生产管理知识_粉末涂料流平剂生产工艺设计论文

西北工业大学 硕士学位论文 1000t/a粉末涂料流平剂生产工艺设计 姓名：梁博科 申请学位级别：硕士 专业：材料工程 指导教师：李铁虎;廖列文 20040618 摘要 摘要 粉末涂料是近年来迅速发展的 环保涂料品 种， 在众多领域中己 经广泛使用。 粉末涂料配方中 加入流平剂， 可以 有效克服施工中的许多弊病， 消除粉末涂料交 联固化过程中 可能出 现的 缩孔、 针 孔、 桔皮等 现象， 改善工件表面涂装效果， 提 高粉末涂料产品质量， 是粉末涂料配方中的重要助剂。目前， 我国的流平剂的生 产远远不能满足粉末涂料生产的需要， 因此， 建设一定规模的粉末涂料流平剂生 产装置对于我国粉末涂料的的发展是十分必要的。 本文根据我国粉末涂料的生产需要， 在经过多年 对粉末涂料及其流平剂的实 验室研究和生产性试验的基础上，设计了一套年产 1 0 0 0吨的粉末涂料流平剂生 产工艺。 本工艺 采用丙 烯酸醋 类为基 础单体， 配合功能性丙 烯酸单体， 以 异丙醇 为溶剂，过氧化苯甲酞为引发剂，应用溶液聚合法合成三元共聚物液体流平剂; 并根据用户的要求， 配制出固体产品。 同时较详细地进行了工艺流程的选择论证 与研究， 通过对生产过程的物料与能量衡算进行设备的设计与选择，并对工艺实 施的经济效益进行了分析。 本设计所用生产工艺的 特点 为: 在粉末涂料流平剂配方中引 入功能 性单体， 显 著地提高了 粉末涂料的 流平性和光泽度: 采用连续滴加单体的加料方式， 使反 应过程平稳， 聚合产物分子量均匀， 产品 流平性能 提高: 采用异丙醇为聚合溶 剂， 提高了分 子量的均匀性， 避免了使 用苯类溶剂的 毒性。 本设计的 工艺还具有技术、 生产可行性好，生产操作稳定等特点，所生产的粉末涂料流平剂产品质量稳定， 使用性能达到了国内同类产品的水平。 本设计的主要内容包括:粉末涂料的发展概况，粉末涂料流平剂的作用， 工 艺、生产概况、市场需求情况的综述: 项目所涉及的粉末涂料生产工艺流程的论 证和选择; 物料及热 量衡 算: 生产工艺流程及 控制介绍; 主要设备选型和工艺尺 寸的计算; 设备投资估算; 技术经济指标分析。 本设计有如下附图: 生产工艺流 程图，生产设备平立面布置图。 关键词:粉末涂料:流平剂;生产线:工艺设计 西北工业大学工程硕士学位论文 ABS TRACT P o w d e r c o a t i n g d e v e l o p e d r a p i d l y i n r e c e n t y e a r s b e c a u s e i t c a n b e w i d e l y u s e d in m a n y f i e l d s . Mo d a fl o w i s a k i n d o f a d d it i v e o f p o w d e r c o a t i n g s , w h e n a d d e d in t o p o w d e r c o a t i n g s , s u c h b u g s o f p o w d e r c o a t i n g s a s c r i n k l i n g h o l e a n d p i n h o l e c a n b e e l i m i n a t e d , a n d q u a l i t y o f p o w d e r c o a t i n g s c a n b e i m p r o v e d e ff e c t i v e l y a s w e l l . A t p r e s e n t , t h e p r o d u c t i o n o f m o d a fl o w i n o u r c o u n t r y c a n t s a t i s f y t h e n e e d o f p o w d e r c o a t i n g s , i t i s e s s e n t i a l l y f o r d e v e l o p m e n t o f p o w d e r c o a t i n g s i n o u r c o u n t r y t o e s t a b l i s h f a c t o ry t o m a n u f a c t u r e mo d a fl o w. I n t h i s p a p e r , a c c o r d i n g t o t h e n e e d o f p o w d e r c o a t i n g s i n o u r c o u n t ry a n d b a s e d o n t h e s t u d y o n p o w d e r c o a t i n g s a n d mo d a fl o w f o r m a n y y e a r s , t h e p ro d u c t io n d e v i c e a n d t e c h n o l o g y f o r m o d a fl o w w i t h a b i l i t y o f 1 0 0 0 t / a w e r e d e s i g n e d . I n o u r t e c h n o l o g y , 2 - p r o p a n o l w a s u s e d a s s o l v e n t , b e n z o y l p e r o x i d e ( B P O) w a s u s e d a s i n i t i a t o r , l i q u i d m o d a fl o w w e r e s y n t h e s i z e d b y c o p o l y m e r i z e d o f a c r y l a t e a n d a c r y l i c a c i d , a n d s o l i d m o d a fl o w w e r e m a n u f a c t u r e d t o s a t i s f y c o n s u m e r s n e e d . A t t h e s a m e t i m e , t e c h n i c a l c o n d i t i o n s w e r e s t u d i e d , f a c i l i t i e s w e r e d e s i g n e d a n d s e l e c t e d b y w a y o f c a l c u l a t i o n o f e n e r g y a n d m a t e r i a l s d u r in g o f p r o d u c t i o n , a n d b e n e f i t s w e r e a n a l y z e d a s w e l l . T h e t e c h n o l o g y c h a r a c t e r i z e d b y f o l lo w i n g s : f u n c t i o n a l m o n o m e r w a s i n t r o d u c e d i n t o t h e m o d a fl o w t o i m p r o v e l u s t e r a n d m o d a fl o w e f f e c t o b v i o u s l y , m o n o m e r s w e r e c o n t i n u o u s l y a d d e d t o t h e r e a c t o r , r e a c t i o n w a s p l a c i d l y c a r r i e d , a n d t h e m o l e c u l a r w e i g h t o f t h e p r o d u c t i s u n i f o r m ; 2 - p r o p a n o l i n s t e a d o f p o i s o n o u s b e n z e n e w a s u s e d a s s o l v e n t , u n i f o r m i t y o f t h e mo l e c u l a r w e i g h t c a n b e i m p r o v e d . A d d i t i o n a l l y , t h i s t e c h n o l o g y h a s s u c h b e n e f i t s a s s t a b i l i t y o f q u a l i t y , e a s y t o o p e r a t e . T h e m a i n c o n t e n t s o f t h i s p a p e r i n c l u d e : s u m m a r y o f p o w d e r c o a t i n g s , f u n c t i o n s o f mo d a f l o w; s u m ma r i z a t i o n o f t e c h n o l o g y , p r o d u c t i o n a n d d e ma n d o f t h e ma r k e t ; s e l e c t i o n o f t h e t e c h n o l o g y c a l c u l a t i o n o f e n e r g y a n d m a t e r i a l s , i n t r o d u c t i o n o f t h e t e c h n o l o g y , s e l e c t i o n a n d c a l c u l a t i o n o f f a c i l i t i e s ,c a l c u l a t i o n o f i n v e s tm e n t , a n a l y s i s o f e c o n o m i c a n d t e c h n i c a l t a r g e t s . F l o w c h a r t a n d d r a w i n g s o f f a c i l i t i e s a r r a n g e m e n t we r e a f f i l i a t e d K e y w o r d s : P o w d e r C o a t i n g s ; Mo d a fl o w ; P r o d u c t i o n L i n e ; T e c h n o l o g y D e s i g n 论文 的 新 见 解 论文的新见解 粉末涂料流平 剂的 制备的实验室研究报道不少， 但是生 产实施过程却少见报 道， 本论文所做的 工作是 在生产试验的 基础上进行生产线的设计， 所采用工艺 和 设计的的新见解在: ( 1 ) 在粉末涂料流平剂配方中引入功能 性单体，显著地提高了 粉末涂料的 流平性和光泽度; ( 2 )采用连续滴加单体的加料方式，使反应过程平稳，聚合产物分子量均 匀，产品流平性能提高: ( 3 ) 采用异丙醇为 聚合溶剂， 提高了 分子量的均匀性， 避免了使用苯类溶 齐 的毒性，有利于环保。 第 1 章绪论 第1 章绪论 文献 综述 1 .1 ，1 粉末涂料的发展概况 粉末 涂料是从2 0 世纪6 0 年代发展起来的一 种节省资源、 节 省能 源、 无溶剂 污染的涂料新品种。所以，粉末涂料迅速获得了广泛的应用， 其应用领域包括电 冰箱、 洗衣机、电 饭提等家用电器， 汽车、 摩托车、 拖拉 机、建 筑材料、 金属家 具以 及 机 械、 化 工 设 备的 防 腐 等方 面 i 1 6 1 粉末涂料是一种由 树脂、 颜料、填料及添加剂等组成的粉末状物质， 其中作 为主要成膜物质的树脂组分可以是 一种树脂及其固 化系统， 也可以 是几种树脂混 合物。其涂膜具有优异的性能，如优异的附着力和耐腐蚀性，以及良 好的硬度、 光泽、 柔韧性和抗冲击强 度等。 粉末涂料还因 其 1 0 0 % 的固 体分， 生产与施工中 无V o c排放t 有利于环境保护， 同时由于其利 用率高 达 9 0 % - 9 5 % ， 涂装周期短， 生产效率高等优越性能而广泛应用于家电、 机械、 电 子、 建筑、 化工、 航天航空、 矿山冶金等各个领域。成为当今涂料工业发展较快的品种。 粉末涂料始于 2 0 世纪 3 0年代后期。 人们用火焰喷涂法把聚乙烯粉末以熔融 状 态 涂 覆 到 金 属 表面 上 ， 这 就 是 粉 末 涂 装的 开 端. 1 9 5 2 年， 德 国K n a s p a r k G r ie s h e 公 司 的E rc o in G e m m e r 发明 T 流 化 床浸 涂 法 归u id z e d B e d S y s te m ) ， 热 塑 性 粉 末 涂料有了 较快的 发展。5 0年代是以 热塑性粉末涂料为主， 在管道防腐和电 绝缘 方面有较多的应用。1 9 6 2 年， 法国S a m e s 公司发明了静电 粉末喷涂设备; 1 9 6 4 年伴随 着热固性环氧粉末涂料的开发和利用，粉末涂料引起了世界各国的关注。 从 7 0 年代两次石油危机以 后， 粉末涂料作为 省资 源、省能 耗和劳 动效率高的新 一代涂料产品，受到各国涂料生产和使用部门的充分重视，发展相当迅速。7 0 年代后期 至 8 0 年代初， 欧美对排放挥发性有 机物的限 制法规不断 颁布， 粉末涂 料 作为 最 理想 的 品 种 更引 起 世 界 各国 重 视17 -13 1。 但由 于 粉 末 涂装 的 装 饰性 满 足不 了高装饰 要求而曾 一度徘徊。 进入 9 0 年代后，随 着装饰性粉末问 世， 粉末涂料 得到极大的发展。世界粉末涂料市场每年以 1 5 %-2 0 %的速度快速递增。1 9 9 8 年北美地区粉末涂料市值达 9 . 2 亿美元， 预计到 2 0 0 3 年，该地区粉末涂料市值 第 1 章绪论 第1 章绪论 文献 综述 1 .1 ，1 粉末涂料的发展概况 粉末 涂料是从2 0 世纪6 0 年代发展起来的一 种节省资源、 节 省能 源、 无溶剂 污染的涂料新品种。所以，粉末涂料迅速获得了广泛的应用， 其应用领域包括电 冰箱、 洗衣机、电 饭提等家用电器， 汽车、 摩托车、 拖拉 机、建 筑材料、 金属家 具以 及 机 械、 化 工 设 备的 防 腐 等方 面 i 1 6 1 粉末涂料是一种由 树脂、 颜料、填料及添加剂等组成的粉末状物质， 其中作 为主要成膜物质的树脂组分可以是 一种树脂及其固 化系统， 也可以 是几种树脂混 合物。其涂膜具有优异的性能，如优异的附着力和耐腐蚀性，以及良 好的硬度、 光泽、 柔韧性和抗冲击强 度等。 粉末涂料还因 其 1 0 0 % 的固 体分， 生产与施工中 无V o c排放t 有利于环境保护， 同时由于其利 用率高 达 9 0 % - 9 5 % ， 涂装周期短， 生产效率高等优越性能而广泛应用于家电、 机械、 电 子、 建筑、 化工、 航天航空、 矿山冶金等各个领域。成为当今涂料工业发展较快的品种。 粉末涂料始于 2 0 世纪 3 0年代后期。 人们用火焰喷涂法把聚乙烯粉末以熔融 状 态 涂 覆 到 金 属 表面 上 ， 这 就 是 粉 末 涂 装的 开 端. 1 9 5 2 年， 德 国K n a s p a r k G r ie s h e 公 司 的E rc o in G e m m e r 发明 T 流 化 床浸 涂 法 归u id z e d B e d S y s te m ) ， 热 塑 性 粉 末 涂料有了 较快的 发展。5 0年代是以 热塑性粉末涂料为主， 在管道防腐和电 绝缘 方面有较多的应用。1 9 6 2 年， 法国S a m e s 公司发明了静电 粉末喷涂设备; 1 9 6 4 年伴随 着热固性环氧粉末涂料的开发和利用，粉末涂料引起了世界各国的关注。 从 7 0 年代两次石油危机以 后， 粉末涂料作为 省资 源、省能 耗和劳 动效率高的新 一代涂料产品，受到各国涂料生产和使用部门的充分重视，发展相当迅速。7 0 年代后期 至 8 0 年代初， 欧美对排放挥发性有 机物的限 制法规不断 颁布， 粉末涂 料 作为 最 理想 的 品 种 更引 起 世 界 各国 重 视17 -13 1。 但由 于 粉 末 涂装 的 装 饰性 满 足不 了高装饰 要求而曾 一度徘徊。 进入 9 0 年代后，随 着装饰性粉末问 世， 粉末涂料 得到极大的发展。世界粉末涂料市场每年以 1 5 %-2 0 %的速度快速递增。1 9 9 8 年北美地区粉末涂料市值达 9 . 2 亿美元， 预计到 2 0 0 3 年，该地区粉末涂料市值 西北工业大学工程硕士学位论文 将增至 1 2 .7 亿美元。该咨询机构还预测， 至 2 0 0 3 年北美地区粉末涂料年均增长 率为6 . 8 %，日本的年均增长率为 7 . 3 %， 西欧地区的增长率低一些，为 5 . 6 %. 世 界其他地区则要高达1 1 . 5 % 1 4 - 1 8 1 . 我国粉末涂料生产起步较晚，1 9 6 5年由广州电器科学研究所和常州绝缘材 料厂率先开 展了环氧绝缘粉末涂料的 研制和生产。上海无线电二 十四厂于 1 9 6 8 年开始了 静电涂装的试验， 应用于通信产品外壳。 1 9 7 4年原化工 部涂料研究所 开展了 环氧粉末涂料、 聚醋粉末涂料、 粉末涂料流平剂、 节能粉末涂料等项目 的 研制工作。1 9 8 5年无锡造漆厂和杭州中法化学有限公司从英国、 法国引进成套 的粉末涂料生产线之后， 我国的粉末涂料生产技术和产品质量提高到了一个新的 水平。 伴随着改革开放以 来国内家电 产业的兴起， 我国 粉末涂料产业获得了 空前 的发展， 产量由1 9 9 0 年的1 2 万 t 增 长到2 0 0 2 年的1 6 万 t ， 年均增长率达2 4 % , 我国已成为仅次于美国的世界第二大粉末涂料生产国。 我国粉末涂料产品品种己 形成 1 0 个大 类: 装饰型环氧、 绝缘环氧、 防腐型环氧酚醛、 环氧丙烯酸花纹型、 聚酷环氧装饰型、 环氧美术型、 聚酣 / 异氰脉酸三缩水甘油酷、 聚氨酷、半光、 无 光 及 其 他 功能 性 粉 末 涂 料 ( 包 括 阻 燃 型、 导 电 型 、 耐 热 型 等 少 9 .25 。 我 国 的 粉 末 涂料生产厂从 1 9 8 2 年的4 - 5家发展到目前的 1 0 0 0 家以上，包含了外商独资、 中 外合资、 国有、 民营等多种经济成分。 据2 0 0 2 年最新统计， 实际 年产量在4 0 0 0 t 以上的企业有1 0 家， 其总 产量约占 全国产 量的5 0 % ; 年 产量1 0 0 0 4 0 0 0 t 的企 业约3 5 家:生产量 5 0 0 “ 1 0 0 0 t 的企业约 5 0 家;其他虽 然也有年产 2 0 0- 3 0 0 t 的 企业， 但多数是几十吨的 小厂， 甚至十几吨的 家庭作坊t 2 粉 末涂料的一次涂膜厚度可达 5 0 -5 0 0 u m。 相当于溶剂型涂料几道至几十道的厚 西北工业大学工程硕士学位论文 将增至 1 2 .7 亿美元。该咨询机构还预测， 至 2 0 0 3 年北美地区粉末涂料年均增长 率为6 . 8 %，日本的年均增长率为 7 . 3 %， 西欧地区的增长率低一些，为 5 . 6 %. 世 界其他地区则要高达1 1 . 5 % 1 4 - 1 8 1 . 我国粉末涂料生产起步较晚，1 9 6 5年由广州电器科学研究所和常州绝缘材 料厂率先开 展了环氧绝缘粉末涂料的 研制和生产。上海无线电二 十四厂于 1 9 6 8 年开始了 静电涂装的试验， 应用于通信产品外壳。 1 9 7 4年原化工 部涂料研究所 开展了 环氧粉末涂料、 聚醋粉末涂料、 粉末涂料流平剂、 节能粉末涂料等项目 的 研制工作。1 9 8 5年无锡造漆厂和杭州中法化学有限公司从英国、 法国引进成套 的粉末涂料生产线之后， 我国的粉末涂料生产技术和产品质量提高到了一个新的 水平。 伴随着改革开放以 来国内家电 产业的兴起， 我国 粉末涂料产业获得了 空前 的发展， 产量由1 9 9 0 年的1 2 万 t 增 长到2 0 0 2 年的1 6 万 t ， 年均增长率达2 4 % , 我国已成为仅次于美国的世界第二大粉末涂料生产国。 我国粉末涂料产品品种己 形成 1 0 个大 类: 装饰型环氧、 绝缘环氧、 防腐型环氧酚醛、 环氧丙烯酸花纹型、 聚酷环氧装饰型、 环氧美术型、 聚酣 / 异氰脉酸三缩水甘油酷、 聚氨酷、半光、 无 光 及 其 他 功能 性 粉 末 涂 料 ( 包 括 阻 燃 型、 导 电 型 、 耐 热 型 等 少 9 .25 。 我 国 的 粉 末 涂料生产厂从 1 9 8 2 年的4 - 5家发展到目前的 1 0 0 0 家以上，包含了外商独资、 中 外合资、 国有、 民营等多种经济成分。 据2 0 0 2 年最新统计， 实际 年产量在4 0 0 0 t 以上的企业有1 0 家， 其总 产量约占 全国产 量的5 0 % ; 年 产量1 0 0 0 4 0 0 0 t 的企 业约3 5 家:生产量 5 0 0 “ 1 0 0 0 t 的企业约 5 0 家;其他虽 然也有年产 2 0 0- 3 0 0 t 的 企业， 但多数是几十吨的 小厂， 甚至十几吨的 家庭作坊t 2 粉 末涂料的一次涂膜厚度可达 5 0 -5 0 0 u m。 相当于溶剂型涂料几道至几十道的厚 第 1章绪论 度，减少了多 道喷涂中 产生的二次污染问 题，同时有利于节能和提高 生产效率; 涂装操作技术简单， 不需要 很熟练的技术， 涂膜厚涂时也不容易产生流挂等弊 病， 容易实行自 动 化流水线涂装; 不需要像乳溶剂型涂料那样随季节调节粘度， 也不需要喷涂后放置一段时间挥发溶剂后进烘烤炉， 可以节省涂装时间; 粉末 涂料不用溶剂， 是一种有效的 节能 措施， 因为大部 分溶剂的 起始原料是石油原油。 减少溶剂的 用量，直接 节省了 原油的消 耗。 3 .粉末涂料涂膜的缺陷与形成 由于粉末涂料是以固体形式进行施工， 依靠加热使固体成膜剂熔融后形成涂 膜， 同时进行热固 化的， 所以具有与溶剂型涂 料完 全不同的 流动、 成膜、 固化过 程。 同时由 于粉末涂料本身固 有的 性能 和特殊的 施工形式， 在成膜后必然存在缩 孔、 针 孔、 鱼眼 、 桔 皮 等 涂 膜 缺陷 3 2 -35 粉末涂料在生产和成膜过程由 于不存在有助于湿润性和改善涂膜流动性的 溶 剂， 导 致 粉 末 涂 料 表 面 缺陷 的 消 除 较 之液 态 雌剂 型 ) 涂 料 要 难 得 多 。 粉 末 涂 料 的 成 膜 过 程是 是 通过 升 温， 使 其 粉 末 粒 子 熔 融 在 一 起 ( 聚 结 ) ， 进 而 流 动 、 流 平 ( 成 膜) ，通过一个粘性液态阶段润湿底材， 最后化学交联形成更高分子量的涂膜。 在粉末涂料 涂膜形 成过程中， 由于连 续涂膜流动不足或过度将会导 致表面缺 陷的形成， 而这一流 动又取决于驱使流动的 表面张力和与此力相反的 施加于 涂膜 中 的 分 子 间 的 相 互 作 用 力 ( 表 现 为 体 系 的 熔 融 粘度 ) 之间 的 差。 对 于 具 有 优良 流动 性的 涂层而言， 体系的表面张力应尽可能的 高， 熔融粘度应尽可能的低。 表面张 力太低和或熔融粘度太高时， 会阻 止涂 膜的流 动， 导致其流动性差而产生桔皮效 应等， 而表面张力 太高时， 成膜过程中 会出 现缩孔， 熔融粘度太低会导致施工时 边缘覆盖性差， 立面流挂。 显然， 在粉末涂 料的 成膜过 程中， 受成 膜中参与状态 变化成膜物的 高熔融粘度所支配， 并且由 于是以 粉末形式施工， 涂 层中 含有大量 气体需要逸出， 这样就必然会伴随有一些典型的 表面缺陷 产生， 诸如桔皮、 缩孔、 针孔、缩边、流挂等。 另一方面由 于粉末涂料的树脂相交联剂的 固有特性， 且又不含有低表面张力 的溶 剂， 致使其对底材的 湿润性较之溶剂型涂料也因难得多， 缩孔也会因 对底材 的润湿不足而形成。 第 1章绪论 度，减少了多 道喷涂中 产生的二次污染问 题，同时有利于节能和提高 生产效率; 涂装操作技术简单， 不需要 很熟练的技术， 涂膜厚涂时也不容易产生流挂等弊 病， 容易实行自 动 化流水线涂装; 不需要像乳溶剂型涂料那样随季节调节粘度， 也不需要喷涂后放置一段时间挥发溶剂后进烘烤炉， 可以节省涂装时间; 粉末 涂料不用溶剂， 是一种有效的 节能 措施， 因为大部 分溶剂的 起始原料是石油原油。 减少溶剂的 用量，直接 节省了 原油的消 耗。 3 .粉末涂料涂膜的缺陷与形成 由于粉末涂料是以固体形式进行施工， 依靠加热使固体成膜剂熔融后形成涂 膜， 同时进行热固 化的， 所以具有与溶剂型涂 料完 全不同的 流动、 成膜、 固化过 程。 同时由 于粉末涂料本身固 有的 性能 和特殊的 施工形式， 在成膜后必然存在缩 孔、 针 孔、 鱼眼 、 桔 皮 等 涂 膜 缺陷 3 2 -35 粉末涂料在生产和成膜过程由 于不存在有助于湿润性和改善涂膜流动性的 溶 剂， 导 致 粉 末 涂 料 表 面 缺陷 的 消 除 较 之液 态 雌剂 型 ) 涂 料 要 难 得 多 。 粉 末 涂 料 的 成 膜 过 程是 是 通过 升 温， 使 其 粉 末 粒 子 熔 融 在 一 起 ( 聚 结 ) ， 进 而 流 动 、 流 平 ( 成 膜) ，通过一个粘性液态阶段润湿底材， 最后化学交联形成更高分子量的涂膜。 在粉末涂料 涂膜形 成过程中， 由于连 续涂膜流动不足或过度将会导 致表面缺 陷的形成， 而这一流 动又取决于驱使流动的 表面张力和与此力相反的 施加于 涂膜 中 的 分 子 间 的 相 互 作 用 力 ( 表 现 为 体 系 的 熔 融 粘度 ) 之间 的 差。 对 于 具 有 优良 流动 性的 涂层而言， 体系的表面张力应尽可能的 高， 熔融粘度应尽可能的低。 表面张 力太低和或熔融粘度太高时， 会阻 止涂 膜的流 动， 导致其流动性差而产生桔皮效 应等， 而表面张力 太高时， 成膜过程中 会出 现缩孔， 熔融粘度太低会导致施工时 边缘覆盖性差， 立面流挂。 显然， 在粉末涂 料的 成膜过 程中， 受成 膜中参与状态 变化成膜物的 高熔融粘度所支配， 并且由 于是以 粉末形式施工， 涂 层中 含有大量 气体需要逸出， 这样就必然会伴随有一些典型的 表面缺陷 产生， 诸如桔皮、 缩孔、 针孔、缩边、流挂等。 另一方面由 于粉末涂料的树脂相交联剂的 固有特性， 且又不含有低表面张力 的溶 剂， 致使其对底材的 湿润性较之溶剂型涂料也因难得多， 缩孔也会因 对底材 的润湿不足而形成。 西北L业大学工程硕士学位论文 1 . 1 . 4粉末涂料涂膜缺陷的消除 原则上粉末涂料要有两个基本条件才能满足最佳流动。 其一要有一种高的表 面张力，当底材表面张力小时， 应确保底材的润湿。其二，在界面上的表面张力 与空气保持局部的均质性。 粉末涂料生产工艺不能与湿漆制备相比， 其在粉末涂 料生产过程中必须加入 一种称为流平剂的助剂， 不加流平剂的粉 末涂料几乎不能满足后一条 件。 原因是， 粉末涂料在制 备过程的混合和混炼中由 于工艺和设备固 有的 特性， 总会存在一定 的 局部 均 匀性 ， 而这 种 均 匀 性 与 物 理 特 性 ( 如 表面 张 力 ) 的 局 部 均 匀 性 密 切 相 关。 粉末涂料不加流平剂不仅流平不好， 而且表面 也很容易产生缩孔。 这种效应 被解释为由 熔化的 粉末涂料漆膜局部表面张力的不同 而引 起的。 粉末涂料在涂漆 底材表面上的 熔化总是 遵循物理规律， 趋向 较大的表面张力 值， 形成很强结构的 波 纹表 面 ( 桔 皮 效 应 ) 。 可以把粉末涂料的成膜过程分为连续的聚结阶段和流化阶段( 也叫流动阶 段 ) 。 流 平 不 好， 主 要 产 生 在 涂 料成 膜 和 流 动 这 两 个 阶段 。 在 形 成 缩 孔时 ， 局 部 表面张力差别相当 大， 所以 要用特别低的 表面张力才能 将漆膜拉开， 缩孔直径大 都 控 制 在 0 . 1 - l m m 。 这 种 缺陷 大 都 表 现 在 漆 膜 形 成的 第一 阶 段 (聚结 阶 段 ) 、 而 且流动阶段更强。 这种表面效应， 实际上不依赖于所用的底材， 因此它不作为典 型的底材润湿障碍， 而是作为 极端的 流平障碍。 目 前使用的流平剂是通过它对界 面性能的影响起作用: 它对表面张力的影响 很小， 但能平衡局部差别， 是 均匀流 动的前提。 所以在粉末涂料的制造中常靠加 入流平剂来改善涂膜外观， 消除或减轻桔皮、 缩孔、 针孔、 缩边 等表面 缺陷。 流 平剂通过降 低或改变表面张力和界面张力， 降低粉末涂料的 熔融粘度， 以 及通过 促使固化中 表面张力的均匀化来消 除涂膜表面缺陷。 在获 得最终 所需的平整度、 光泽和鲜映 度的最佳表面涂层方面起关键作用。 所以是粉 末涂料 配方中不可缺少 的组分之一。 此外流平剂的 使用还可帮助颜料分散、 涂层中气体的 释逸、 避免透 印 ( 污 渍 潜 移 ) 、 改 善 底 材 润 湿 性。 这 些 助 剂 在 很 小的 用 量 下即 会 产生 明 显 的 作 用。 5 粉末涂料流平剂 西北L业大学工程硕士学位论文 1 . 1 . 4粉末涂料涂膜缺陷的消除 原则上粉末涂料要有两个基本条件才能满足最佳流动。 其一要有一种高的表 面张力，当底材表面张力小时， 应确保底材的润湿。其二，在界面上的表面张力 与空气保持局部的均质性。 粉末涂料生产工艺不能与湿漆制备相比， 其在粉末涂 料生产过程中必须加入 一种称为流平剂的助剂， 不加流平剂的粉 末涂料几乎不能满足后一条 件。 原因是， 粉末涂料在制 备过程的混合和混炼中由 于工艺和设备固 有的 特性， 总会存在一定 的 局部 均 匀性 ， 而这 种 均 匀 性 与 物 理 特 性 ( 如 表面 张 力 ) 的 局 部 均 匀 性 密 切 相 关。 粉末涂料不加流平剂不仅流平不好， 而且表面 也很容易产生缩孔。 这种效应 被解释为由 熔化的 粉末涂料漆膜局部表面张力的不同 而引 起的。 粉末涂料在涂漆 底材表面上的 熔化总是 遵循物理规律， 趋向 较大的表面张力 值， 形成很强结构的 波 纹表 面 ( 桔 皮 效 应 ) 。 可以把粉末涂料的成膜过程分为连续的聚结阶段和流化阶段( 也叫流动阶 段 ) 。 流 平 不 好， 主 要 产 生 在 涂 料成 膜 和 流 动 这 两 个 阶段 。 在 形 成 缩 孔时 ， 局 部 表面张力差别相当 大， 所以 要用特别低的 表面张力才能 将漆膜拉开， 缩孔直径大 都 控 制 在 0 . 1 - l m m 。 这 种 缺陷 大 都 表 现 在 漆 膜 形 成的 第一 阶 段 (聚结 阶 段 ) 、 而 且流动阶段更强。 这种表面效应， 实际上不依赖于所用的底材， 因此它不作为典 型的底材润湿障碍， 而是作为 极端的 流平障碍。 目 前使用的流平剂是通过它对界 面性能的影响起作用: 它对表面张力的影响 很小， 但能平衡局部差别， 是 均匀流 动的前提。 所以在粉末涂料的制造中常靠加 入流平剂来改善涂膜外观， 消除或减轻桔皮、 缩孔、 针孔、 缩边 等表面 缺陷。 流 平剂通过降 低或改变表面张力和界面张力， 降低粉末涂料的 熔融粘度， 以 及通过 促使固化中 表面张力的均匀化来消 除涂膜表面缺陷。 在获 得最终 所需的平整度、 光泽和鲜映 度的最佳表面涂层方面起关键作用。 所以是粉 末涂料 配方中不可缺少 的组分之一。 此外流平剂的 使用还可帮助颜料分散、 涂层中气体的 释逸、 避免透 印 ( 污 渍 潜 移 ) 、 改 善 底 材 润 湿 性。 这 些 助 剂 在 很 小的 用 量 下即 会 产生 明 显 的 作 用。 5 粉末涂料流平剂 第 1 章绪论 目 前 用 于 粉末 涂 料 的 流 平 剂 主 要 有 下 列四 类 36- 42 : 第 一 类是 能 和涂 料 相 容 的 丙烯酸醋长链聚合物， 例如聚丙烯酸丁酷、 聚丙 烯酸异 辛酷、 聚丙 烯酸月桂醋等， 第二类是长链有机硅， 如二甲 基聚硅氧烷、 甲 基苯基硅氧烷等， 第三类包括其它 一些有机和无机物质的流平剂， 如芳香族多梭酸烷基醋、 硬醋酸锌和氧化锌等。 第四类为含有功能性基团的丙烯酸醋类共聚物。 其中 第一 类主要是在早期的粉末涂料中 使用，由 于其性能单一正在被淘汰; 第二类长链有机硅在早期在粉末涂料中 也有使用， 在粉末涂料中 如果不合理使用 长 链有 机 硅助 剂 ( 太 活泼 或 太 小 可 配 伍 性 ) 会 污染 整 个设 备 ， 影 响 产品 的 质 量， 正 确地 选 择改 性的 聚 硅氧 烷 ( 可 配 伍性 ， 表 面 活 性 较 小 的 的 硅 酮 ) 可 改 进 粉 涂 料 特 性， 而且没有污染， 聚硅氧烷的一个外加性质是改善了 涂膜的防滑性。 但是 有机 硅类助剂的最大缺点是价格高， 使粉末 涂料的成 本增大; 第三类由 于其流平性能 较差也很少使用; 第四类丙烯酸酷类共聚物由 于在合成配方中对改善粉木涂料的 综合性能进行了考虑， 引 入功能 性的单体进行共聚， 使用时能针对要改善的 涂料 性能， 通过调整共聚单体来提高粉末涂料的 各种性能， 因 而身受研究者的重视和 生产厂家的青睐。 目 前工业中使用最流行的体系仍是丙 烯酸酷 类聚合 物。 主要原因是它们的 流 平性能良 好， 与粉末涂料常用的树脂相容性好， 用超量和受污染的敏感性较之用 聚硅氧烷的要轻， 尤其是价格上更具竞争优势。 为了 提高粉末涂料的 有关性能( 与 树脂和颜填料的相容性，流平性，光泽等)往往可以用具有不同功能团的丙烯酸 醋类的共聚物，在共聚物中以丙烯酸丁酷为主，并配合带不同功能团的单体的 2 一乙 基甲基丙烯酸酷、甲 基丙烯酸甲酷、 丙烯酸、甲 基丙 烯酸丁酌、 含酞胺基的 丙烯酸酉 旨 等4 3 -0 5 粉末涂料流平剂的 供货形式， 对使用者来说是非常重要的， 由 于粉末涂料 特 殊的制配工艺， 应当 优先采用有利于粉体均 匀分散及有利于分散 操作工序的粉 状 物或粒状物。 因 为考虑到大多 数流平剂的有效物质 在室温下发粘， 所以目 前特别 提供了 粉末状的 配制品， 即 用适当的惰性物质 将液体流平剂 先行分散， 然后使用。 例如在粉末涂料中用硅酸或者其他惰性粉体作载体物质按有效物含量5 -1 5 %进 行分散混合配制的粉体作为母体混合物。 流平剂通常在粉末涂料中仅为粉末总量 的 0 . 5 %一 5 ,0 11 0 . 西北工业大学工程硕士学位论文 1 . 1 . 6 粉末涂料流平剂的研究情况 对于粉末涂料流平剂国外的 研究 报道不多，国内在二十世纪 9 0 年代起陆续 有研究报道。 最早报道的是以 均聚物为主的 粉末涂料流平剂， 1 9 8 9年北京化工 大学 赵大庆等以 丙烯酸异辛醋为聚合单体， 过氧化苯甲 酞为引发剂， 分别以甲 苯， 二甲苯，四氢吠喃为溶剂合成了粉末涂料用流平剂，经喷涂试验表明， 流平剂在 丙烯酸粉末涂料中的 用量 1 %时， 能使板面无陨坑和桔皮现象， 光泽度高1 4 1 1随 后的 研究主要是以 丙烯酸醋的 共聚物为主， 如安徽大学高分子研究所的 周艺峰等 研究了以 丙烯酸酷丁醋为基础单体， 与丙烯酸甲 酷和一种功能性合成的 共聚物粉 末涂料流平剂， 这种流平剂对粉末涂料具有 良 好的相容性，能使固化后的涂层具 有平整、光滑及光泽度高的表面1“ . 1 9 9 7年广东工业大学梁亮等选用以丙烯酸 丁酷为主单体及部分抗老 化性能好的、 钢性的甲 基丙烯酸酷单体组 成的三元共聚 物， 能有效地消除 粉末 涂料中的缩孔和桔皮， 使涂膜产生较高的光泽 1 3 7 1 。同年 王同华等报道以丙烯酸乙 酷( E A ) 和丙烯酸异辛醋( L HA ) 混合单体，B P O为引发 剂， 二甲苯为溶剂进行共聚， 按一定按比例将制成的流平剂和 自制的含酞胺基的 微晶蜡熔融混合， 放入压片机中 冷却压片或粉碎制成了 多功能 流平剂4 3 。 成型品 室温下为1 0 0 %固 体， 由 于组成中引入了 酞胺极 性基因， 称之为酞胺改 性流平剂。 使用该流平剂可以解决树脂 “ 相容性”问题使配方具有更广泛的可调性。2 0 0 1 年廖列文等选用以丙 烯酸丁醋为主单体及部分抗老化性能好的、 刚 性的甲 基丙烯 酸酷单体和一种功能性单体合 成的三元共聚物粉末涂料流平剂， 其流平性能好， 并能使涂膜产生较高的光泽3 6 1 0 2 0 0 2年北京化工大学刘亚康等研究以丙 烯酸异 辛酷为基本单体利用双官能团单体甲 基丙烯酸缩水甘油A a ( G MA ) 参加共聚合， 使 流平剂除了能改善板材的表面张力， 使支链逸出 涂层表面， 除 起到流平作用， 防 止缩孔外， 还能与 粉末涂料的基料反应， 固 化成为一体， 得到的流 平剂流平效果 明显比 丙烯酸醋均聚物流平剂好， 没有缩孔和桔皮现象， 表面极为光滑， 光泽度 有很大的提高， 产品透明 性能 好， 能有效地消除粉末涂料中的缩孔 和对环 氧一聚 酩、纯聚醋和聚丙烯酸醋粉末涂料都能适用 4 6 1 7 粉末涂料流平剂的生产情况 粉末涂料在我国经过迅速发展， 使我国以成为第二大粉末涂料生产国， 据统 西北工业大学工程硕士学位论文 1 . 1 . 6 粉末涂料流平剂的研究情况 对于粉末涂料流平剂国外的 研究 报道不多，国内在二十世纪 9 0 年代起陆续 有研究报道。 最早报道的是以 均聚物为主的 粉末涂料流平剂， 1 9 8 9年北京化工 大学 赵大庆等以 丙烯酸异辛醋为聚合单体， 过氧化苯甲 酞为引发剂， 分别以甲 苯， 二甲苯，四氢吠喃为溶剂合成了粉末涂料用流平剂，经喷涂试验表明， 流平剂在 丙烯酸粉末涂料中的 用量 1 %时， 能使板面无陨坑和桔皮现象， 光泽度高1 4 1 1随 后的 研究主要是以 丙烯酸醋的 共聚物为主， 如安徽大学高分子研究所的 周艺峰等 研究了以 丙烯酸酷丁醋为基础单体， 与丙烯酸甲 酷和一种功能性合成的 共聚物粉 末涂料流平剂， 这种流平剂对粉末涂料具有 良 好的相容性，能使固化后的涂层具 有平整、光滑及光泽度高的表面1“ . 1 9 9 7年广东工业大学梁亮等选用以丙烯酸 丁酷为主单体及部分抗老 化性能好的、 钢性的甲 基丙烯酸酷单体组 成的三元共聚 物， 能有效地消除 粉末 涂料中的缩孔和桔皮， 使涂膜产生较高的光泽 1 3 7 1 。同年 王同华等报道以丙烯酸乙 酷( E A ) 和丙烯酸异辛醋( L HA ) 混合单体，B P O为引发 剂， 二甲苯为溶剂进行共聚， 按一定按比例将制成的流平剂和 自制的含酞胺基的 微晶蜡熔融混合， 放入压片机中 冷却压片或粉碎制成了 多功能 流平剂4 3 。 成型品 室温下为1 0 0 %固 体， 由 于组成中引入了 酞胺极 性基因， 称之为酞胺改 性流平剂。 使用该流平剂可以解决树脂 “ 相容性”问题使配方具有更广泛的可调性。2 0 0 1 年廖列文等选用以丙 烯酸丁醋为主单体及部分抗老化性能好的、 刚 性的甲 基丙烯 酸酷单体和一种功能性单体合 成的三元共聚物粉末涂料流平剂， 其流平性能好， 并能使涂膜产生较高的光泽3 6 1 0 2 0 0 2年北京化工大学刘亚康等研究以丙 烯酸异 辛酷为基本单体利用双官能团单体甲 基丙烯酸缩水甘油A a ( G MA ) 参加共聚合， 使 流平剂除了能改善板材的表面张力， 使支链逸出 涂层表面， 除 起到流平作用， 防 止缩孔外， 还能与 粉末涂料的基料反应， 固 化成为一体， 得到的流 平剂流平效果 明显比 丙烯酸醋均聚物流平剂好， 没有缩孔和桔皮现象， 表面极为光滑， 光泽度 有很大的提高， 产品透明 性能 好， 能有效地消除粉末涂料中的缩孔 和对环 氧一聚 酩、纯聚醋和聚丙烯酸醋粉末涂料都能适用 4 6 1 7 粉末涂料流平剂的生产情况 粉末涂料在我国经过迅速发展， 使我国以成为第二大粉末涂料生产国， 据统 第 1章绪论 计我国 2 0 0 2 年粉末涂料的产量达到 1 6万 t 。 按每生产一吨粉末涂料需用流平剂 4 0 公斤计， 共需消耗6 4 0 0 吨粉末涂料流平剂。 而我国 粉末涂料厂家使用的 粉末 涂料流平剂还是以 进口 为主， 国内 生产粉末涂料流平剂( 特别是生产液体流平剂) 的厂家不多， 仅在浙江奉 化， 江苏 无锡等地有为数 不多的 几家厂家。 广东省生产 粉末涂料流平剂的 厂家仅 两家 左右， 年产不足8 0 0 吨， 而且是以购买液流生产固 流为主。 广东省是我国 粉末涂料的生产集中 地， 粉末涂料总生产能力占 全国粉末 涂料流平剂的5 0 %左右， 估计全省粉末涂料总生产能力在1 0 万吨左右， 年需要 流平剂 ( 固流)产品超过4 0 0 0 吨。可见在我国发展流平剂还是有广阔的前景。 1 . 1 . 8流平剂的生产工艺概况 传统的聚丙烯酸酷流平剂在粉末涂料领域中己 成功地应用多 年， 其代表性的 品 种 主 要 是 聚 丙 烯 酸 丁 醋、 乙 醋、 月 桂 酸酷 14 71之 类的 均 聚 物以 及丙 烯 酸 脂的 共 聚 物。 作为流平剂使用的聚丙烯酸脂大都是一类具有低玻璃化转变温度。 5 0 一+ 1 0 ) 。外观为粘稠状透明或浅色的粘稠液体，液体流平剂由十其强大的粘稠性， 直接应用于粉末涂料生产时 很滩分散。因此，通常制成所谓的 “ 母体混合物 ， ， 用树脂 ( 如环氧树脂或聚 脂树脂) 或惰性填料 ( 如沉淀B a S 0 4 ，白 碳黑等) 作为 载体吸附或熔融加工冷却 成固 体后经粉碎应用。 所以以 固体流平剂为目 标产品时 其生产过程包括液体流平剂和固体流平剂的生产工艺过程。 1 . 1 . 8 . 1液体流平剂的生产 液体流平剂的制备过程为自由 基溶液聚合反应， 反应是使丙 烯酸酷在烃类、芳香类、醇 类溶剂中，以 过氧化苯甲 酞等为引发剂， 在加热回流下进行反应， 反应完成后经先常压后减压