鋁型材粉末涂料作為建筑行業(yè)用粉末涂料品種之一，在粉末涂料品種中占有很重要的地位。由于鋁型材用粉末涂料量的迅速增加，使建筑行業(yè)用粉末涂料用量已占我國粉末涂料總量的27%，超過了家用電器粉末涂料，成為我國粉末涂料用量最多的應用領域。特別是粉末涂裝鋁型材的需求迅速增加，過去的臥式粉末噴涂線遠遠不能滿足要求，以大型立式V型或U 型粉末噴涂線代替臥式粉末噴涂線。相應的烘烤爐也改變過去的臥式烘烤爐，代替高而窄的立式烘烤爐。在立式噴房烘烤爐中,工件排布密集，單位體積烘烤爐中粉末涂料的使用量，遠遠高于臥式烘烤爐中的使用量，不僅用粉量大大提高，同時帶來了新的問題。這個問題是，發(fā)現(xiàn)在立式烘烤爐中的沉積物比臥式烘烤爐明顯增加的快，需要定期經(jīng)常清理沉積物；還有有些個別單位在烘烤爐中出現(xiàn)冒煙的現(xiàn)象，影響了正常生產(chǎn)，帶來了不安全的因素。

    為了分析了解烘烤爐中沉積物的主要成分，我們請鋁型材公司分別取了烘烤爐的上、下、左、右壁上沉積物，分別用烘箱烘烤法、馬福爐煅燒法和儀器（TGA）分析法進行分析。另外，模擬烘烤爐的烘烤溫度和烘道中工件的停留時間，對于可能在烘烤過程中揮發(fā)的成分，進行單一組成和復合組成進行揮發(fā)分的測定試驗。通過上述試驗初步確定烘烤爐中沉積物的主要成分，分析冒煙的主要原因，具體的試驗情況論述如下。

2、試驗部分 

2.1 試驗用儀器
    千分之一天平、馬福爐、帶鼓風烘箱。

2.2 試驗用原料
    聚酯樹脂1、聚酯樹脂2、TGIC、流平劑、增光劑、安息香、助劑1、助劑2、助劑3（只選擇可燃燒的有機和高分子化合物）和上述原料配制鋁型材粉末涂料。

2.3 試驗方法
1）烘烤爐中沉積物稱1.0g 左右，200℃烘箱中烘烤20min，冷卻至室溫測揮發(fā)分百分含量；然后再放在220℃烘箱中烘烤20min，冷卻至室溫測揮發(fā)分百分含量。
2）對于配方中的各種成分（除顏填料外），分別稱量1.0g左右按上述方法測定揮發(fā)分百分含量。
3）對于配方中的各種成分（除顏填料外），分別稱量0.5g 左右放在2.0g 左右的粉末涂料樣品中混合，然后按上述方法測定揮發(fā)分百分含量。
4）稱量0.5g左右烘烤爐中沉積物，放在馬福爐中600℃煅燒30min，冷卻至室溫測定燃燒物百分含量。
5）部分樣品進行紅外光譜圖和熱失重（TGA）分析。

3、結(jié)果與討論 

3.1 沉積物的揮發(fā)份含量的分析
    根據(jù)鋁型材粉末涂料立式烘烤爐的烘烤溫度是200℃，烘烤時間是20min，烘道最高溫度是220℃的生產(chǎn)工藝條件，分別設計如下試驗條件。取1.0g左右沉積物樣品，在200℃烘箱中烘烤20min冷卻至室溫稱量；然后再放進220℃烘箱中烘烤20min后冷卻至室溫稱量，分別測定揮發(fā)物的百分含量，其試驗數(shù)據(jù)如下表1。

    從表1的試驗結(jié)果說明，烘烤爐中的沉積物在200℃/20min 烘烤后，繼續(xù)在220℃/20min烘烤時，還是有揮發(fā)物繼續(xù)揮發(fā)。在相同的溫度下，樣品3（烘道上部樣品）的揮發(fā)物含量最高，樣品4的揮發(fā)物揮發(fā)物含量最少。樣品1、樣品2、樣品3在200℃的揮發(fā)物占94%以上，220℃的揮發(fā)物占96.7%以上，說明沉積物的主要成分是粉末涂料配方中的有機物和高分子化合物中的揮發(fā)性物質(zhì)；樣品4中除了大部分是有機物和高分子化合物中的揮發(fā)性物質(zhì)以外，還含少部分從工件落下來的粉末涂料顆粒。從這個結(jié)果可以說明，烘烤爐中的沉積物的絕大部分為粉末涂料配方中的有機物和高分子化合物中的揮發(fā)性物質(zhì)。

3.2 沉積物鍛燒殘留物含量的分析
    我們在烘烤爐的不同位置上取的沉積物樣品，分別用坩堝稱取0.5g左右蓋上蓋子，放在馬福爐中600℃煅燒30min，冷卻至室溫后稱量，并計算燃燒物百分含量。試驗結(jié)果見表2。

    從表2的試驗結(jié)果說明，烘烤爐的上部取的沉積物（樣品3）600℃煅燒時完全燒掉，說明基本上是配方中的有機或高分子化合物。烘烤爐的左側(cè)和右側(cè)的沉積物（樣品1和樣品2）絕大部分（95%以上）還是配方中的有機或高分子化合物。而烘烤爐的下部沉積物（樣品4）中含有一部分粉末涂料配方中的無機物成分（14%左右）。從這些試驗數(shù)據(jù)基本上說明，引起烘烤爐堵塞或引起冒煙的主要物質(zhì)是粉末涂料配方中的有機或高分子化合物。這些物質(zhì)是，從粉末涂料烘烤固化時揮發(fā)或者分解出來的物質(zhì)。究竟是什么成分，有待于進一步研究。

3.3 鋁型材粉末涂料配方組成物揮發(fā)份含量的分析

    為了了解鋁型材粉末涂料配方中，哪些成分在烘烤固化過程中容易揮發(fā)，而且烘烤爐中沉積物是哪些成分，我們對配方中的有機物和高分子化合物成分，每種分別取1.0g左右樣品，在200℃/20min烘箱中烘烤，并冷卻至室溫測定揮發(fā)份百分含量，然后繼續(xù)放在220℃/20min 烘箱中烘烤， 并冷卻至室溫測定揮發(fā)份百分含量，其試驗結(jié)果在表3。我們考慮到實際配方中，其它成分的干擾，分別取0.5g左右配方組成的樣品，放到2.0g左右的粉末涂料中分散，然后放在200℃ 烘箱中烘烤20min，并冷卻至室溫測定揮發(fā)份百分含量，接著再放進220℃烘箱烘烤20min，并冷卻至室溫測定揮發(fā)份百分含量，具體的試驗結(jié)果在表3。

     從表3單一組分揮發(fā)份的試驗結(jié)果來說，聚酯樹脂1、聚酯樹脂2、助劑3的揮發(fā)份非常少在1.1%以下；揮發(fā)份比較大的是安息香、TGIC、助劑1、助劑2，其中安息香的揮發(fā)份特別明顯的大，幾乎大部分都揮發(fā)掉。從這個試驗結(jié)果可以肯定粉末涂料配方中，最主要的烘烤揮發(fā)物為安息香，其次是固化劑TGIC、助劑1、助劑2。各種組分在粉末涂料載體中時，其揮發(fā)份的比例跟單獨時的情況不一樣，有的是明顯減少，例如：流平劑、光亮劑、助劑1、助劑2 ；有的是反而增加，例如：TGIC。說明這些組成在粉末涂料配方中存在時，其組成之間的相互作用，揮發(fā)性是受到影響的。
3.4 不同配方鋁型材粉末涂料揮發(fā)分的比較
    我們分別選擇不同公司的11個鋁型材用粉末涂料產(chǎn)品：平光白、高光白、綠平光、灰亞光、砂紋粉末涂料，在不同烘烤溫度下的揮發(fā)份測定結(jié)果如下表4。

     從表4的結(jié)果說明，鋁型材用粉末涂料在烘烤時的揮發(fā)物含量是不算太多，在200℃烘烤時都在1%以下，不同品種之間的差別也是比較大的。在11 個配方中樣品10和11的揮發(fā)分最少，其原因是該配方中沒有安息香有關系。從白色平光樣品2 和樣品3 中可知，降低安息香的含量一半以后，該配方的揮發(fā)分也明顯降低，說明安息香對鋁型材粉末涂料的揮發(fā)分的含量起重要的作用。同時揮發(fā)分就成為烘烤爐中的煙氣，特別是在冬季氣溫低時，低溫空氣碰到揮發(fā)性物質(zhì)，很容易變成霧霾，形成白煙。從這些揮發(fā)物量的分析結(jié)果也說明，鋁型材粉末涂料中的冒煙的產(chǎn)物主要是安息香。
3.5 不同廠家和不同規(guī)格安息香的揮發(fā)性
    我們?nèi)〔煌瑥S家和不同規(guī)格（純度）的安息香6個樣品，每種大約取1.0g 左右，分別在200℃/20min烘烤，并冷卻至室溫測定揮發(fā)份百分含量；然后繼續(xù)在220℃/20min烘烤，并冷卻至室溫測定揮發(fā)份百分含量，其試驗結(jié)果見表5。高純度安息香的熱失重分析在圖1，普通安息香的熱失重分析在圖2。

     從這些試驗結(jié)果說明，不同安息香在200℃至220℃的揮發(fā)性都比較大，200℃的最少揮發(fā)份在51.59%；220℃的最少揮發(fā)份在68.58%。這些揮發(fā)份的量跟安息香的純度和規(guī)格有密切的聯(lián)系，純度高的揮發(fā)物更多。這些數(shù)據(jù)進一步說明，安息香在粉末涂料配方組成中，對烘烤爐中沉積物的形成起最重要的作用。

    再從安息香的熱失重（TGA）分析數(shù)據(jù)來看，這個數(shù)據(jù)是在升溫的動態(tài)進行測定的，高純度安息香在200℃揮發(fā)分是12%和220℃揮發(fā)分是24%，最終揮發(fā)分是98%；普通安息香在200℃揮發(fā)分是13%和220℃揮發(fā)分是27%，最終揮發(fā)分是87%。安息香的熱失重分析（TGA）在200℃和220℃的測定數(shù)據(jù)明顯低于靜態(tài)在200℃和220℃烘箱中測定20min 的揮發(fā)分數(shù)據(jù)，而最終揮發(fā)分的數(shù)據(jù)是差不多的。不同規(guī)格安息香的熱失重分析（TGA）的數(shù)據(jù)也進一步說明在烘烤過程中安息香的嚴重揮發(fā)性，這種揮發(fā)性在粉末涂料熔融成膜過程中起到脫氣劑的作用，
3.6 沉積物和粉末涂料部分組成物的紅外光譜圖分析
1）烘烤爐沉積物的紅外光譜分析
    烘烤爐沉積物的紅外光譜圖見如下圖3。

2）安息香的紅外光譜分析
    安息香的紅外光譜見如下圖4。

 3）安息香氧化物二苯基乙二酮的紅外光譜分析
    安息香的氧化物二苯基乙二酮的紅外光譜見如下圖5。

 4）TGIC的紅外光譜分析
    TGIC的紅外光譜見如下圖6。

 5）TGIC/安息香=1/1混合物的紅外光譜分析
    TGIC/安息香=1/1混合物的紅外光譜見如下圖7。

     從以上的烘烤爐的沉積物的紅外光譜與烘烤條件下?lián)]發(fā)物含量較多的安息香、安息香的氧化物、TGIC、TGIC/安息香（1.0/1.0）的混合物的紅外光譜比較，從官能團的特殊吸收峰的分析來說，還是比較接近TGIC/安息香（1.0/1.0）的混合物 。從這些結(jié)果也可以進一步確定，烘烤爐中的沉積物主要是安息香和TGIC。
3.7 烘烤爐冒煙原因的分析
    從以前的臥式噴涂線的烘烤爐和現(xiàn)在的立式噴涂線的烘烤爐進行比較，在臥式噴涂線烘烤爐的高度比立式烘烤爐很低，工件排列的密度也較低，所以烘烤爐的單位體積中的鋁型材體積占的比例比較少，粉末涂料的占有量也較少。然而立式噴涂線的烘烤爐的高度很高（8m~10m），寬度很窄只有幾十厘米(40~50cm)，工件掛的很密，間隔也只有15~20cm 左右，所以烘烤爐單位體積中的鋁型材體積占的比例很大，粉末涂料的占有量比臥式噴涂線的烘烤爐很大。因此，立式噴涂線烘烤爐中單位體積粉末涂料使用量，應該是臥式噴涂線烘烤爐中單位體積粉末涂料使用量的幾倍。特別是烘烤爐頂上揮發(fā)物在立式噴涂線烘烤爐的濃度比臥式烘烤爐頂部的濃度比這個倍數(shù)還要高很多。這些揮發(fā)物又沒有排放的排放口，隨時間濃度增加，部分沉積在烘烤爐的壁上，甚至堵塞供熱風道，引起局部過熱，甚至發(fā)生著火冒煙，形成火災的隱患。

    雖然粉末涂料配方中在烘烤時的揮發(fā)物在0.5%~1%以內(nèi)，但是粉末涂料的用量特別大時，揮發(fā)物的總量也不少，例如50噸/月使用量的立式噴涂線烘道中，每月的揮發(fā)物是接近250kg,這是相當可觀的數(shù)量。這些揮發(fā)物不及時處理，最終堵塞供熱風烘道，無法及時擴散熱量，這些熱量積聚到一定程度，超過沉積物的著火點時，引起烘烤爐內(nèi)的冒煙，甚至會著火。另外有的單位說法是，粉末涂料揮發(fā)沉積物中，黃色沉積物（主要的部分）是不容易著火，500℃以上才能著火，直接遇到明火也不容易著火；而這些揮發(fā)物中一部分物質(zhì)是結(jié)晶狀的（量少），在較低的溫度下，一遇到明火馬上著火，這種物質(zhì)是著火的主要原因，具體是什么成分還說不清楚，有待于深入探討。
    烘烤爐冒煙的主要原因是，烘烤爐中工件烘烤固化時從粉末涂料揮發(fā)物量過多累積，堵塞熱源通道，阻礙熱量擴散，最后引起著火冒煙。解決的主要方法是根據(jù)揮發(fā)物的堆積情況及時停爐清除烘烤爐中的沉積物。另外，在可能的情況下，烘烤爐中設計冷卻系統(tǒng)，烘烤爐中的熱氣通過冷卻系統(tǒng)，使揮發(fā)物沉積下來，降低揮發(fā)物沉積到烘道的沉積量。還有，從粉末涂料供應商來說，調(diào)整粉末涂料配方，提供揮發(fā)物含量低的粉末涂料，延長烘烤爐清除沉積物的周期。從試驗結(jié)果來說，目前做到粉末涂料烘烤過程中完全沒有揮發(fā)物是很難做到的。

 4、結(jié)語 
    從烘烤爐沉積物的各種方法分析，粉末涂料配方組成物的揮發(fā)份的分析，初步判斷鋁型材立式噴涂線烘烤爐沉積物的主要成分是安息香及轉(zhuǎn)化物，其次是TGIC。這些物質(zhì)中安息香是最容易揮發(fā)（升華）及轉(zhuǎn)化的物質(zhì)，外界環(huán)境溫度低時碰撞冷空氣（特別是冬季）容易變成白煙或絮狀物或霧霾狀。當這些沉積物積累至熱風道堵塞使熱量過度集中，當爐內(nèi)溫度達到沉積物燃點時，容易著火冒煙成為不安全的隱患。根據(jù)粉末涂料使用量，定期及時清除烘烤爐的沉積物是最有效和簡便的消除隱患和保證安全的措施。