1 發(fā)展歷程
1950年，聚乙烯粉末火焰噴涂試驗(yàn)的成功開始了粉末涂料的應(yīng)用，1952年，德國(guó)的蓋特梅爾發(fā)明了流化床涂裝熱塑性粉末工藝，保證了涂層的均勻性，從而使粉末涂料開始具備了實(shí)際應(yīng)用價(jià)值。隨后不久，聚氯乙烯和尼龍熱塑性粉末涂料相繼美國(guó)問世。60年代，美國(guó)殼牌公司開發(fā)了第一種熱固性粉末涂料—環(huán)氧粉末涂料，同時(shí)，法國(guó)薩邁斯公司首先推出了粉末靜電噴涂設(shè)備，并與1966年實(shí)現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)。70年代，粉末涂料得到了快速的發(fā)展。各國(guó)不僅開發(fā)了聚酯環(huán)氧混合型、聚酯型、聚氨酯型等各類熱固性粉末涂料，還有聚丙烯、聚氯乙烯、聚酰胺、乙烯-乙酸乙烯乙烯、聚苯硫醚、氟樹脂等熱塑性粉末涂料。半個(gè)多世紀(jì)以來，伴隨著制造工藝和涂裝技術(shù)的改進(jìn)和發(fā)展，這項(xiàng)工業(yè)技術(shù)發(fā)展到現(xiàn)在如今應(yīng)用領(lǐng)域已覆蓋到家電、建筑、汽車、管道及防腐等領(lǐng)域。全球粉末涂料市場(chǎng)2013年的銷售額約為77.7億美元，預(yù)計(jì)2020年銷售額將達(dá)到125.3億美元，年均增長(zhǎng)率為7.1%。
2 粉末涂料新技術(shù)體系
2.1 紫外光固化粉末涂料
紫外光固化粉末涂料是通過紫外光激發(fā)生成自由基或活性陽(yáng)離子進(jìn)行交聯(lián)聚合、固化的熱固性粉末涂料。其優(yōu)點(diǎn)包括：1)低溫固化;2)一次施涂即可獲得理想的涂膜厚度，且涂膜外觀可與溶劑塑料涂膜外觀想媲美，性能優(yōu)于溶劑型涂膜的性能;3)設(shè)備體積小，涂裝流水線更為緊湊，節(jié)省空間;4)固化速度快，能量消耗低。可以涂裝熱敏性底材塑料、木器、紙張以及電子元件等。紫外光固化粉末涂料已在歐美發(fā)達(dá)國(guó)家工業(yè)化，成功應(yīng)用于中密度纖維板中。但是該種涂料價(jià)格昂貴，并且對(duì)結(jié)構(gòu)復(fù)雜的工件和大型工件的涂裝比較麻煩。
2.2 粉末涂料的復(fù)合化
復(fù)合粉末涂料技術(shù)是運(yùn)用不相容原理將含有兩種樹脂成分的粉末涂料(環(huán)氧/丙烯酸)通過一次涂裝和一次加熱形成具有兩面特性的復(fù)合涂層。其接觸空氣的一面是具優(yōu)良耐候性的丙烯酸樹脂體系，而與基材金屬相接的是防腐性優(yōu)良的環(huán)氧樹脂體系，復(fù)合體系既可減少工藝過程，又賦予涂膜雙重性能，是一種既適應(yīng)環(huán)保要求，又可節(jié)省能源的新型粉末涂料。
2.3 低溫固化環(huán)氧粉末涂料包接技術(shù)
包接技術(shù)指在分子水平上由能形成包接化合物的主晶化合物和被包接的黃體形成包接化合物的過程。包接化合物不是簡(jiǎn)單的混合物，而是有特定的結(jié)晶結(jié)構(gòu)，在熱穩(wěn)定性、熔點(diǎn)、化學(xué)反應(yīng)性、溶解性等等物化性能上與原來化合物有很大差別。包接化合物有兩種類型：1)單分子包接;2)多分子包接。
TEP(1,1,2,2—四(4-羥基苯)乙烷是一種實(shí)用主晶化合物，其包接的黃體化合物有很好的穩(wěn)定性，對(duì)水的溶解度、蒸發(fā)速度、皮膚刺激性等都下降到百分之一到千分之一。在通常情況下數(shù)天內(nèi)就分解的化合物經(jīng)TEP包接后則能達(dá)到數(shù)年的穩(wěn)定性;熱穩(wěn)定性也大幅提高，熔點(diǎn)、沸點(diǎn)能上升10~100℃。
利用包接技術(shù)制造的低溫固化環(huán)氧樹脂粉末涂料具有優(yōu)異的性能、涂裝適用性和貯存穩(wěn)定性，因此在管道、管道配件、汽車零件、鋼制家具等方面有良好的應(yīng)用前景。
2.4 結(jié)晶聚酯樹脂
結(jié)晶聚酯樹脂相對(duì)于傳統(tǒng)的無(wú)定型熱固性聚酯有如下優(yōu)點(diǎn)：1)在相似分子量條件下，結(jié)晶聚酯比無(wú)定形聚酯的熔融黏度低，具有較好的熔融流動(dòng)流平性。所得涂膜橘皮輕微，涂層平整、光滑，光澤更高;2)結(jié)晶聚酯與封閉異氰酸酯交聯(lián)劑的反應(yīng)更快速，使固化溫度大大降低，所制得涂料具有極優(yōu)的物理性能;3)結(jié)晶聚酯涂料在室溫下具有優(yōu)良抗粘連性。結(jié)晶聚酯有兩種類型：液晶聚酯和半結(jié)晶聚酯。
液晶聚酯具有分子取向度高，力學(xué)性能好，耐沖擊性強(qiáng)，熔融黏度低及密度低等優(yōu)點(diǎn)。半結(jié)晶聚酯的窄熔點(diǎn)和低熔融黏度有助于粉末涂料在固化反應(yīng)開始前的流動(dòng)，從而有利于得到平整的涂膜。聚酯的酸值、相對(duì)分子質(zhì)量和玻璃化溫度可通過所使用單體、催化劑和反應(yīng)條件的選擇來加以調(diào)控。
3 粉末涂裝新技術(shù)體系
粉末涂裝新技術(shù)包括電磁刷涂裝技術(shù)、NIR(近紅外)輻射固化粉末涂料技術(shù)及粉末涂料感應(yīng)加熱固化技術(shù)等。
3.1 電磁刷涂裝技術(shù)(EMB)
電磁刷涂裝技術(shù)(EMB)是一種模擬復(fù)印或激光打印的新技術(shù)，尤其適用于將粉末涂料高速涂覆于平板型的底材。該裝置由磁刷臺(tái)和可將被涂物貼附的磁鼓組成。粉末涂料可看做復(fù)印機(jī)的磁粉，平板型的被涂物可看做是待復(fù)印的紙張。當(dāng)靜電開通，隨著被涂物通過，磁場(chǎng)將其涂上了粉末涂料。該技術(shù)可應(yīng)用于金屬、木器、紙張底材和紙板涂裝等領(lǐng)域。
3.2 NIR(近紅外)固化技術(shù)
NIR固化是以近紅外高輻射能量去激發(fā)涂料分子的劇烈振動(dòng)而使涂層在短時(shí)間內(nèi)受熱固化。其優(yōu)點(diǎn)在于：不需要特殊配制的粉末涂料;可以使用形狀略微復(fù)雜的工件;固化時(shí)間短;對(duì)底材熱影響小應(yīng)用領(lǐng)域廣等特點(diǎn)。NIR固化粉末涂料可以用在木材、中密度纖維板、塑料、紙張、電子產(chǎn)品等熱敏性產(chǎn)品的涂裝上，并且基于輻射光源可移動(dòng)、固化時(shí)間短的特點(diǎn)，還可以用在大型鋼結(jié)構(gòu)如橋梁、高層建筑、船舶、儲(chǔ)槽和工業(yè)廠房的涂裝。近紅外光能的轉(zhuǎn)化效率高達(dá)60%，是熱風(fēng)轉(zhuǎn)化率15%的4倍，可以節(jié)電50%左右，是節(jié)能型產(chǎn)品;采用這種產(chǎn)品和技術(shù)可以大大提高生產(chǎn)效率，設(shè)備占地面積小，運(yùn)行成本低。
3.3 感應(yīng)加熱固化技術(shù)
粉末涂料感應(yīng)加熱固化技術(shù)是通過將底材暴露于多變電磁場(chǎng)下來實(shí)現(xiàn)的。感應(yīng)加熱用于粉末固化的特殊優(yōu)點(diǎn)在于：用這種形式加熱時(shí)，工件只在表面上受熱，對(duì)于笨重和厚壁的工件來說，大大節(jié)省了固化涂層所需的能量。同時(shí)感應(yīng)加熱工藝十分靈活，工件可在涂層施工過程中的任何時(shí)刻進(jìn)行加熱。由于涂漆部位保持一致的溫度，使得涂層質(zhì)量?jī)?yōu)異。
4 粉末涂料及涂裝發(fā)展趨勢(shì)
為了使粉末涂料更好地得到推廣應(yīng)用，粉末涂料品種的多樣化、低溫快速固化、薄涂層化、涂料制造設(shè)備的改進(jìn)、粉末涂料制造新工藝的開發(fā)仍是粉末涂料今后發(fā)展的趨勢(shì)。
4.1 功能性粉末涂料
隨著粉末涂料技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展，功能性粉末涂料的需求量將大大提升，包括紫外光固化粉末涂料、抗菌防霉粉末涂料、電氣絕緣粉末涂料、耐高溫粉末涂料、防涂鴉粉末涂料、美術(shù)型粉末涂料、熱轉(zhuǎn)印粉末涂料、電泳粉末涂料、水分散粉末涂料等新品種。
4.2 優(yōu)化樹脂品種
在粉末涂料配方中，決定粉末涂料與涂膜性能額最關(guān)鍵因素是成膜物質(zhì)樹脂和固化劑，其中樹脂的研究和開發(fā)是增加粉末品種的最重要的途徑。因此粉末涂料用樹脂的品種月新年異。近幾年來，樹脂廠家已經(jīng)開發(fā)出了紫外光粉末涂料用樹脂系列產(chǎn)品、貯存穩(wěn)定性好的干混合消光聚酯粉末涂料用聚酯樹脂、超耐候性粉末涂料用聚酯樹脂、環(huán)氧-聚酯粉末用樹脂、聚酯粉末用羧基聚酯樹脂、聚氨酯粉末涂料用羥基樹脂等，但是這些樹脂品種仍存在不足之處，尚待改進(jìn)。
4.3 新型固化劑
粉末涂料用新型固化劑的開發(fā)喜憂參半。例如羥烷基酰胺與傳統(tǒng)固化劑相比，有較低固化溫度、貯存穩(wěn)定性好、無(wú)毒等優(yōu)點(diǎn)，但是存在不能厚涂及厚涂涂膜易出現(xiàn)粗毛孔的問題;多環(huán)氧化合物PT910
價(jià)格偏高等。無(wú)封閉的聚氨酯粉末涂料固化劑脲二酮在烘烤過程中無(wú)封閉劑釋放，具有環(huán)境友好特性，當(dāng)前耐候性聚氨酯粉末在美國(guó)和日本的使用占相當(dāng)比例，但由于該種粉末涂料的價(jià)格偏高，我國(guó)目前的推廣應(yīng)用還存在許多問題，因此開發(fā)出價(jià)格合理的環(huán)境友好型固化劑是今后粉末涂料的發(fā)展方向之一。
4.4 薄膜型粉末涂料
粉末涂料開發(fā)初期的優(yōu)點(diǎn)是厚涂層，一次涂裝可以達(dá)到溶劑型涂料幾道涂裝的厚度，節(jié)省涂裝時(shí)間，生產(chǎn)效率高。然而有些產(chǎn)品的厚度不要求太厚，厚涂層屬于質(zhì)量過剩、浪費(fèi)資源。一般粉末涂料的厚度要達(dá)到60~80μm是比較容易，而要達(dá)到30~40μm的薄涂層是比較困難的，需要粉末涂料的粒度分布、遮蓋力、干粉流動(dòng)性、帶靜電效率等多方面改進(jìn)，才能達(dá)到薄涂層的目的，因此粉末涂料的薄層化是近年來的研究熱點(diǎn)。
4.5 超耐候超耐久性粉末涂料
隨著工業(yè)技術(shù)水平的發(fā)展，大型長(zhǎng)久性、耐久性工程項(xiàng)目及超高層建筑越來越多，對(duì)粉末涂料的裝飾性和防腐性能的要求也越來越高，同時(shí)對(duì)使用壽命也要求越來越長(zhǎng)，因此對(duì)超耐候性和超耐久性粉末涂料的需求越來越多。在超耐候性粉末涂料方面，在一般耐候性粉末涂料基礎(chǔ)上開發(fā)使用年限達(dá)到5-10年甚至更長(zhǎng)的聚酯、聚氨酯、丙烯酸粉末涂料，特別是使用年限達(dá)到10-20年以上的氟樹脂粉末涂料，滿足超高層大樓和鋼結(jié)構(gòu)物的涂裝要求，開發(fā)超久性環(huán)氧、聚苯硫醚等粉末涂料品種是未來發(fā)展方向。此外，改進(jìn)粉末涂料制造設(shè)備、粉末涂料制造工藝及粉末涂料的快速配色等也是未來值得重視的方向。
4.6 粉末涂裝的發(fā)展趨勢(shì)
粉末涂裝產(chǎn)品的質(zhì)量不僅取決于粉末涂料的質(zhì)量，也與粉末涂裝工藝分不開。目前主要的涂裝方法是采用靜電粉末涂裝法，如何提高靜電粉末噴槍的帶靜電效率、保持噴槍供粉的均勻性和穩(wěn)定性、提高供粉的精確度、涂裝系統(tǒng)的快速換色和換粉末涂料樹脂品種等方面是亟待解決的關(guān)鍵問題。