雖然鋁型材在空氣中能形成一層致密的Al2O3氧化膜且具有良好的自修復(fù)性能，但該氧化膜很薄，對(duì)鋁型材的保護(hù)有限，影響型材的使用壽命及美觀。因此，鋁型材需經(jīng)過(guò)一定的表面防護(hù)處理：一方面提高型材的耐磨、耐蝕性能，延長(zhǎng)其使用壽命；另一方面改善鋁型材在加工過(guò)程中導(dǎo)致的少量表面瑕疵，并提供各種豐富多彩的表面裝飾效果，提高型材的美觀性。
目前，鋁型材的表面處理方法主要有陽(yáng)極氧化、電泳涂裝和粉末涂裝。這三種處理方法各有優(yōu)勢(shì)、各具特色，在市場(chǎng)上均占有相當(dāng)大的市場(chǎng)份額。陽(yáng)極氧化是利用電解氧化原理，在鋁型材表面形成一層氧化膜的方法。
用此法制備的氧化膜具有較高的耐磨性、良好的絕熱絕緣性和抗蝕性能，能滿足大陸氣候環(huán)境中的服役要求。典型的硫酸陽(yáng)極氧化工藝流程包括：機(jī)械預(yù)處理、化學(xué)前處理、陽(yáng)極氧化、著色和封閉等工序。
電泳涂裝工藝流程與陽(yáng)極氧化工藝流程基本一致，區(qū)別在于電泳涂裝在陽(yáng)極氧化著色工序之后用電泳涂裝工序取代了封閉工序，進(jìn)一步提高了膜層的耐候性和抗腐蝕性，能滿足沿?；蚝Ｉ系瓤量虤夂颦h(huán)境下的使用要求。粉末涂裝是利用電暈放電原理使霧化涂料在高壓直流電場(chǎng)作用下荷負(fù)電，并吸附于荷正電基底表面放電的涂裝方法。
為了提高涂層的結(jié)合力和耐蝕性能，涂裝前通常要對(duì)鋁型材進(jìn)行前處理，如鉻酸鹽轉(zhuǎn)化或無(wú)鉻酸鹽轉(zhuǎn)化。與陽(yáng)極氧化和電泳相比，用粉末涂裝工藝制備的涂層的性能如外觀均勻性、耐候性等無(wú)明顯的優(yōu)勢(shì)，但其耐磨性、耐酸性、柔韌性和裝飾性等明顯優(yōu)于用陽(yáng)極氧化和電泳涂裝制備的膜層。
此外，由于粉末涂裝工藝簡(jiǎn)單，在節(jié)能環(huán)保方面具有明顯的優(yōu)勢(shì)。陽(yáng)極氧化的噸電耗可達(dá)1000度左右，陽(yáng)極氧化、著色和封閉、電泳等工序需使用大量的酸、堿和鎳鹽等，廢水和廢氣后處理壓力大。而粉末涂裝的前處理主要是脫脂與鈍化，能耗主要體現(xiàn)在涂層固化，能耗大幅降低；且粉末涂料不含溶劑，VOC排放幾乎為0，環(huán)保壓力小，成為具有廣泛應(yīng)用前景的鋁型材涂裝技術(shù)之一。
隨著節(jié)能環(huán)保要求日漸嚴(yán)格，粉末噴涂逐漸向更為節(jié)能環(huán)保的方向發(fā)展。主要表現(xiàn)在以下三方面：首先，不斷涌現(xiàn)出新型涂裝粉末，如環(huán)保型低毒性固化劑、高反射率節(jié)能粉末和自清潔功能性粉末等；其次，綠色環(huán)保無(wú)鉻前處理技術(shù)的研發(fā)與應(yīng)用；*，涂裝過(guò)程中余熱利用技術(shù)的研發(fā)與應(yīng)用。本文主要從以上三方面分別闡述粉末涂裝工藝中的節(jié)能環(huán)保技術(shù)及其應(yīng)用。
1、新型粉末涂料
1.1環(huán)保型低毒性固化劑
目前，常用于鋁型材的粉末涂料為耐候型聚酯粉末涂料，該聚酯粉末涂料大多數(shù)為飽和型的，按其端基的結(jié)構(gòu)可分為端羧基和端羥基兩大類。常用的粉末涂料固化劑是異氰尿酸三縮水甘油酯，即TGIC（Tri-glycidyliso-cyanurate）。由于其良好的耐熱（黃變）和耐候性能，固化后產(chǎn)品的光澤度及紋理細(xì)膩，體系均一、穩(wěn)定及可調(diào)，使TGIC成為耐候性聚酯粉末涂料最主要的固化劑。
但隨著人們對(duì)其毒性，尤其對(duì)環(huán)境污染的了解，如口服將產(chǎn)生中等的急性毒性，直接接觸眼睛和皮膚后產(chǎn)生嚴(yán)重的眼刺激和過(guò)敏性皮膚反應(yīng)，另外，還存在可能影響男性生育能力，嚴(yán)重危害操作工人，尤其是涂裝一線工人的身心健康，為此，各國(guó)相繼開發(fā)了眾多的TGIC替代品。用于鋁合金型材粉末噴涂的固化劑主要是羥烷基酰胺體系（HAA，Hydroxylalkyamide）。
固化劑TGIC與HAA的工藝特性對(duì)比列于表1。二者在節(jié)能方面，HAA固化劑具有低溫固化特性（在130℃即開始固化），較TGIC固化劑節(jié)能約20％；在毒性方面，HAA系列固化劑基本上對(duì)白兔LD50值較大，對(duì)白兔皮膚和眼睛的刺激性均屬于正常水平；在工藝性方面，HAA具有優(yōu)異的摩擦帶電性，上粉率高。通過(guò)比較兩類固化劑的工藝性和成本，發(fā)現(xiàn)HAA具有明顯的優(yōu)勢(shì)。但HAA固化劑也存在明顯的劣勢(shì)：首先，涂膜消光相對(duì)困難，低于20％光澤度情況下難以保證涂層的力學(xué)性能。其次，涂膜容易產(chǎn)生針孔，尤其在厚涂時(shí)，這是由于小分子逸出造成的。第三，過(guò)烘烤涂膜易黃變。第四，耐水解性比TGIC略差，但可用與之相匹配的聚酯來(lái)解決這一問(wèn)題。
節(jié)能環(huán)保型建筑鋁型材粉末涂裝技術(shù)與應(yīng)用
HAA粉末固化劑在國(guó)內(nèi)的推廣較為緩慢。查閱粉末涂料關(guān)于固化劑的網(wǎng)絡(luò)報(bào)道，對(duì)于國(guó)內(nèi)市場(chǎng)，TGIC固化劑粉末占70％，HAA固化劑粉末占30％；對(duì)于全球戶外市場(chǎng)，TGIC固化劑粉末占44％，HAA固化劑粉末占46％，其他份額主要是氨基甲酸酯、丙烯酸和丙三酸。HAA固化劑主要用于進(jìn)口大品牌粉末，如阿克蘇、老虎、杜邦和佐敦，國(guó)產(chǎn)品牌如時(shí)力、華江及金高麗均很少采用，HAA固化劑粉末的生產(chǎn)商及其用量列于表2。
節(jié)能環(huán)保型建筑鋁型材粉末涂裝技術(shù)與應(yīng)用
綜上所述，HAA固化劑的環(huán)保粉具有節(jié)能環(huán)保的優(yōu)點(diǎn)，但其耐候性、光澤度、耐黃性、耐水解性及膜厚易出針孔等仍需改善。
1.2高反射率節(jié)能粉末
可使被涂物在太陽(yáng)光照射下產(chǎn)生溫度調(diào)節(jié)效果的涂料稱為反射涂料。高反射率節(jié)能粉末具有優(yōu)異的耐候性能以及良好的近紅外反射特性，適合戶外建筑應(yīng)用，尤其是需要加強(qiáng)對(duì)太陽(yáng)光或近紅外反射的場(chǎng)合，如建筑物的外墻、屋頂、門窗及大型幕墻單板等。
它可以有效地降低建筑物內(nèi)的溫度，減少空調(diào)制冷的能量消耗，同時(shí)低的表面溫度將減少涂膜熱膨脹和收縮引起的涂膜彎曲、變形和部分損壞，因此該涂料可延緩?fù)磕ゎ伾?、光澤、彈性及其它一些物理性能的熱老化。此外，該涂層還具有節(jié)能降耗作用，特別是在冬天較寒冷的地區(qū)，這種涂層可進(jìn)一步阻礙窗戶內(nèi)外熱量的快速交換。另外，配合斷橋隔熱可使門墻系統(tǒng)達(dá)到很好的隔熱效果。圖1和圖2分別為廣東豪美新材股份有限公司自主研發(fā)的隔熱窗和隔熱幕墻的系列產(chǎn)品。
節(jié)能環(huán)保型建筑鋁型材粉末涂裝技術(shù)與應(yīng)用
節(jié)能環(huán)保型建筑鋁型材粉末涂裝技術(shù)與應(yīng)用
1.3自清潔功能性粉末
自清潔粉末具有良好的耐候性、耐粘污性及自清潔性。自清潔性是指粉塵及水與粉末表面的結(jié)合力低，滾動(dòng)的水珠可以把一些灰塵污泥顆粒帶走，達(dá)到自我潔凈的效果，實(shí)現(xiàn)一塵不染的效果，如圖3所示。
粉末的自清潔功能是應(yīng)用了荷葉表面的超疏水性和自清潔效應(yīng)原理，如圖4所示。在涂層結(jié)構(gòu)中引入大分子全氟聚醚和活性納米Al2O3微粒，全氟聚醚的F-C鍵具有很低的表面能與活性納米粒子的小尺寸效應(yīng)，在涂層表面呈現(xiàn)超常的雙疏性。
空氣中的無(wú)機(jī)灰塵一般具有一定極性，在超疏水表面不能形成強(qiáng)烈吸附，極易被雨水沖刷掉。即使涂層表面被有機(jī)物吸附，也可以利用納米粒子超強(qiáng)的光催化活性，最終將有機(jī)物分解成CO2，H2O，H2SO4，HNO3等易沖刷物質(zhì)。因此，這種粉末能保證涂層表面清潔如新。該粉末涂料一般應(yīng)用于幕墻產(chǎn)品，與自清潔玻璃結(jié)合后可實(shí)現(xiàn)整體免清洗功能。
節(jié)能環(huán)保型建筑鋁型材粉末涂裝技術(shù)與應(yīng)用
節(jié)能環(huán)保型建筑鋁型材粉末涂裝技術(shù)與應(yīng)用
2、無(wú)鉻前處理
噴涂行業(yè)常用鉻化（六價(jià)鉻）前處理生成鈍化膜，來(lái)提高產(chǎn)品的耐鹽霧性及基材與涂層的結(jié)合力。但六價(jià)鉻很容易被人體吸收，它可通過(guò)消化道、呼吸道、皮膚及粘膜侵入人體，長(zhǎng)期或短期接觸或吸入時(shí)有致癌危險(xiǎn)。該行業(yè)現(xiàn)正逐步淘汰鉻化前處理工序，用無(wú)鉻鈍化技術(shù)替代鉻化處理。目前，無(wú)鉻鈍化工藝較多，有鈦鋯鈍化、稀土鹽鈍化、高錳酸鹽鈍化、鉬酸鹽鈍化、鋰酸鹽鈍化、單寧酸鈍化、磷酸鹽鈍化和有機(jī)物鈍化等。
經(jīng)試驗(yàn)，廣東豪美新材股份有限公司最終選用鋯鈦系工藝（鋯鈦系是目前*獲得歐洲Qualicoat認(rèn)證的體系）對(duì)鋁型材進(jìn)行前處理。該工藝的處理液主要由含鈦、鋯金屬鹽、氟化物、硝酸鹽和有機(jī)添加劑組成，通過(guò)浸漬、噴淋的方式形成轉(zhuǎn)化膜。膜層主要由鋯鈦鹽、鋁的氧化物、鋁的氟化物及鋯鈦的配合物等組成，與有機(jī)聚合物的結(jié)合力強(qiáng)。有鉻鈍化與無(wú)鉻鈍化在操作上有些區(qū)別：首先，無(wú)鉻鈍化工藝對(duì)水質(zhì)要求高，特別是鈍化前水洗和鈍化后純水洗。
若鈍化前水洗帶入的除油劑量過(guò)高，容易導(dǎo)致無(wú)鉻鈍化不穩(wěn)定；另外，鈍化后純水洗若混有鉻離子，附著力也會(huì)不穩(wěn)定。其次，鋁型材經(jīng)前處理后應(yīng)保持清潔，避免裸手觸摸，特別不能接觸強(qiáng)氧化性的物質(zhì)或帶有鉻離子的物品，這均會(huì)對(duì)其附著性造成影響。再次，無(wú)鉻前處理膜的耐熱性好，烘干時(shí)可適當(dāng)提高溫度，提高生產(chǎn)效率。
目前，無(wú)鉻前處理技術(shù)走向大規(guī)模推廣應(yīng)用階段，仍存在一些問(wèn)題。首先在附著力方面，由于無(wú)鉻鈍化產(chǎn)品體系較多，技術(shù)特性參差不齊，部分體系本身存在附著力差的缺陷，也存在因工藝條件苛刻、操作不當(dāng)而導(dǎo)致膜重超標(biāo)后附著力嚴(yán)重下降的情況。
其次，產(chǎn)品顏色變化不明顯，現(xiàn)場(chǎng)操作人員在此工藝中難以用顏色變化去判別最終產(chǎn)品質(zhì)量。*，無(wú)鉻前處理的產(chǎn)品與結(jié)構(gòu)膠不相容比較明顯。美國(guó)某結(jié)構(gòu)膠知名品牌測(cè)試結(jié)果表明，多個(gè)無(wú)鉻鈍化產(chǎn)品在抗剝落粘結(jié)性測(cè)試中，均出現(xiàn)剝離現(xiàn)象，因此這兩者間的相容性成為幕墻料推廣無(wú)鉻前處理技術(shù)的瓶頸，是現(xiàn)階段本項(xiàng)工藝需突破的關(guān)鍵之一。
3、余熱利用技術(shù)
粉末噴涂過(guò)程中的加熱設(shè)備有前處理后烘干爐、預(yù)固化爐及固化爐，前處理液也配有恒溫加熱設(shè)備。前處理后烘干爐的溫度一般為95℃，固化爐的溫度一般為180℃，這兩道工序存在較大的溫差，廣東豪美新材股份有限公司建立了余熱回收系統(tǒng)，即在控制固化爐溫度的前提下，使固化爐的煙氣余熱通入前處理烘干爐，實(shí)現(xiàn)固化爐的余熱回收和節(jié)能降耗目的，效果較為明顯。圖5為廣東豪美新材股份有限公司采用立式噴涂生產(chǎn)線的余熱回收利用工藝流程簡(jiǎn)圖，該公司利用余熱前后天然氣的噸耗數(shù)據(jù)列于表3。表3顯示，利用余熱后，天然氣噸耗下降26.82％。
節(jié)能環(huán)保型建筑鋁型材粉末涂裝技術(shù)與應(yīng)用
節(jié)能環(huán)保型建筑鋁型材粉末涂裝技術(shù)與應(yīng)用
在鋁型材的生產(chǎn)過(guò)程中，很多余熱可被利用，如熔鑄爐、均質(zhì)爐及鑄棒加熱爐。余熱利用的范圍也十分廣，如果對(duì)煙氣要求不高的可直接用來(lái)加熱煙氣，如前處理后烘干爐，還可使用熱交換的方式對(duì)陽(yáng)極氧化熱水槽或宿舍用熱水進(jìn)行加熱等。另外，現(xiàn)在大型鋁材廠均使用天然氣，煙氣質(zhì)量好，可更方便地實(shí)現(xiàn)余熱利用?？傮w來(lái)說(shuō)，合理地利用余熱，可使企業(yè)實(shí)現(xiàn)節(jié)能降耗。
4、結(jié)語(yǔ)
節(jié)能環(huán)保型粉末涂料，如HAA固化劑、高反射率節(jié)能粉末及自清潔功能性粉末，這些產(chǎn)品均對(duì)環(huán)境友好，且能大幅降低能源消耗，是今后粉末涂料發(fā)展趨勢(shì)之一。無(wú)鉻前處理替代鉻酸鹽處理是鋁型材前處理發(fā)展的必然要求，但無(wú)鉻轉(zhuǎn)化膜存在附著力不足、工藝條件苛刻、與結(jié)構(gòu)膠相容性差等問(wèn)題，有待于進(jìn)一步研究。在鋁型材加工行業(yè)，可通過(guò)余熱利用實(shí)現(xiàn)節(jié)能降耗。
