廣州工業大學：微波驅動球化技術提高超細粉末涂料性能

粉末涂料是一種無溶劑體系，通過熔融并融合樹脂、填料、顏料和助劑顆粒形成涂層。相較于液體涂料，粉末涂料具有經濟和環保優勢，目前已廣泛應用于電器、工業設備等領域。然而，與液體涂料（10~40μm）相比，粉末涂料仍存在表面外觀較差、涂膜較厚（50~100μm）等問題，這主要歸因于其較大的顆粒粒徑（中值粒徑D50通常為35~45μm）。采用超細粉末技術（粒徑<20μm）可有效改善上述問題，使表面更光滑、厚度更薄，從而推動粉末涂料在油性涂料領域的應用拓展，并進一步減少揮發性有機化合物（VOCs）的排放。

盡管超細粉末相比粗粉末更具優勢，但其流動性較差，在流化、儲存和噴涂過程中仍面臨巨大挑戰。這主要是由于顆粒間的相互作用力（如范德華力）增強，導致更容易發生粘聚和團聚現象。目前，人們已探索了多種提高粉末涂料流動性的方法。其中一種方法是將納米顆粒作為流動助劑，涂覆在顆粒表面，從而改善流動性。這些納米顆粒通過中和靜電荷、降低內摩擦力以及作為間隔物來減少顆粒間的相互作用力，從而提高粉末的流動性。

然而，如何實現納米顆粒與樹脂之間的均勻分散及相容性仍存在挑戰，這會影響*終涂層的外觀。另一種方法是控制粒徑分布，使其范圍更窄。但粒徑分布的控制往往需要調節研磨設備參數并進行后處理，實施難度較大。這些挑戰促使業界必須探索提高粉末涂料流動性的新方法。

球化技術近年來在多個行業，尤其是在3D打印領域，被越來越多地用來改善顆粒的流動性，目前正受到研究者的關注。此外，增材制造技術的相關方法在粉末涂料行業也展現出應用的潛力。目前球化的主要方法有機械法、等離子體法和熱法三類。機械球化通常采用帶有旋轉腔與葉輪的旋轉式干法沖擊混合磨。這種方法*早由Kioshi于1987年提出，處理時間和圓周速度對顆粒的球形度有顯著影響，尤其對高彈性模量材料效果顯著。等離子體球化技術是將粉末導入感應等離子體，加熱至熔融狀態后依靠表面張力作用形成球形顆粒。該技術主要適用于比聚合物更耐熱的金屬和陶瓷材料。熱法球化技術主要包括氣固法和液固法兩種工藝路徑。氣固法通常在下行式反應器中進行，將顆粒分散在加熱的氮氣中實現均勻受熱。液固法通過聚合物熔體乳液形成液滴后固化獲得球形顆粒。然而，上述方法均需使用烷烴、醇類等有機溶劑及聚醚類聚合物。

現有球化技術主要應用于增材制造領域，而對包含多種樹脂和無機填料組成的粉末涂料而言，相關的球化研究仍顯不足。目前，關于球形熱塑性樹脂顆粒制備的研究很少，大多數研究都聚焦于粉末涂料研磨之前的處理工藝。

近期，廣州工業大學張輝/劉衛團隊、韋仕敦大學利用微波與納米技術，成功開發了一種環保、高效的新型粉末涂料球化方法，顯著提升了超細粉末涂料的流動性和外觀。

以微波作為高效熱源、水作為綠色分散介質、納米SiO2顆粒作為間隔物，將粉末涂料顆粒不規則形狀轉變為更為球形形狀。

結果表明，加熱時間與納米SiO2的含量對粉末涂料的球形度、流動性及綜合性能具有決定性影響。當氣相SiO2含量為1.0wt%、加熱時間為120秒時，球化效率達到*優，所得顆粒平均球形度達到0.98。同時，粉末的休止角（AOR）降低了17.8°，流出速率從對照樣品的6.9g/min提升至134.4g/min，表明粉末的靜態和動態流動性均得到顯著改善，球化處理后的超細粉末涂料具備更優異的流化特性。因此，本研究為不規則顆粒的球化及超細粉末涂料性能的提升提供了一種*潛力的技術途徑。

相關新聞