低温固化粉末涂料技术的几种概念

低温固化技术解锁新机会

拓展应用、提高能效、降低涂装碳足迹

粉末涂料面市已有数十年。早期的商用产品出现于上世纪60、70年代。但直至80年代末、90年代才开始逐步兴起。该技术以热固体系为主，但热塑体系仍然以5%左右的份额，代表着小众需求的存在。辐射固化体系则作为固体粉末涂料与UV固化粘合剂的独特结合于20世纪90年代中期出现，其固化温度可低至212°F （100℃）。粉末涂料占据全球工业涂料市场的17%左右，年销售额约140亿美元，年均增长约4.3%。

从历史来看，大部分粉末涂料化学体系均要求相对较高的固化温度，一般基材温度介于350～400°F （177～204℃），固化时间在5～20分钟。低温固化体系出现于20世纪90年代，现已逐渐成为常规产品。以下列出了低温固化粉末涂料在应用层面令人信服的原因，并确定了哪些终端应用可以因使用这些粉末涂料而受益。文章还将介绍最先进的交联技术，以及使用它们所需的独特涂装和固化技术。最后，我们将一窥未来，以探索最新的低温固化粉末将在哪些地方获得商用。

为何要低温固化

饰面加工企业出于节能、基材本身热敏等各种原因，会采用低温固化粉末涂料。表1可以看出，节能的动机主要在于粉末涂料通常能够在325°F（163℃）左右固化，更为传统的粉末涂料体系的固化温度则要达到375°F（191℃）。而热敏基材需要能在300°F（149℃）以下固化的粉末涂料，固化温度在250～260°F（121～127℃）左右最好。

低温固化vs 超低温固化

重要的一点是，如何区分相对而言直接针对节能目的的专用粉末涂料技术（即“低温固化”或LTC）与专用于涂布热敏基材的更为复杂的“超低温固化”（ULC）粉末涂料技术。理想情况下，LTC粉末涂料可以在尽可能减少对现有涂装工艺改变的前提下，降低所需的烘箱工作温度。一般而言，ULC技术通常涉及到专门的运输、搬运、储存和涂装/固化设备。

用低温固化粉末涂料技术取得节能效果

降低烘箱固化温度可以很可观地削减作业成本。大部分粉末涂料供应商都有LTC粉末涂料可供，通常价格也比较适中。要确定用LTC粉末涂料替代常规固化涂料所能节省的能源，可以比较常规固化涂层零件与低温烘烤固化涂层零件各自所耗的燃料成本。

一个测试比较了当将固化温度为375°F（191℃）的涂料产品改用烘烤温度为325°F（163℃）的粉末涂料时，所能达到的节能效果。假定场景为用天然气加热固化炉固化，以3英尺/分钟的速度输送1磅重的钢部件。以下工作表要求输入所用产品和烘箱相关的参数，还需要说明所涂布的金属类型、输送机/手推车的密度以及炉壁的保温性能。将通常价格较高的LTC粉末涂料的材料成本纳入分析考量，这点非常重要。

测试计算了当粉末涂料固化炉温从375°F（191℃）降低至325°F（163℃）时可带来的成本节约。每9小时/轮班可节约成本13.30美元或成本下降16.4%（基于2022年5月的天然气成本）。如果按每天一轮班、每年250天工作日计算，相当于节约3325美元/年。具体数据取决于烘箱的容量、燃烧器类型、零件重量、金属类型、生产线速度和粉末涂料的相对成本。

热敏基材

传统上，粉末涂料通常用于工厂中金属零部件的表面处理。粉末涂料由自动和/或手动喷枪进行静电喷涂，再将工件置于烘箱中，直到加热至粉末涂料固化所需的推荐工况（时间和零件温度）。俗话说，“是金属并能经烈火炙烤，那就可以涂上粉末”，这里也适用。

LTC和ULC粉末涂料的开发为粉末涂料装饰大量非传统基材打开了大门。最突出的基材之一是常用于厨房橱柜、医院推车、销售展示架、自行组装（RTA）家具和货架的中密度纤维板（MDF）。ULC粉末涂料和UV固化粉末涂料均可用于MDF部件的装饰。

MDF的粉末涂装工艺包含四个步骤。加工和打磨后，用红外线将MDF表面预热至约250°F（121℃）。这一步约耗时30～60秒，同时能提高表面的导电性，所以粉末涂料可采用传统静电涂布工艺。加热后的纤维板被移到粉末喷涂室，用自动喷枪进行粉末喷涂。涂层厚度一般为2.5～4.0密耳，具体根据最终用途和涂层要求而定。采用UV固化粉末涂料时，....