大约30年前，干粉涂料技术的发展是涂料行业的一个重要里程碑，它提供了一种环境友好的应用工艺，可以提供出色的表面处理。今天，粉末涂料的使用广泛，特别是在耐用品市场，汽车行业为长期增长提供了良好的前景。最近开发的具有低固化温度的粉末可用于木材和塑料等热敏性基材，扩大了应用范围。
以合适的价格持续生产具有所需性能特征的粉末是一个主要问题，使有效的过程控制成为一个重要目标。粉末涂料的定义参数之一是颗粒大小;这对产品的可加工性和固化膜的光洁度有直接影响。因此，在生产过程中严格控制粒度是至关重要的。在这篇文章中，我们研究了粒度对产品性能的影响，以及不同粒度分析制度在优化粉末涂料生产中所起的作用。
优化粒度分布
生产具有理想性能的粉末涂料需要了解粒度和粒度分布对处理性能、应用和固化过程以及成品表面的影响。微粒
细颗粒会给处理带来困难，此外，过量的细颗粒不仅会增加呼吸危险，还会增加爆炸的风险。
在应用过程中，精确地引导细颗粒可能更加困难。然而，在静电应用系统中，它们倾向于包裹一个项目，有效地覆盖两面。在基材表面，小颗粒将更紧密地结合在一起，减少了产生光滑最终涂层所需的固化条件的严重程度。然而，细颗粒可能是造成表面光洁度差的原因——就像橘子皮一样——要么是固化过程中融化太快，要么是表面积聚的电荷导致了应用过程中的“反喷”。
大颗粒
较大的颗粒往往流动良好，在应用过程中相对容易控制。它们的质量在喷射过程中赋予了高度的直线惯性，这对于穿透物体的角落特别有用。然而，在固化过程中，较大的颗粒需要相对较长的时间来熔化，并且熔化可能不完全。这导致最终薄膜中的夹杂物，损害了外观和机械完整性。因此，较大颗粒的固化时间在时间和温度方面趋于更严格。
多分散性
如果颗粒尺寸相对较大的粉末涂料具有广泛的尺寸分布，则随着较小的颗粒填充空隙，颗粒在基材表面的填料得到改善。这排除了涂层中的空气，增加了整体热导率和固化过程中熔体形成的速率。因此存在高度的交联，从而提高了成品涂层的力学性能。如果多分散性较低，则在最终涂层中有形成夹杂物的倾向，除非基材在高温下保持足够长的时间，以允许所有颗粒一起流动。对于较细的产品，这个问题不会发生，平滑的薄膜是使用粒径分布较窄的产品生产的。
最终薄膜的性质在很大程度上是通过操纵颗粒大小和尺寸分布来控制的。一般来说，粉末涂料的尺寸范围为5-100微米，尽管在行业内，长期趋势是生产目前需求的更薄的薄膜所必需的更小颗粒。
优化粉末涂料生产
粉末涂料是将聚合物与电荷剂和其他添加剂混合在熔体中制成的。然后挤压形成芯片或颗粒，随后在一系列步骤中研磨到所需的颗粒尺寸，包括铣削或研磨和分离/分类。粉末涂料是在由10到15条不同生产线组成的设施中批量生产的，每条生产线都生产一些不同的产品。产品转换和工艺启动是经常发生的事件，产品污染是一个主要问题;例如，绿色批次中的红色产品即使只有一点，也会破坏整个生产过程。因此，粉末涂料制造商的主要目标是:- 优化产品一致性;
- 尽量减少产品更换时间;
- 避免污染;而且
- 最大限度地降低铣削成本。
在线粒度分析仪将分析与工艺操作集成在一起，使其更能响应工厂的需求，并改善工艺控制。对于有多条线路的设施，它提供了一个改善控制的可行选择，而不需要在每条线路上安装专用分析仪。另一方面，在线测量提供了高度相关的连续数据流，允许开发最优控制策略和实现自动化控制。通过专用的在线系统，操作员可以立即看到他们操作的结果，并可以快速将产品转移到新规格。通过系统地研究改变不同变量的效果，可以极大地提高对过程的理解。在保持产品规格的同时，优化操作。下面的例子说明了转移到在线分析对轧机控制的影响及其对工艺效率的影响。
机启动
图1显示了一台磨机在手动控制下启动，分析是手动离线进行的。红色圆圈表示采样的时间，绿色圆圈表示磨机参数的变化。启动程序包括一系列迭代步骤，每个步骤包括:改变磨机参数;一段时间，使操作在变化后保持稳定;抽样;和分析。大约需要50分钟将磨机带到生产所需规格的材料的位置。图2显示了相同的启动，仍然在手动控制下，但这一次参考了在线粒度分析仪的数据。现在启动只需7分钟，因为操作员可以立即评估任何变化的效果，并快速移动到所需的工作点。节省的时间直接转化为减少超规格材料和能源，缩短批量生产时间。这一变化也增加了轧机的吞吐量，因为它现在在更多的时间里高效地运行。在工厂启动是经常发生的情况下，这些节省迅速倍增为显著的成本效益。
更严格的稳态控制
铣削是一个能源密集型的过程，因此，当它被用作一个单元操作时，制造商寻求在满足产品规格的约束下最小化铣削的程度。过度研磨会浪费能源，而在细粒过多的情况下(如粉末涂料)，它会导致产品超出规格。在粉末涂料的生产中，严格的规格是必不可少的;因此，磨粉机操作员必须控制两个波段之间的过程，这两个波段定义了产品何时磨得不够，何时磨得过多。图3说明了切换到在线分析后轧机控制的收紧情况。起初，磨粉机由人工控制，依靠离线分析数据。操作过程中的波动很大;磨机的操作远离实际规格，以确保在采样时间之间没有超出规格的材料生产。一旦在线数据可用，轧机控制改善，性能波动变得不那么明显。随着对磨机控制的信心的提高，操作发生变化，以生产刚好满足所需规格的材料。其结果是节省了过度研磨，减少了产生的废物和能源消耗。
轧机控制的这种改进可用于缩小定义可接受的轧机操作的频带，因为保持在这些频带之间变得更容易。这不仅会导致更一致的产品，它还最大限度地降低了铣削的可变成本。
优化分析仪设计
在线分析和在线分析的潜在好处是显而易见的，但是充分利用它需要选择合适的系统。对在线仪器的要求特别高。分析仪必须是可靠的，工业上可靠的，并且在控制软件等方面与制造设施中的现有设备兼容。由于主要目标之一可能是尽量减少人工输入，维护需求必须很低;分析必须完全自动化，数据表示必须有效且与行业相关。需要精细或复杂人工干预的系统容易频繁故障，或显示的数据与行业规范不一致;这些系统将永远不会被接受或正确使用，其结果将是投资回报率很低。对于粉末涂料应用，在系统设计过程中还需要仔细注意两个问题，即清洁和样品展示。
- 清洁由于交叉污染对于多产品线来说是一个非常重要的问题，仪器清洗必须简单有效。在设计中必须没有死点，高质量的表面处理对于减少产品粘附性很重要。为了能够在批次之间彻底清洗系统，必须易于拆卸仪器流道部件，并且结构材料应该是耐溶剂的。
- 示例演示粉末涂料往往具有较低的玻璃化转变温度。能源密集型的样品分散是不必要的，往往会鼓励粘附到仪器壁上，从而堵塞样品线和堵塞。为了生成具有代表性的粒径分布数据，温和的分散样品将确保颗粒被输送到测量区域而没有团聚的风险。
结论
有效和适当的粒度分析对于粉末涂料行业的产品开发、工艺操作和质量控制至关重要。满足行业要求的在线分析仪是有效过程控制的最佳选择。它们提供了自动化操作的潜力，并能够显著提高流程效率。设计良好，适用于应用的粒度分析仪在帮助制造商提供具有正确性能/价格特征的产品方面发挥着至关重要的作用，从而帮助粉末涂料技术渗透新市场。欲了解更多信息，请访问www.malvern.com，或发邮件至david.pugh@malvern.com。
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