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辐射固化粉末涂料（上）
作者:admin 日期:2008-11-10
摘要：本文分别介绍了UV固化和NIR固化粉末涂料的机理、制备工艺、制备装置；各种UV固化和N I R固化粉末涂料的配方及性能，列举了UV固化技术在使用中存在的问题及解决途径，NIR固化粉末涂料在各个领域中的应用，并提出了辐射固化粉末涂料今后的发展趋势。
1、前言
粉末涂科由于完全符合环保、经济、高效及性能卓越的“四E”原则，已普遍被人们所认识，在涂料行业中发展成为一支不可忽视的新兴力量。但由于过去生产的粉末涂料必须高温(160℃以上)烘烤才能成膜固化，从而阻碍了粉末涂料应用范围的进一步扩展。辐射固化技术的出现正好满足了这方面的需要。
本文在阐述UV固化粉末涂料和NIR固化粉末涂料作用机理的基础上，针对中密度纤维板(MDF)、塑料制品、汽车车身罩光等应用领域，介绍了相应的涂装技术、涂料选用及性能要求。此外还对UV固化粉末涂料使用中存在的问题提出了一些解决的方法和措施，并对设计辐射固化装置提出了几点意见，对今后的发展提出了个人看法。
2、辐射固化机理
光是具有特定频率(波长)的电磁辐射。通常所说的光是紫外光、可见光和红外光，它们的电磁辐射范围见图1。
红外光的波长范围为0.75~15um，其中近红外为0.75~3um，中红外为3~6um，远红外为6~15um。最新的NIR技术的出现，又将近红外分为NIR(0.75~1.2um)和短波红外(1.2~3um)。从广义来说，短波红外的一部分也属于NIR的范畴。
光吸收的本质是光能量转移到吸光物质上，使吸光物质分子由低能态转化成高能态，吸收的能量与光波有如下关系：
E=hv=hc/λ
由此可见，波长愈短，吸光物质所吸收的能量愈高。紫外光的波长最短，它的能量也是最大的。在红外区域内，NIR的能量最大。
紫外光固化和红外光固化均属于辐射固化范畴。随着NIR固化技术的出现，红外光固化已从光固化变为以热固化为主的辐射固化。因此UV固化和NIR固化的机理是不同的。
2.1 UV固化机理
UV粉末涂料的固化机理有光引发自由基聚合和光引发阳离子聚合两种。
2.2 NIR固化机理
NIR固化是以近红外高辐射能量去激发涂料分子的剧烈振动而使涂层受热固化。NIR固化中辐射能量与波长的关系见图2。
从图2可看出，当波长为0.9um时，辐射能量达到最大值，此时辐射器的色温为3000K。随着辐射器温度的降低和波长的增加，辐射能量明显下降。
因此在0.8~1.2um的波长范围内，高强度的辐射能量能在很短的时间内穿透整个涂层，使涂层受热固化，而不需要将底材加热。
3、辐射固化粉末涂料的重要意义
3.1 拓展粉末涂料应用范围
一 在非金属上的应用：包括木材、中密度纤维板(MDF)、塑料制品、纸张和纸板、陶瓷制品等，特别是在MDF涂装领域用途广，产量不断增加，有广阔的市场前景。如果塑料制品改为UV粉末涂装或NIR粉末涂装，可以大大减少对环境的污染。
一 在不耐热合金材料(如铝镁合金)和组装产品上的应用：许多已装配好的产品，如电动机、摩托车等，里面都装有电子组件、塑料部件、引出线等热敏材料，用辐射固化粉末涂料涂装就可以满足它们的要求。
一 在大型钢结构上的应用：包括桥梁、高层建筑、船舶、储槽和工业厂房等，由于辐射固化光源可以移动和固化时间非常短(仅几秒钟)，所以辐射固化技术在大型钢结构方面的应用是完全可能的，特别是化工容器的焊接部位、管道的连接部位、汽车修补等。
3.2 显著缩短固化时间，节能效果良好
辐射固化技术除显著缩短固化时间外，近红外光能的转化效率(60％)为热风能量转化率(15％)的4倍。因此，辐射固化技术大约可节电50％左右。
3.3 提高经济效益
采用辐射固化技术后，企业生产效率提高，节电效果好，运行成本低，占地面积小。
4、辐射固化粉末涂料的制备
辐射固化粉末涂料的制备工艺和设备与一般粉末涂料基本相同，只是在制备含有结晶或半结晶树脂的UV粉末涂料时，挤出温度要控制在80℃左右，并要加入超临界CO2。在粉碎时要通人液氮冷却至-80℃，粉碎至要求的细度(用ALPINE公司的100UPZ型设备)。
辐射固化粉末涂料也可用喷雾法制备，即将各组份用二氯甲烷溶解后喷雾干燥制成。通人液化C02的挤出和喷雾干燥制粉工艺见图3。
5、固化装置
辐射固化装置由以下几部分组成。
一 UV光源：通常用高压汞灯，汞蒸气压力为1个大气压，主要发射波长为365nm，其次是313nm和303nm。汞灯的线功率为80和120W／cm两种，最高为240W／cm。
一 NIR光源：通常为充卤化物的钨丝灯。功率250~2000W，能量密度最高可达1000kW／m2，而短波红外的能量密度最高达300～400 kW／m2。
一 反光装置：反光罩一般用抛光铝制成。用镀金板制成的反光罩反射率最高，可达98％，而抛光铝为70％～75％。反光罩的形式有抛物线型和椭圆型两种。
一 冷却装置：主要用于保护灯和配线，分风冷和水冷两种。
一 安全装置：LAMBDA公司的NIR系统采用了全封闭的结构形式，对空气进行实时监控，并配备了防爆措施。
一 动力控制装置：配置有精确的温度(工件)检测装置和快速的功率控制装置。
1、前言
粉末涂科由于完全符合环保、经济、高效及性能卓越的“四E”原则，已普遍被人们所认识，在涂料行业中发展成为一支不可忽视的新兴力量。但由于过去生产的粉末涂料必须高温(160℃以上)烘烤才能成膜固化，从而阻碍了粉末涂料应用范围的进一步扩展。辐射固化技术的出现正好满足了这方面的需要。
本文在阐述UV固化粉末涂料和NIR固化粉末涂料作用机理的基础上，针对中密度纤维板(MDF)、塑料制品、汽车车身罩光等应用领域，介绍了相应的涂装技术、涂料选用及性能要求。此外还对UV固化粉末涂料使用中存在的问题提出了一些解决的方法和措施，并对设计辐射固化装置提出了几点意见，对今后的发展提出了个人看法。
2、辐射固化机理
光是具有特定频率(波长)的电磁辐射。通常所说的光是紫外光、可见光和红外光，它们的电磁辐射范围见图1。
红外光的波长范围为0.75~15um，其中近红外为0.75~3um，中红外为3~6um，远红外为6~15um。最新的NIR技术的出现，又将近红外分为NIR(0.75~1.2um)和短波红外(1.2~3um)。从广义来说，短波红外的一部分也属于NIR的范畴。
光吸收的本质是光能量转移到吸光物质上，使吸光物质分子由低能态转化成高能态，吸收的能量与光波有如下关系：
E=hv=hc/λ
由此可见，波长愈短，吸光物质所吸收的能量愈高。紫外光的波长最短，它的能量也是最大的。在红外区域内，NIR的能量最大。
紫外光固化和红外光固化均属于辐射固化范畴。随着NIR固化技术的出现，红外光固化已从光固化变为以热固化为主的辐射固化。因此UV固化和NIR固化的机理是不同的。
2.1 UV固化机理
UV粉末涂料的固化机理有光引发自由基聚合和光引发阳离子聚合两种。
2.2 NIR固化机理
NIR固化是以近红外高辐射能量去激发涂料分子的剧烈振动而使涂层受热固化。NIR固化中辐射能量与波长的关系见图2。
从图2可看出，当波长为0.9um时，辐射能量达到最大值，此时辐射器的色温为3000K。随着辐射器温度的降低和波长的增加，辐射能量明显下降。
因此在0.8~1.2um的波长范围内，高强度的辐射能量能在很短的时间内穿透整个涂层，使涂层受热固化，而不需要将底材加热。
3、辐射固化粉末涂料的重要意义
3.1 拓展粉末涂料应用范围
一 在非金属上的应用：包括木材、中密度纤维板(MDF)、塑料制品、纸张和纸板、陶瓷制品等，特别是在MDF涂装领域用途广，产量不断增加，有广阔的市场前景。如果塑料制品改为UV粉末涂装或NIR粉末涂装，可以大大减少对环境的污染。
一 在不耐热合金材料(如铝镁合金)和组装产品上的应用：许多已装配好的产品，如电动机、摩托车等，里面都装有电子组件、塑料部件、引出线等热敏材料，用辐射固化粉末涂料涂装就可以满足它们的要求。
一 在大型钢结构上的应用：包括桥梁、高层建筑、船舶、储槽和工业厂房等，由于辐射固化光源可以移动和固化时间非常短(仅几秒钟)，所以辐射固化技术在大型钢结构方面的应用是完全可能的，特别是化工容器的焊接部位、管道的连接部位、汽车修补等。
3.2 显著缩短固化时间，节能效果良好
辐射固化技术除显著缩短固化时间外，近红外光能的转化效率(60％)为热风能量转化率(15％)的4倍。因此，辐射固化技术大约可节电50％左右。
3.3 提高经济效益
采用辐射固化技术后，企业生产效率提高，节电效果好，运行成本低，占地面积小。
4、辐射固化粉末涂料的制备
辐射固化粉末涂料的制备工艺和设备与一般粉末涂料基本相同，只是在制备含有结晶或半结晶树脂的UV粉末涂料时，挤出温度要控制在80℃左右，并要加入超临界CO2。在粉碎时要通人液氮冷却至-80℃，粉碎至要求的细度(用ALPINE公司的100UPZ型设备)。
辐射固化粉末涂料也可用喷雾法制备，即将各组份用二氯甲烷溶解后喷雾干燥制成。通人液化C02的挤出和喷雾干燥制粉工艺见图3。
5、固化装置
辐射固化装置由以下几部分组成。
一 UV光源：通常用高压汞灯，汞蒸气压力为1个大气压，主要发射波长为365nm，其次是313nm和303nm。汞灯的线功率为80和120W／cm两种，最高为240W／cm。
一 NIR光源：通常为充卤化物的钨丝灯。功率250~2000W，能量密度最高可达1000kW／m2，而短波红外的能量密度最高达300～400 kW／m2。
一 反光装置：反光罩一般用抛光铝制成。用镀金板制成的反光罩反射率最高，可达98％，而抛光铝为70％～75％。反光罩的形式有抛物线型和椭圆型两种。
一 冷却装置：主要用于保护灯和配线，分风冷和水冷两种。
一 安全装置：LAMBDA公司的NIR系统采用了全封闭的结构形式，对空气进行实时监控，并配备了防爆措施。
一 动力控制装置：配置有精确的温度(工件)检测装置和快速的功率控制装置。
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