)涂裝的，但其在涂料生產(chǎn)和使用過(guò)程中大量排放的VOC，已經(jīng)引起國(guó)家有關(guān)部門和社會(huì)大眾的高度關(guān)注。2016年工信部發(fā)布了兩個(gè)政策文件，《工業(yè)和信息化部關(guān)于印發(fā)建材工業(yè)發(fā)展規(guī)劃(2016-2020年)》和《重點(diǎn)行業(yè)揮發(fā)性有機(jī)物削減行動(dòng)計(jì)劃》都明確重點(diǎn)推廣粉末涂料產(chǎn)品，使得環(huán)保型粉末涂料在卷材領(lǐng)域的的發(fā)展勢(shì)在必行。
卷材涂料涂裝是工業(yè)涂裝領(lǐng)域的一個(gè)重要細(xì)分行業(yè)，國(guó)務(wù)院“關(guān)于印發(fā)打贏藍(lán)天保衛(wèi)戰(zhàn)三年行動(dòng)計(jì)劃的通知”(國(guó)發(fā)〔2018〕22號(hào))中要求“2019年底前，完成涂料、油墨、膠粘劑、清洗劑等產(chǎn)品VOCs含量限值強(qiáng)制性國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)制定工作”、“推進(jìn)重點(diǎn)行業(yè)污染治理升級(jí)改造，重點(diǎn)區(qū)域揮發(fā)性有機(jī)物(VOCs)全面執(zhí)行大氣污染物特別排放限值”等。
一、 卷材粉末涂料彩涂背景
當(dāng)前，全國(guó)彩涂板卷產(chǎn)能達(dá)到年產(chǎn)5239萬(wàn)噸，其中山東產(chǎn)能2293萬(wàn)噸，占華東產(chǎn)能63.03%，占比全國(guó)43.76%。除此之外，山東還是全國(guó)最大的彩涂板生產(chǎn)基地，全國(guó)產(chǎn)線300多條，其中山東就占了100多條。
從細(xì)分領(lǐng)域來(lái)看，涂料主要包括建筑涂料、一般工業(yè)漆、防護(hù)涂料、粉末涂料、木器涂料等等，占全國(guó)涂料行業(yè)的比重依次為52%、13%、10%、8%、5%。2021年，粉末涂料產(chǎn)量達(dá)235萬(wàn)噸，占涂料領(lǐng)域的8%。其中卷材涂料占比3%，年產(chǎn)量達(dá)80多萬(wàn)噸。
彩涂板目前采用輥涂生產(chǎn)工藝，涂料使用溶劑型涂料，其優(yōu)點(diǎn)在于工藝成熟、涂層薄、流平好、遮蓋好、換色快、生產(chǎn)效率高等;但同時(shí)也會(huì)大量排放VOC，需要VOC回收系統(tǒng)，雖然溶劑焚燒可利用熱能，但畢竟溶劑焚燒一方面浪費(fèi)資源，另一方面也會(huì)污染大氣，未封閉涂裝的小型卷材廠生產(chǎn)環(huán)境惡劣，氣味難聞。
目前VOC是阻礙城市空氣質(zhì)量達(dá)標(biāo)的重要因素之一，大幅降低顆粒濃度后，臭氧濃度年年升高已經(jīng)困擾城市不達(dá)標(biāo)的首要問(wèn)題，因此削減VOC排放對(duì)改善城市與區(qū)域大氣環(huán)境質(zhì)理方面是目前國(guó)家當(dāng)務(wù)之急。
因此國(guó)家與地方已制定“打贏藍(lán)天保衛(wèi)三年行動(dòng)計(jì)劃”，重點(diǎn)消減油漆涂料中的VOC排放;大氣治理2013《大氣污染防治行動(dòng)計(jì)劃》、《2020年揮發(fā)性有機(jī)物治理攻堅(jiān)方案》，大力推進(jìn)低(無(wú))VOC含量原輔材料替代，涂料征收消費(fèi)稅等。
二、國(guó)外卷材粉末彩涂技術(shù)
1、粉末塊技術(shù)
澳大利亞的BHP開發(fā)了“Solid Block”的粉末涂裝技術(shù)，這個(gè)工藝是采用了預(yù)熔合的粉末涂料塊(類似于粉筆)，壓在移動(dòng)的已經(jīng)預(yù)熱的卷材板上，粉末涂料經(jīng)過(guò)物理的機(jī)械過(guò)程轉(zhuǎn)移到熱的卷材板上。
但這個(gè)技術(shù)未能取得商業(yè)成功，因?yàn)樗俣鹊南拗坪筒灰恢碌木聿谋砻鏃l件，任何不規(guī)則的表面缺陷或邊緣都會(huì)引起漏涂或條紋。
2、粉末云霧室
MSC(Material Sciences Corp.)和TDC(Terronics Development Corp.)開發(fā)了 “Powder cloud”的技術(shù)。它通過(guò)一系列的刷子來(lái)霧化粉末涂料，并通過(guò)靜電區(qū)域使粉末涂料顆粒到達(dá)移動(dòng)的卷材表面，粉末涂料的云霧可以高速地涂裝在金屬表面上。
但由于成本太高并在實(shí)際應(yīng)用中難以控制，目前處于半商業(yè)化階段，同時(shí)涂層厚度難以降低，限制了粉末云霧室技術(shù)的廣泛應(yīng)用。
3、EMB技術(shù)
荷蘭帝斯曼(DSM)公司開發(fā)了“Electro-magneticbrush(EMB)”的粉末涂料涂裝技術(shù)，采用的是類似于復(fù)印機(jī)和激光打印機(jī)的原理，將帶電的粉末涂料顆粒通過(guò)混合轉(zhuǎn)輪，沿強(qiáng)磁場(chǎng)的作用涂裝，稱為“電磁刷”，可轉(zhuǎn)移到帶電的金屬上。
但這個(gè)技術(shù)目前也沒(méi)有取得大的成功，它僅可以涂裝很薄的涂層，且無(wú)法通過(guò)單次施工獲得不同厚度的涂膜。同時(shí)因?yàn)橥垦b設(shè)備復(fù)雜，對(duì)粉末的生產(chǎn)要求高，投入的成本大，所以該生產(chǎn)設(shè)備也未獲得大的應(yīng)用。
4、高壓狹縫噴粉技術(shù)
早在90年代中后期，美國(guó)的Roll Coater公司就建成了全球第一條高速卷材粉末涂料生產(chǎn)線進(jìn)行生產(chǎn)，線速度可達(dá)150m/min。生產(chǎn)的彩鋼板主要用于冰箱等白色家電。由于粉末涂層的硬度較高，因此賦予產(chǎn)品獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)。
但是，粉末膜厚較高(50~60μm)比液體涂料(25μm)高了一倍多，導(dǎo)致粉末涂裝的成本明顯高于液體涂裝。由于各種原因致使已經(jīng)工業(yè)化生產(chǎn)的唯一粉末卷材涂裝技術(shù)沒(méi)有能夠繼續(xù)下去。
5、歐洲技術(shù)
歐洲相繼有好幾條粉末卷材涂裝線出現(xiàn)，已經(jīng)在實(shí)現(xiàn)規(guī)?；瘧?yīng)用的粉末涂料卷材涂裝線有14條。但都是非高速涂裝的生產(chǎn)線，一般速度為10~25m/min。通過(guò)采用多個(gè)常規(guī)粉末涂料Corona噴槍(20-2個(gè))或“powder bell”鐘型粉末涂料噴槍(12~14個(gè))，在連續(xù)移動(dòng)的卷材上噴涂粉末涂料。
但它的缺點(diǎn)是有時(shí)容易有過(guò)噴現(xiàn)象，導(dǎo)致膜厚的不均勻，同時(shí)噴槍的維護(hù)較麻煩，并且噴涂線速很慢。
6、近紅外光固化技術(shù)
美國(guó)First Precision LLC開發(fā)了Powder Coil TM粉末卷材涂料的高速涂裝和固化的生產(chǎn)工藝。它采用了Powder Jet粉末涂料噴涂技術(shù)，加上AdPhos NIR近紅外光固化技術(shù)，配合杜邦公司的Alesta Speed Ray-Tec紅外固化粉末卷材涂料，可以生產(chǎn)線速度超過(guò)100m/min。
但是實(shí)際該粉末固化需要求中波紅外270℃/60s，在鋁板的噴涂速度上為30m/min，所得產(chǎn)品主要用在家用電器上。而卷材鍍鋅鋼板線速度為25m/min，生產(chǎn)速度不高，固化加工過(guò)程如下圖所示，粉末涂裝生產(chǎn)線如下圖。
7、TransAPP技術(shù)
Fraunhofer公司的TransAPP技術(shù)，使用粉末傳輸技術(shù)代替噴槍，避免了傳統(tǒng)粉末噴涂應(yīng)用的局限性和涂膜厚度差異。
在TransAPP技術(shù)中心，粉末通過(guò)循環(huán)輸送帶傳輸至傳輸帶下面的卷材上面，由于粉末粒子均勻地沉積在基材表面，從而得到比較均勻地厚度。而且，沒(méi)有傳輸?shù)交纳系姆勰┝Ｗ硬o(wú)浪費(fèi)，而是通過(guò)傳輸鋼帶進(jìn)行到下一個(gè)循環(huán)，通過(guò)NIR(近紅外光)固化，傳統(tǒng)的混合型聚酯環(huán)氧粉末涂料，涂層可得到70μm左右的厚度。
擎天助力建設(shè)非洲首條粉末彩涂板生產(chǎn)線，將卷鋼用快速固化粉末涂料涂裝技術(shù)及相關(guān)產(chǎn)品輸出海外，速度40m/min。
三、國(guó)內(nèi)卷材粉末彩涂技術(shù)發(fā)展
目前，國(guó)內(nèi)卷材粉末涂裝發(fā)展的技術(shù)方向?yàn)椋?/p>
粉末云霧室噴涂方式，處于試驗(yàn)階段
高速旋杯噴涂，臥式噴粉，已批量生產(chǎn)，旋杯需要定期更換，易出現(xiàn)粉瘤和粒子
高效靜電噴涂，第一代臥式，能穩(wěn)定生產(chǎn)，易出現(xiàn)粉瘤和粒子，不適合表面要求較高的板材
高效靜電噴涂，第二代立式，上粉率高，表面效果好，技術(shù)成熟性好,目前已經(jīng)批量生產(chǎn)
1998年，合肥榮事達(dá)-美泰克合資公司從德國(guó)EISENMANN引進(jìn)了中國(guó)第一條16m/min的高速平板粉末噴涂流水線，主要應(yīng)用于家電板。
榮事達(dá)電冰箱公司預(yù)涂線用的中速平板粉末涂料的固化條件是275℃/2min，當(dāng)時(shí)研制中的難點(diǎn)主要體現(xiàn)在線速的要求塊、施工方面的要求高、預(yù)涂平板方面對(duì)涂膜的要求均勻。
后來(lái)，榮事達(dá)電冰箱通過(guò)與廣州擎天材料科技有限公司聯(lián)合開發(fā)解決此項(xiàng)難點(diǎn)。不斷對(duì)配方和涂裝技術(shù)難點(diǎn)攻克，解決了涂層與固化工藝相適宜的難點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)了國(guó)內(nèi)首個(gè)可以實(shí)現(xiàn)中速紅外固化技術(shù)的廠家。
但從嚴(yán)格意義上來(lái)說(shuō)，榮事達(dá)公司生產(chǎn)的是一塊一塊大的平板噴涂粉末涂料，不是真正意義上的連續(xù)的卷材粉末生產(chǎn)。
“十二五”期間，杭州馮氏卷鋼材料有限公司成功開發(fā)專用于卷材粉末涂裝的設(shè)備，并在其杭州工廠實(shí)現(xiàn)20m/min的卷鋼生產(chǎn);
2017年3月，山東科瑞鋼板有限公司“高速靜電粉末彩色涂層鋼板”實(shí)現(xiàn)了國(guó)內(nèi)80m/min的PCM高速靜電粉末噴涂，填補(bǔ)國(guó)內(nèi)該項(xiàng)技術(shù)的空白，標(biāo)志著我國(guó)彩涂板加工技術(shù)進(jìn)入零VOC的技術(shù)領(lǐng)域。