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紫外線固化粉末涂料是溶劑型液體涂料的可行替代品

對不含揮發(fā)性有機(jī)化合物的涂料的需求正在增加，而且隨著全球監(jiān)管機(jī)構(gòu)對含有溶劑和產(chǎn)生碳排放的產(chǎn)品給予更多關(guān)注，這種需求將加速增長。

許多國家已經(jīng)或即將頒布法規(guī)，限制溶劑的生產(chǎn)和使用，并對各種碳稅計劃進(jìn)行評估。這種監(jiān)管壓力促使涂料消費(fèi)者和用戶尋找至少被歸類為“低揮發(fā)性有機(jī)化合物”的涂料，以替代或取代含溶劑的涂料。

這種轉(zhuǎn)變對樹脂和涂料供應(yīng)商開發(fā)新產(chǎn)品和改造現(xiàn)有生產(chǎn)線提出了挑戰(zhàn)，由于需要新的材料和解決方案，這一命題變得越來越困難。

涂料行業(yè)中增長最快的是水性液體涂料，這種涂料以水為主要溶劑成分，但也可能含有其他類型的溶劑，如醇、胺和醚。這些其他溶劑有助于提高流平性和性能。

液體涂料產(chǎn)品在價值 1000 億美元的全球涂料行業(yè)中占據(jù)主導(dǎo)地位，是建筑涂料、制造涂料和船舶涂料/特種涂料三大細(xì)分行業(yè)的主導(dǎo)產(chǎn)品。

但紫外線固化粉末涂料正在成為溶劑型和含溶劑液體涂料的可行替代品。紫外線固化粉末涂料可用于熱敏性基材和其他各種產(chǎn)品的涂裝，其市場覆蓋范圍已超過熱敏粉末涂料和液體涂料。

100% 不含 VOC

粉末涂料目前約占全球涂料市場的 10%，100% 不含揮發(fā)性有機(jī)化合物，在生產(chǎn)和應(yīng)用方面符合所有空氣質(zhì)量法規(guī)要求。

粉末涂料有兩種類型：熱固化和紫外線（UV）固化。熱固化粉末涂料需要時間和熱能來熔化和固化所涂敷的粉末涂料。而紫外線固化粉末涂料熔化速度快，在紫外線的照射下可瞬間固化。

紫外線固化粉末涂料的速度明顯更快，能耗也更低。每個斜坡下方的區(qū)域表示隨著時間的推移所消耗的總能量。此圖表示完成中密度纖維板 (MDF) 底材的時間和溫度。

紫外線固化和熱固化的根本區(qū)別--熔化和固化的分離。在標(biāo)準(zhǔn)的液體或粉末固化中，熔化/流動或蒸發(fā)階段與涂層的交聯(lián)是連續(xù)的，從而產(chǎn)生固化產(chǎn)品。而在紫外線固化中，熔化/流動或蒸發(fā)和固化被分離成兩個獨(dú)立的過程，從而可以在適當(dāng)?shù)臅r間和條件下進(jìn)行熔化/流動，然后幾乎是瞬間完成紫外線固化。

紫外線固化粉末涂料系統(tǒng)的生產(chǎn)周期比熱粉末系統(tǒng)更快。這種速度有許多好處：工廠規(guī)模更小、運(yùn)營成本更低、能耗更少、每個生產(chǎn)周期的銷售額更高、投資回報更快。

紫外固化粉末涂料應(yīng)用系統(tǒng)還具有尺寸比例優(yōu)勢。以一個面積為 2,050 平方英尺的典型紫外線固化涂裝廠和一個面積為 16,000 平方英尺的典型溶劑型涂裝廠為例，假設(shè)建筑成本為 5 美元/平方英尺，紫外線固化粉末系統(tǒng)每年可節(jié)省 65,750 美元。

紫外線固化粉末涂料的局限性

紫外線固化粉末涂料并非沒有約束或限制。紫外線固化是 “視線固化”，即紫外線須“看到”被固化的物體或表面。某些幾何形狀或有陰影的部件很難甚至不可能用紫外線固化。而且，改造現(xiàn)有系統(tǒng)來應(yīng)用和固化紫外線固化粉末涂料也不現(xiàn)實。

想要使用紫外線固化粉末涂料的公司須建立一套應(yīng)用系統(tǒng)，或者找到一家收費(fèi)涂布公司來完成涂裝。遺憾的是，目前只有極少數(shù)公司在使用 UV 固化粉末涂料，因此在應(yīng)用系統(tǒng)的安裝基礎(chǔ)擴(kuò)大之前，UV 固化粉末涂料的發(fā)展將受到限制。

紫外線固化粉末涂料和熱敏粉末涂料的一個明顯優(yōu)勢是，這些材料不被歸類為有害物質(zhì)，其生產(chǎn)、應(yīng)用和廢物處理都不受繁瑣的監(jiān)管報告或要求的限制。通常情況下，它們在材料安全數(shù)據(jù)表（MSDS）上被歸類為有害材料和材料處理；手工噴涂需要 N95 防塵口罩；噴漆間清潔只需要防塵口罩和特衛(wèi)強(qiáng)（Tyvek）式防護(hù)服，材料溢出可用標(biāo)準(zhǔn)車間真空吸塵器清理。

除局限性外，紫外線固化粉末涂料是一種非常可行的溶劑型液體涂料替代品，可成功應(yīng)用于各種基材；黑色和有色金屬以及熱敏基材，如木材、塑料和復(fù)合材料。這些都是熱粉末涂料或某些類型的溶劑涂料無法涂覆的基材。隨著紫外線固化粉末化學(xué)應(yīng)用范圍的擴(kuò)大，這些涂料在各類基材上的應(yīng)用以及在室外和其他嚴(yán)格要求下的應(yīng)用將會增加。

時間優(yōu)勢

任何涂層應(yīng)用都有以時間衡量的離散工藝步驟：涂布、熔化和流動、溶劑閃蒸、固化（紫外線或熱固化）和冷卻。紫外線固化粉末涂料噴涂的總工藝時間最短，這加強(qiáng)了紫外線固化粉末涂料噴涂的速度優(yōu)勢。

為了展示效率優(yōu)勢，我們開發(fā)了一個模型，用于涂飾一塊 11.5 平方英尺、3/4 英寸厚的中密度纖維板；一面和所有邊緣。該模型評估了五種涂飾系統(tǒng)--三種液體涂飾系統(tǒng)和兩種紫外線固化粉末涂料系統(tǒng)。利用涂料制造商提供的價格和技術(shù)數(shù)據(jù)，計算出了每種系統(tǒng)的材料成本。

紫外線固化粉末涂料的成本則是基于典型的單層涂裝產(chǎn)品的成本。紫外線固化粉末噴涂-回收系統(tǒng)的每平方英尺成本最低，轉(zhuǎn)移效率高達(dá) 95%。醇酸樹脂氣干瓷漆低 VOC 系統(tǒng)的每平方英尺成本最低，其次是紫外線固化粉末涂料，這是一種噴涂到回收的工藝，轉(zhuǎn)移效率為 65%。

假定工作已經(jīng)完成，一旦確定了每平方英尺的成本，分析師往往就會停止工作。實際上，這只是剛剛開始。必須對產(chǎn)量和創(chuàng)收進(jìn)行計算和評估，以充分確定每種光飾系統(tǒng)的投資回報率。

紫外線固化粉末噴涂模式生產(chǎn)的零件數(shù)量與液體噴涂系統(tǒng)相同，但要比液體噴涂系統(tǒng)多得多。紫外線固化粉末噴涂系統(tǒng)生產(chǎn)一個成品部件的時間從開始到結(jié)束一般為 20 分鐘。紫外線固化粉末回收模式的優(yōu)點(diǎn)是轉(zhuǎn)移效率更高，從而降低了材料成本。在這種模式下，噴涂到回收每個八小時的生產(chǎn)周期可節(jié)省 1,071 美元。

毛收入分析

該模型使用的銷售價格為 2 美元/平方英尺或 23 美元/部件。兩種紫外線固化粉末系統(tǒng)的生產(chǎn)率相同，每班的毛收入均為 26,772 美元。這是性能最好的液體系統(tǒng)生產(chǎn)毛收入的 2.8 倍。

紫外線固化粉末涂料對環(huán)境影響小，對生產(chǎn)、使用或處置的法規(guī)限制極少或沒有，因此非常值得考慮。UV 固化粉末涂料生產(chǎn)效率高、安全且不含 VOC。