大約在30年前開(kāi)發(fā)出來(lái)的干式粉末涂料技術(shù)，是一種裝飾性能極佳的環(huán)保型工藝，堪稱(chēng)是涂料工業(yè)發(fā)展歷程中的一座重要的里程碑。如今，粉末涂料的應用非常廣泛，尤其是在耐用消費品市場(chǎng)上，汽車(chē)工業(yè)為其長(cháng)期發(fā)展提供了一個(gè)誘人的遠景。近來(lái)，適用于像木器和塑料之類(lèi)熱敏感型基材的低固化溫度粉末的發(fā)展，進(jìn)一步拓寬了它的應用范圍。

穩定生產(chǎn)具有期望性能的粉末 - 當然要以合理的價(jià)格 - 是人們最為關(guān)心的一個(gè)問(wèn)題，這就對有效的工藝控制提出了高要求。顆粒度是粉末涂料的決定性參數之一，直接影響著(zhù)產(chǎn)品以及最終固化涂膜的處理性能。因此，在生產(chǎn)過(guò)程中嚴格控制顆粒度，是至關(guān)重要的。在本文中，我們將討論顆粒度對于產(chǎn)品性能的影響，以及不同的顆粒度分析方案對于優(yōu)化粉末涂料生產(chǎn)所能夠起到的作用。

顆粒度分布的優(yōu)化

為了生產(chǎn)出具有期望性能的粉末涂料，需要了解顆粒度和粒度分布對于搬運性能、涂裝和固化工藝、裝飾面等的影響。

細顆粒

細顆?？赡茉诎徇\方面造成困難，另外，微粒過(guò)多不僅會(huì )增加對呼吸系統的危害，而且還有爆炸的危險。

在涂裝時(shí),準確地控制細顆?？赡芨永щy。但是,在靜電涂裝體系中，細顆粒有包圍在一件物體四周的趨勢，對于雙面涂裝很有幫助。在基材表面，小顆粒更容易集中在一起，降低了為得到平滑的最終涂層而對固化條件的苛刻要求。當然，細顆?？赡軙?huì )由于固化時(shí)熔化速度過(guò)快或涂裝時(shí)電荷積聚在表面產(chǎn)生“反跳”而造成表面裝飾效果變差(桔皮現象)，

粗顆粒

粗顆粒一般流動(dòng)性能好，涂裝時(shí)相對容易控制。粗顆粒質(zhì)量較大，在噴涂時(shí)具有很大的直線(xiàn)慣量，尤其對于滲透到物體的角落部位很有幫助。但是，在固化時(shí)，粗顆粒需要較長(cháng)的時(shí)間才能熔化，而且熔化可能不徹底，這會(huì )導致最終涂膜中存在夾雜，影響到外觀(guān)和整體力學(xué)性能。因此，粗顆粒的固化對于時(shí)間和溫度的要求都更加嚴格。

多分散性

如果某種顆粒相對較大的粉末涂料具有很寬的粒度分布范圍，那么顆粒在基材表面的填裝效果就會(huì )得到改善，達到像小顆粒填充空隙那樣的效果。這樣就能夠從涂膜中排除空氣，提高了固化時(shí)的總體導熱性和熔化速度，從而提高了交聯(lián)度，改善了成品涂膜的力學(xué)性能。而如果多分散性較低，就會(huì )有在最終涂膜中產(chǎn)生夾雜的趨勢，除非基材長(cháng)時(shí)間保持高溫以使所有顆粒能夠流動(dòng)聚攏。顆粒較細的產(chǎn)品不會(huì )產(chǎn)生這一問(wèn)題，即使粒度分布范圍較窄也能夠得到平滑的涂膜。

通過(guò)調節顆粒度和粒度分布，可以在相當大程度上控制最終涂膜的性能?？偟膩?lái)說(shuō)，粉末涂料的粒度分布在5微米到100微米范圍內。當然，行業(yè)中長(cháng)期存在著(zhù)減小顆粒度的趨勢，這是為了滿(mǎn)足如今對于更薄涂膜的要求。

粉末涂料生產(chǎn)的優(yōu)化

粉末涂料的制備，是在熔體中混合聚合物、荷電劑和其他助劑，然后擠出形成塊狀或者球形，再經(jīng)過(guò)一系列碾壓、研磨及分選/分級步驟而得到需要的顆粒度。粉末涂料一般是在也許有10條到15條不同生產(chǎn)線(xiàn)的工廠(chǎng)進(jìn)行分批生產(chǎn)，每條線(xiàn)均生產(chǎn)多種不同產(chǎn)品。產(chǎn)品的轉換和工藝的啟動(dòng)都很頻繁，所以，防止產(chǎn)品污染是一個(gè)重要問(wèn)題。比如，哪怕只有一小塊紅色產(chǎn)品混入一批綠色產(chǎn)品，都可能使整個(gè)一批產(chǎn)品報廢。對于粉末涂料生產(chǎn)商而言，最重要的目標是：

●優(yōu)化產(chǎn)品的穩定性；

●盡可能減少產(chǎn)品的轉換次數；

●避免污染；

●使研磨成本降至最低水平。


采用傳統的離線(xiàn)分析手段來(lái)優(yōu)化工藝控制，難度可能較大。離線(xiàn)顆粒度分析對于產(chǎn)品開(kāi)發(fā)和質(zhì)量控制具有不可估量的作用，但是，它對于工藝控制的適用性卻比較有限，特別對于那些響應時(shí)間相對較短的工藝來(lái)說(shuō)更是如此。工藝條件的多變性和時(shí)間上的滯后性，使離線(xiàn)分析不可能跟蹤并且控制工藝的快速變化，而且也難以判定問(wèn)題出在分析、取樣上還是出在工藝本身。備選方案是線(xiàn)上分析或者全自動(dòng)在線(xiàn)系統。

線(xiàn)上顆粒度分析儀將分析與工藝操作結合在一起，從而更適合于對設備的需要做出響應和改善工藝控制。對于有多條生產(chǎn)線(xiàn)的工廠(chǎng)，它能夠改善控制，但又無(wú)需為每條線(xiàn)都安裝專(zhuān)用分析儀，是一個(gè)切實(shí)可行的方案。相比之下，在線(xiàn)測量系統能夠連續獲得高度相關(guān)的數據流，能夠制定最優(yōu)化的控制模式，實(shí)現全自動(dòng)控制。依靠專(zhuān)用的在線(xiàn)系統，操作人員可以立刻看到他的操作結果，可以迅速將產(chǎn)品調整到新的規格。通過(guò)系統性地研究改變不同參數的效果，能夠深入地了解工藝，在保證產(chǎn)品標準的前提下優(yōu)化操作。以下兩個(gè)實(shí)例說(shuō)明了改用在線(xiàn)分析對研磨機控制的效果以及對提高工藝效率的作用。

研磨機的啟動(dòng)

圖1展示了根據離線(xiàn)分析而人工控制研磨機啟動(dòng)的情況。紅圈代表取樣的次數，綠圈代表研磨機參數的修改。啟動(dòng)階段包括了一系列的迭代步驟，每個(gè)步驟中都有修改研磨機參數、運行一定時(shí)間使其穩定在新參數下、取樣、分析等內容。從啟動(dòng)到開(kāi)始穩定生產(chǎn)需要規格的產(chǎn)品，大約需要50分鐘。

圖2展示了同樣的人工控制啟動(dòng)過(guò)程，但這時(shí)是根據在線(xiàn)顆粒度分析儀的結果而進(jìn)行操作?，F在，啟動(dòng)過(guò)程只用了7分鐘，因為操作人員能夠立刻掌握任何修改的結果，很快就能夠達到需要的操作點(diǎn)。由此節省的時(shí)間，意味著(zhù)減少了不合格產(chǎn)品，而且由于縮短了批次生產(chǎn)時(shí)間而降低了能耗。這一改變還提高了研磨機的產(chǎn)量，因為生產(chǎn)性運行時(shí)間大大增加。在研磨機需要頻繁啟動(dòng)的情況下，這些優(yōu)點(diǎn)將會(huì )很快在明顯的成本收益上體現出來(lái)。

嚴格的穩態(tài)控制

研磨是能耗很高的工藝過(guò)程，因此，當它被用作獨立系統時(shí)，生產(chǎn)商總是要尋求將研磨的程度在產(chǎn)品標準所允許的范圍內降低到最低水平。過(guò)度研磨既浪費能源，而且在過(guò)量的細顆粒會(huì )帶來(lái)問(wèn)題(比如對于粉末涂料)的情況下，還會(huì )使產(chǎn)品變得不合格。在粉末涂料的生產(chǎn)中，嚴格的標準至關(guān)重要，研磨機操作人員必須將工藝控制在最低研磨要求和過(guò)度研磨這兩個(gè)限度之間。圖3展示了改為在線(xiàn)分析后研磨機控制的準確性。

最初，研磨機是依靠離線(xiàn)分析結果而進(jìn)行人工控制的，操作中的波動(dòng)十分明顯；為了在兩次取樣之間保證不生產(chǎn)出不合格材料，研磨機的操作只能遠離實(shí)際標準。一旦能夠獲得在線(xiàn)數據，研磨機的控制就大為改觀(guān)，性能的波動(dòng)變得遠小于規定的范圍。隨著(zhù)研磨機控制可靠性的增加，可以做到修改操作參數以便生產(chǎn)出剛好達到要求規格的材料，從而避免了過(guò)度研磨，減少了材料的浪費，節省了能源的消耗。

可以利用研磨機控制的這一改進(jìn)使可接受的操作范圍變得更窄，因為穩定在允許范圍內變得非常容易。這不僅會(huì )使產(chǎn)品質(zhì)量更加穩定，而且還能夠降低研磨機的運行成本。

分析儀設計的優(yōu)化

線(xiàn)上分析儀和在線(xiàn)分析儀的潛在優(yōu)點(diǎn)都是顯而易見(jiàn)的，但要想充分發(fā)揮出這些優(yōu)點(diǎn)，需要對系統進(jìn)行正確的選型。對于在線(xiàn)分析儀的要求非常高，它必須可靠，結實(shí)，適應工業(yè)生產(chǎn)條件，在控制軟件等方面與生產(chǎn)廠(chǎng)的現有設備相互兼容。由于減少人工輸入很可能會(huì )是主要目標之一，分析儀的維護要求必須很低。分析必須是全自動(dòng)進(jìn)行的，數據的給出必須有效而又有針對性。需要準確的或者說(shuō)復雜的人為介入的系統，往往容易出現問(wèn)題,或是給出不符合行業(yè)規范的數據；這樣的系統肯定不會(huì )被接受和正確地使用,最終會(huì )是一項失敗的投資。

對于粉末涂料的生產(chǎn)，還有兩個(gè)方面也需要在分析系統的設計中予以關(guān)注，即清理和取樣。

●清理

對于多生產(chǎn)線(xiàn)配置來(lái)說(shuō)，防止交叉污染是一個(gè)相當重要的問(wèn)題，因此，儀器的清理必須簡(jiǎn)單而且高效。設計上必須消除死角，而且必須有高質(zhì)量的表面加工以減少產(chǎn)品的附著(zhù)。為了能夠在不同生產(chǎn)批次之間徹底清理分析系統，儀器流道部件必須拆卸方便，制造材質(zhì)必須耐溶劑腐蝕。

●取樣

粉末涂料的玻璃態(tài)轉變溫度一般都比較低，不需要耗能高的樣品分散，但它容易附著(zhù)在儀器壁上，逐漸堵塞甚至堵死樣品線(xiàn)。為了獲得具有代表性的粒度分布數據，對樣品進(jìn)行適度的分散能夠確保顆粒在沒(méi)有聚團風(fēng)險的情況下被送至測量區域。

 Malvern Insitec激光衍射分析儀為線(xiàn)上和在線(xiàn)顆粒度分析提供了綜合性方案。InsitecALISS是一種使用方便的線(xiàn)上分析儀；InsitecVoyager是移動(dòng)式分析儀，可以根據需要臨時(shí)作為在線(xiàn)分析儀使用。對于專(zhuān)門(mén)的在線(xiàn)粒度分析，有多種Insitec系統可以為連續分析提供全面的綜合性方案。

結論

在粉末涂料領(lǐng)域，有效而又準確地分析顆粒度是產(chǎn)品開(kāi)發(fā)、工藝優(yōu)化和質(zhì)量控制所必不可少的。能夠滿(mǎn)足行業(yè)要求的在線(xiàn)分析儀，是有效工藝控制的最佳選擇，可以實(shí)現自動(dòng)化操作，顯著(zhù)提高生產(chǎn)效率。設計合理、滿(mǎn)足具體應用要求的顆粒度分析儀，在幫助生產(chǎn)商提高產(chǎn)品性?xún)r(jià)比方面起著(zhù)重要作用，能夠為粉末涂料技術(shù)開(kāi)拓新市場(chǎng)而發(fā)揮力量。