Как изготавливается порошковая краска

Технология производства порошковых красок обеспечивает высокое качество и приятные цены

Порошковые краски начали появляться примерно в 50-е годы ХХ века, но отличались они не слишком качественным внешним видом. Но постепенно технология производства порошковых красок получила сильное развитие, поэтому на сегодняшний день существует большое количество видов порошковых красок, различных по цвету и по структуре поверхности. Подобные покрытия имеют большой ряд преимуществ перед традиционными жидкими лакокрасочными материалами по своим физико-химическим свойствам. Порошковые краски, попадающие к потребителю, являются уже конечным материалом, полностью готовым к употреблению и им не требуются никакие растворители. Они не пожароопасные, так как при высокой температуре запекаются и превращаются в твердую поверхность. Порошковые краски очень легко наносятся на поверхность, но если покрытие нанесено неправильно, то до момента запекания его можно просто сдуть потоком сжатого воздуха. Подобные краски используются с максимальным КПД, то есть расход материала на 1 кв.м окрашиваемой поверхности минимизирован.

Производство порошковых красок предполагает в настоящее время три типа красочных материалов: эпоксидные, полиэфирные и гибридные (эпоксидно-полиэфирные). По внешнему виду краски подразделяются по каталогу RAL, металлики и специальные цвета. По конечному внешнему виду получаемой поверхности их разделяют на гладкие, текстурированные (муар) и структурированные (апельсиновая корка).

Технология производства порошковых красок включает ряд операций. Сначала проводится процесс измельчения полимера (олигомера). Затем смешивают исходные компоненты, входящие в состав, например, полимер, пластификатор, модификатор, стабилизатор, необходимые пигменты, наполнители и другие. Следующий процесс — диспергирование и конечный — выпуск готовой продукции, которую можно применять с помощью оборудования для порошкового покрытия.

Полимеры (олигомеры) используемые в данной технологии выпускаются в виде довольно крупных гранул или кусков, поэтому их необходимо измельчать. Это первая стадия технологии, с нее начинается процесс производства порошковых окрасочных материалов. Если технология требует использования тонкодисперсных порошков, то процесс измельчения в технологическом процессе отсутствует. Здесь применяют центробежные, вибрационные, вихревые, молотковые и другие мельницы. Процесс измельчения целесообразнее проводить при глубоком охлаждении, если полимеры эластичные. После чего материал просеивают через вибросита. Операция смешивания проводится, если диспергирование выполняется в расплаве, планетарными шнековыми мешалками. Диспергирование основной процесс технологии производства порошковых красок. Он может быть сухим или в расплаве.

Диспергирование в расплаве проводят на обогреваемых двухвинтовых экструдерах. Процесс происходит в непрерывном режиме с довольно большой скоростью при высокой вязкости всей обрабатываемой массы и температуре 100-140°с. Сухое диспергирование позволяет получить стабильные не расслаивающиеся смеси только, если компоненты близкие по полярности, при высокой степени дисперсности смешиваемых веществ и тому подобное. Такая технология производства порошковых красок применяется для получения красок на основе поливинилбутираля, этилцеллюлозы, эмульсионного полистирола. После диспергирования в расплаве происходит процесс окончательного измельчения полученной крошки (чипсов), и осуществляют его при помощи шлифовального диска или молотковой дробилки. Конечный же дисперсионный состав частиц порошковой краски зависит от метода ее нанесения при порошковой покраске.

Технология производства порошковых красок подразумевает использование высококачественного сырья, надлежащий контроль и соблюдение всех правил и норм производства для получения продукции повышенного качества соответствующей европейским и мировым стандартам. Тщательный контроль качества обеспечивает стабильность цвета и гранулометрического состава каждой партии порошковых красок. После окончательного просеивания, фасовки и упаковки хранить порошковую краску необходимо в сухом помещении в герметичной таре, чтобы она не поглощала влагу, и при температуре не выше 25°с, чтобы избежать спекания частиц.

Источник

Основные характеристики и методы изготовления порошковой краски

Порошковая краска (ПК) фактически является пигментированной дисперсной системой, состоящей из твердых частиц. При нанесении они равномерно распределяются по окрашиваемой поверхности и образовывают защитный слой.

Этот окрашивающий материал обладает рядом свойств и характеристик.

Свойства и характеристики ПК

Полимерное красящее вещество имеет определенные характеристики, которые зависят от:

составляющих дисперсии;
сыпучести;
насыпной плотности;
способности к распылению;
свойства электризуемости;
уровня псевдоожижения;

ПК являются сыпучими порошками, которые при нагревании образуют прочную, твердую пленку. Они могут быть только в твердом или аморфном состоянии. Важно понимать, что такая масса имеет невысокую температуру плавления и вязкости расплава. Для деструкции (разложения) такого покрытия нужны высокие показатели температуры. Этими данными ограничиваются практически все характеризующие сведения, известные о полимерных красках.

Состав краски

В процессе изготовления полимерных красителей используются следующие компоненты: смола для формирования пленки (пленкообразующая), красящие пигменты, катализаторы, которые отвечают за затвердевание материала. Еще есть специальные добавки, способные придать краске ряд свойств.

Методы изготовления

На практике используют несколько методов изготовления порошково-полимерной краски.

Первый подразумевает сухое смешивание составляющих и компонентов. Данный процесс отличается простотой и не отличается трудоемкостью.

Второй работает на основе явления гомогенизации. Он подразумевает уменьшение степени однородности компонентов в растворе. В данное время этот способ практически не используется.

Наряду с первым методом применяется еще один. В его основе лежит смешивание составляющих, необходимых в производстве вещества, в расплаве, и последующее измельчение получаемой массы.

Этот процесс отличается длительностью и сложностью. Он требует наличия дорогостоящего оборудования.

Расскажем о нем подробней.

Основные этапы производства порошковой краски

При производстве ПК в промышленных масштабах весь процесс разделяется на несколько этапов.

Сначала сырье для краски подготавливают, проверяют его качество, сверяют некоторые характеристики, взвешивают.
На этом этапе подготовленную массу загружают в миксеры, где осуществляется ее смешивание.
После этого образовавшееся вещество поступает на экструдер. Этот аппарат расплавляет его при температуре более 100 градусов.
Эта часть производства является одной из самых интересных. Тут из расплава, путем его обработки валиками, делают 1,5-миллиметровые ленты.
Затем продукт измельчают и превращают в порошок.
Этот этап предназначен для просеивания массы, ее фильтрации и расфасовки готового продукта.

Стоимость порошковой краски

В данное время продажей порошковой краски занимается несколько предприятий. Некоторые из них представляют собой посреднические организации, персонал которых мало чего знает об особенностях этого продукта. Соответственно, здесь не могут оказать весь комплекс услуг, связанный с его производством и послепродажным обслуживанием.

Процесс обращения к таким предпринимателям можно сравнить с вызовом на дом сантехника, который не умеет устанавливать, например, смеситель. Он знает, что это такое. Осведомлен немного о его работе. Но клиенту от этого не легче. Ему нужна квалифицированная и профессиональная услуга.

Другое дело, если продажами занимаются гуру своего дела. Например, компания powderoyal.ru. Стоимость порошковой краски в этой компании не самая низкая (иначе можно нарваться на некачественный товар).

Продукт стоит на уровне рыночных расценок. Однако, за свои деньги покупатель получает не только краску, но и массу дополнительных услуг. Ассортимент в компании самый широкий, любой покупатель найдет то, что ему нужно и в нужном количестве.

Источник

Технология производства порошковых лакокрасочных материалов

Для получения порошковых красок применяют три разных способа: сухое смешение дисперсных компонентов; смешение в расплаве с последующим измельчением плава; диспергирование пигментов в растворе пленкообразователей с последующей отгонкой растворителя из жидкого материала.

Сухое смешение применяется при пигментировании предварительно измельченных термопластичных полимеров. При использовании этого способа нерасслаивающиеся стабильные композиции получаются только в том случае, если при смешении происходит дезагрегация зерен исходных материалов и образование новых смешанных агрегатов с большой контактной поверхностью между разнородными частицами. При сухом смешивании без измельчения зерен полимеров частицы пигментов и наполнителей только «опудривают» поверхность зерен полимеров снаружи. Полярные полимеры (поливинилбутираль, полиамиды, эфиры целлюлозы и др.) имеют хорошую адгезию к дисперсным пигментам и наполнителям. Неполярные полимеры (полиолефины, фторопласты и др.) значительно труднее смешиваются с наполнителями. Жидкие компоненты – пластификаторы, отвердители, модификаторы как правило предварительно перетирают с пигментами и наполнителями, а затем смешивают с полимерами в шаровых, вибрационных и др. мельницах. Сухое смешение – наиболее простой способ, осуществляемый в различных смесителях, но получаемый при этом конечный продукт имеет недостаточно равномерное распределение пигментов.

Смешение в расплавах (Рис. 1) производится при температуре несколько выше температуры текучести пленкообразователя. При этом пигментные частицы смачиваются и проникают внутрь частиц пленкообразователя, создавая более однородные макро- и микроструктуры еще до стадии пленкообразования. Смешение компонентов в расплавах возможно для любых пленкообразователей, но наибольшее применение находит для эпоксидных, полиэфирных, акрилатных, уретановых олигомеров, низкомолекулярного поливонилхлорида и др.

Рис. 1 Технологическая схема производства порошковых красок

Процесс изготовления включает пять операций:

• дробление исходных компонентов до зерен размером 1 – 3 мкм;

• расплавление полимера или олигомера и смешение компонентов в расплаве;

• сухой просев или сепарация порошка.

Дробление пигментов при производстве порошковых материалов производится практически только в экструдерах (червячных смесителях). Попытки использования других видов оборудования не оправдали себя.

Рис. 2 Диаграмма профиля температур при диспергировании порошкового материала в одношнековом экструдере

Главной частью экструдера является шнек, вращающийся в цилиндрическом корпусе (Рис. 2). Червяк захватывает сухую смесь «пленкообразователь – пигмент – наполнитель» из питающего бункера и пропускает ее через цилиндрический корпус, расплавляя и смешивая (перетирая) ее по мере продвижения. В промышленности порошковых красок используются два конкурирующих типа экструдеров: первый является двухшнековым экструдером с двумя совмещенными шнеками, вращающимися в одном направлении, второй – одношнековый экструдер, в котором шнек периодически двигается назад — вперед (т.н. смеситель co — compounder ).

Червяки двухшнекового экструдера дополнительно оснащены перемешивающими дисками. В одношнековом экструдере смешение происходит из-за сложной формы и характера движения шнека в сочетании со специальными выступами, расположенными на внутренней стенке цилиндра.

Основная операция – горячее смешение компонентов проводится при температуре 90 – 110 о С, вязкости 10 3 – 10 5 Па∙с в течение 0,5 – 5,0 минут в аппаратах непрерывного действия – экструдерах, двухчервячных шнековых смесителях, с четко регулируемой системой обогрева. Наилучшие результаты достигаются при предварительном диспергировании пигментов в небольшом количестве расплава пленкообразователя и пластификатора, затем такие пигментные концентраты вводят в основную массу расплава пленкообразователя с остальными компонентами.

Максимальная температура расплава должна быть на 20 о С ниже температуры отверждения порошкового материала, среднее время пребывания не должно превышать время, необходимое для диспергирования, и распределение времени пребывания должно быть как можно более узким (как правило, не более 15 секунд).

На эффективность работы экструдера влияют:

эффект сдвига (скорость, момент);
среднее время пребывания смеси в аппарате;
производительность аппарата;
температура;
вязкость расплава.

Данный способ производства порошковых материалов позволяет резко улучшить дисперсность, сократить время смешивания и уменьшить опасность преждевременного отверждения порошка. Дисперсность частиц пигмента составляет от 1 до 20 мкм. При таком способе производства энергозатраты на смешение в расплаве и последующее измельчение более высокие, но они оправдываются высоким качеством покрытий и меньшей их толщиной по сравнению с сухим способом.

Недостатком данного способа производства порошковых красок является трудность точной подгонки цвета и необходимость зачистки оборудования при переходе с цвета на цвет. Порошковые краски, получаемые испарением органических растворителей из жидких красок, наиболее дисперсны и имеют частицы округленной формы размером 20 – 40 мкм. Они отличаются более высокой красящей способностью и пониженной температурой отверждения. Их изготовление включает стадии обычного производства органорастворимых лакокрасочных материалов, а также отгонки растворителя в сушилках распылительного типа и улавливания конденсата отогнанного растворителя с возвращением его в производственный цикл. Недостатком этого способа является его чрезвычайная взрывоопасность, поэтому в качестве теплоносителя для сушки используется азот.

Появление порошковых материалов – закономерный результат эволюции лакокрасочной индустрии. Лакокрасочные материалы с высокой долей нелетучих веществ, во-первых, более экономичны в плане нанесения, а во-вторых, их широкое использование позволяет если не оздоровить, то хотя бы улучшить экологическую обстановку.

Источник

Производство порошковых красок и размер частиц порошка

Многие производители алюминиевой продукции, например, алюминиевых профилей, или имеют собственное оборудование для их порошкового окрашивания, или окрашивают их «на стороне». В обоих случаях у них возникают вопросы:

Что такое «хорошая порошковая краска»?
Что такое «хороший производитель порошковой краски»?
Как различать дефекты покрытия, причиной которых является низкое качество краски, от тех дефектов, причиной которых является нарушение технология окрашивания?

Ниже представлен обзор типичной технологии изготовления порошковых красок. Выделены критические этапы производства, которые особенно влияют на качество производимой порошковой краски. Показана роль распределения размера частиц порошка на качество порошкового покрытия.

Точный состав, строгая технология и тщательный контроль

Общая схема технологии

Технология изготовления промышленных порошковых красок состоит из четырех четких этапов [1, 2] (рисунок 1):

Взвешивание исходных компонентов краски, их предварительное смешивание и измельчение.
Плавление и экструдирование полученной массы, охлаждение экструдата и его грубое дробление.
Размалывание дробленого экструдата в порошок.
Добавление компонентов в готовый в порошок (при необходимости), упаковывание и хранение.

Рисунок 1 – Схема типичной технологии производства порошковой краски [1]

На каждом этапе качество промежуточного продукта подвергается строгому контролю, потому что, когда порошковая краска полностью изготовлена, ее уже нельзя каким-либо образом скорректировать или исправить. Качество исходных материалов, точность их содержания и строгое соблюдение технологии являются очень важными для получения высококачественной порошковой краски.

Взвешивание, смешивание и измельчение

Процесс

Исходные материалы обычно включают смолы, отвердители, пигменты, наполнители и добавки, например, для улучшения текучести и облегчения дегазации. Каждый исходный материал проходит свой индивидуальный входной контроль качества.

Доля каждого компонента тщательно взвешивается с необходимой степенью точности. Для некоторых компонентов эта точность может составлять 0,0001 г [2]. Все компоненты, отмеренные в количестве согласно рецепту для данной марки краски, загружаются в контейнер предварительного смешивания – миксер (рисунок 2).

Рисунок 2 – Взвешивание и загрузка
исходных материалов [2]

Затем этот контейнер устанавливается на миксер. Здесь все исходные материалы тщательно перемешиваются с помощью специальных режущих лезвий в течение заданного количества времени. При этом все исходные материалы максимально измельчаются, чтобы на следующих этапах облегчить перемешивание расплава (рисунок 3) [2].

Рисунок 3 – Предварительное смешивание исходных материалов [2]

Контроль качества

Образец этого «замеса» из исходных материалов проверяют на однородность и пропускают через небольшие лабораторные экструдер и жернов. Полученный порошок затем наносят на контрольную панель, отверждают полученное покрытие в печи и подвергают его следующим испытаниям:

Цвет, растекание по поверхности и глянец
Механические свойства
Длительность отверждения (полимеризации)

Если по результатам этих испытаний требуются какие-либо корректировки, то процесс перемешивания и контроль качества повторяют до тех пор, пока получаемый порошок не будет соответствовать установленным техническим требованиям.

После этого этапа производства никакие дальнейшие модификации состава порошка уже невозможны.

Экструдирование, охлаждение и дробление

Процесс

Далее смесь исходных материалов подается с помощью системы дозирования в экструдер. В экструдере поддерживается заданная температура (от 70 до 120 ºС в зависимости от типа краски). Это нужно для того, чтобы смола в достаточной мере расплавилась хорошо перемешалась с другими компонентами при прохождении червячного винта экструдера (рисунок 4).

Рисунок 4 – Экструдирование, охлаждение и дробление [2]

В результате на выходе из экструдера все компоненты измельчаются и смачиваются смолой с образованием гомогенного композита. Скорость подачи дозатора и скорость вращения винта сбалансированы таким образом, чтобы обеспечивать полную загрузку экструдера. Это обеспечивает хорошее перемешивание всех компонентов краски.

После экструдера полученная расплавленная масса поступает для охлаждения на транспортер-холодильник. Затем материал в виде плоских кусков поступает на дробилку (рисунок 4), где разламывается и дробится в удобные для размалывания их на следующем этапе производства «чипсы» размером 5-10 мм (рисунок 5).

Рисунок 4 – Полуфабрикат порошковой краски после экструдера [3]

Рисунок 5 – Грубо дробленый экструдат порошковой краски [3]

Контроль качества

На этом этапе производят испытание пробы полученных «чипсов». На лабораторном жернове их измельчают в порошок. Затем этот порошок наносят на контрольную панель. Полученное покрытие проверяют на качество по следующим критериям:

Цвет, глянец, внешний вид и текучесть
Механические и химические свойства
Способность к электростатическому нанесению

Слишком высокая температура в экструдере не только приведет к низкой вязкости расплава, низким сдвиговым силам и недостаточной дисперсии пигмента, но и также будет причиной низкого глянца порошкового покрытия. Смола и отвердитель в смеси могут также начать реагировать в экструдере, что окажет вредное влияние на характеристики порошковой краски [2].

На этой стадии производства уже невозможно делать изменения в состав краски. Дешевле отправить на переработку некондиционные экструдированные «чипсы» сейчас, чем потом – уже готовый порошок после перемалывания этих чипсов [2].

Размалывание экструдата в готовый порошок

Процесс

Дробленный экструдат («чипсы») загружают в агрегат, который называют мельницей. В нем экструдат перетирается в порошок. Чтобы получить оптимальное распределение размера частиц (РРЧ) порошок проходит несколько этапов обработки: циклонирование, сепарирование, фильтрование и просеивание. На современных заводах отсеянные слишком крупные частицы автоматически направляются обратно на подачу в мелющий агрегат.

Рисунок 6 – Размалывание дробленого экструдата в готовый порошок [2]

Контроль качества

Готовая порошковая краска подвергается строгому контролю качества, чтобы убедится, что она соответствует всем установленным требованиям, в том числе, заданным требованиям по РРЧ.

Упаковывание и хранение

Процесс

Чтобы удовлетворить особым требованиям заказчика или специальным условиям применения порошкового покрытия на этом этапе могут вводиться добавки, которые замешиваются в уже готовый порошок.

Порошок может нормально сохраняться в нераспакованной промышленной упаковке (картонной коробке, мешке или контейнере) в сухом, прохладном месте (30 ºС) до 12 месяцев. Более высокие температуры и более длительное хранение могут приводить к поглощению влаги. Для некоторых красок условия хранение могут отличаться, поэтому нужно всегда следовать указаниям на упаковке краски, а также в паспорте или сертификате.

Контроль качества

Рекомендуется проверять краску после 6 месяцев хранения, чтобы убедится, что у нее нет каких-либо проблем с качеством.

Частицы стандартные, мелкие и крупные

Стандартные частицы

Это частицы, которые производитель красок хочет упаковать в коробки и отправить заказчику. Интервал размеров этих частиц очень строго контролируется. Стандартные частицы обеспечивают формирование порошкового покрытия с максимально возможным качеством и уверенным выполнением всех требований по механическим и другим свойствам.

Мелкие частицы

Это очень маленькие частицы, которые могут создавать проблемы при окрашивании, такие как дефект «рамка», когда по кромке изделия образуется более толстое покрытие. Мелкие частицы порошка оседают на изделие с другой скоростью, чем стандартные частицы, особенно на боковых и задних поверхностях изделия, что приводит к чрезмерному колебанию толщины покрытия. Чрезмерное количество в порошковой краске мелких частиц может также приводить к забиванию пистолетов и шлангов, так как мелкие частицы ожижаются более легко, чем стандартные частицы [2].

Крупные частицы

Эти частицы являются слишком большими, чтобы пройти через последнее сепарационное сито. Некоторые производители повторно перемалывают эти крупные частицы, чтобы получить из них хороший порошок, некоторые из них просто выбрасывают их. Бывает, что эти крупные частицы ошибке или из-за неисправности сепарационного оборудования в попадают коробку для отправки заказчику. При электростатическом напылении они не смогут получить необходимого электрического заряда, как это обычно делают стандартные частицы, и скорее всего просто упадут на дно окрасочной камеры. Это приводит к снижению эффективности первичного напыления порошка на изделие. Кроме того, замечено, что чрезмерное количество крупных частиц в порошковой краске может приводить к осыпанию порошка на некоторых участках поверхности изделия в ходе его перемещений по окрасочной линии с образованием пятен с пониженной толщиной покрытия [2].

Порошковая краска в коробке

Некоторое количество мелких и крупных частиц порошка могут попадать в коробку с краской независимо от применяемой технологии изготовления порошковой краски (рисунок 7). Каждый производитель порошковой краски имеет специальную машину для анализа распределения размеров частиц (РРЧ). Эта машина испытывает образцы краски и показывает как велико различие между размерами частиц порошка. В нормальной коробке с порошком не должно быть чрезмерного количества крупных или мелких частиц, которые могут приводить к проблемам для порошкового покрытия.

Рисунок 7 – Типичный вид частиц порошка
в различных порошковых красках [4]

На что влияет размер частиц?

Следующие этапы процесса нанесения являются особенно чувствительными к распределению размеров частиц порошка [2]:

Транспортирование порошка по системе нанесения покрытия
Электростатическая зарядка частиц порошка и проникновение их в «клетки Фарадея»
Формирование однородного облака порошка в окрасочной кабине
Осаждение и скорость роста толщины покрытия на поверхности изделия
Эффективность первичного нанесения порошка

Термоотверждаемые порошки наносятся на изделия электростатически. Поэтому частицы порошка должны быть способны заряжаться в электростатическом поле или в результате трения пистолете. Этот заряд должен быть достаточным, чтобы притягивать частицы к поверхности и кромкам изделия. Однако, осаждение первых частиц порошка не должно приводить к электрической изоляции поверхности, так это будет препятствовать формированию покрытия заданной толщины [2].

Текучесть порошка должна соответствовать всем внутренним и наружным требованиям по его транспортированию. Размер частицы в значительно степени определяет способность порошка к свободному течению. Эта текучесть зависит не только от материала порошка, но также от формы и размера частиц [2].

Большинство промышленных порошковых красок имеют размер частиц от 10 до 100 мкм. Для электростатического метода напыления порошка оптимальными являются частицы порошка с размерами от 15 до 75 мкм, а идеальными частицами – от 25 до 45 мкм [6].

На графике рисунка 8 представлено типичное РРЧ для промышленной пигментированной эпоксидной порошковой краски. На графике видно, что некоторые частицы немного больше, а некоторые немного меньше среднего размера частиц. Чем более острым является пик этой кривой, тем более стабильным будет процесс окрашивания и более однородным само порошковое покрытие.
Рисунок 8 – Типичное распределение размеров частиц порошковой краски [7]

Заключение

Качество порошковой краски, в том числе, распределение размеров частиц готового порошка, во многом определяет качество порошкового покрытия. На качество порошковой краски влияет большое количество производственных факторов: качество исходных материалов, точность выполнения технологии, состояние технологического оборудования, наличие эффективного контроля качества.

The Review of Powder Coatings //Journal of Materials Science and Chemical Engineering, 2016, 4, 54-59
Complete Guide to Powder Coatings – Akzo Nobel – 1999 – 2020 – 2017
TCI Powder Coating Troubleshooting Guide – 2020
П атент №US8377346B2 – Akzo Nobel – 2013.
Powder Coatings: Chemistry and Technology / Emmanouil Spyrou – 2012.

/>← Previous Порошковые покрытия для архитектурного алюминия
Выбор алюминиевых сплавов: металлургические факторы Next → />

Источник