摘要：粉末涂料的密度是表征粉末涂料質(zhì)量與施工性能的一項(xiàng)重要指標(biāo)。本文介紹了粉末涂料密度的分類與測(cè)試方法，并討論了粉末涂料的密度與粉末涂料的使用以及涂膜外觀和性能的關(guān)系。
  1、前言
  年來，粉末涂料因無voc排放，綠色環(huán)保的特點(diǎn)被應(yīng)用于越來越多的行業(yè)。隨著應(yīng)用市場(chǎng)越來越成熟，各行業(yè)的使用要求也越來越明確并且嚴(yán)格，這就驅(qū)使粉末供應(yīng)商對(duì)產(chǎn)品的品質(zhì)以及成本進(jìn)行更加科學(xué)的控制與管理。
  粉末涂料的密度是一項(xiàng)對(duì)于產(chǎn)品質(zhì)量與成本有表征意義的指標(biāo)。合理設(shè)計(jì)粉末涂料的密度并嚴(yán)格管控，有利于涂裝工藝的穩(wěn)定，獲得外觀良好、性能優(yōu)異的涂膜。
  2、粉末涂料密度分類
  粉末涂料是基料樹脂、固化劑、顏填料、助劑等多種組分，經(jīng)過熔融、混煉、冷卻、粉碎后的粉體混合物。
  成品中每個(gè)顆粒的形狀并不規(guī)則，顆粒表面或者內(nèi)部包含孔隙，用圖像的方式來表示顆粒的不同體積值如圖1所示：
  
  粉體測(cè)試密度是用粉體的質(zhì)量（m）除以粉體的體積計(jì)算得到的。粉體的體積一般是由粉體顆粒間間隙所占體積（v間）、粉體顆粒上孔的體積（v孔=v開+v閉）、粉體顆粒材料的骨架體積(v固）三部分組成。
  依據(jù)測(cè)得的粉末涂料的體積不同，粉體的密度可以用堆積密度、表觀密度、真密度3種密度來表達(dá)，也就是：
  堆積密度：m/（v間+v孔+v固）；
  表觀密度：m/（v閉+v固）；
  真密度：m/v固
  在粉末涂料本身無法完全排除內(nèi)部閉口孔隙的前提下，粉末涂料行業(yè)真密度是很難測(cè)量的，最常使用的密度指標(biāo)即為表觀密度。
  從理論計(jì)算角度分析，待測(cè)粉末的粒徑越小，單個(gè)顆粒的孔隙越少表觀密度越接近真密度。
  并且對(duì)于同類物質(zhì)來說，顆粒的孔隙情況基本不變，所以即使是表觀密度，測(cè)量結(jié)果還是比較穩(wěn)定的，在粉末涂料行業(yè)內(nèi)來說還是極有對(duì)比意義的。
  堆積密度是指粉末在規(guī)定條件下自由充滿標(biāo)準(zhǔn)容器后所測(cè)得的密度，即粉末松散填裝時(shí)單位體積的質(zhì)量，反應(yīng)的是顆粒堆積的緊密程度及粉體的堆放空間，是粉末的一種外在特征，對(duì)于粉末流化及涂裝方面來說，是一個(gè)可以參考的判斷指標(biāo)。
  3、粉末涂料密度測(cè)量
  3.1 粉末涂料表觀密度的測(cè)定
  粉末涂料表觀密度的檢測(cè)方法依據(jù)標(biāo)準(zhǔn)有astm d5965-2002《測(cè)定粉末涂料密度的試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)》、iso 8130-2-2010粉末涂料第2部分：
  氣體比較比重瓶測(cè)定密度（基準(zhǔn)方法）、iso8130-3-2010粉末涂料第3部分：用液體置換比重計(jì)法測(cè)定密度、gb/t 21782.2-2008粉末涂料第2部分：
  氣體比較比重儀法測(cè)定密度（仲裁法）和gb/t21782.3-2008粉末涂料第3部分：
  液體置換比重瓶法測(cè)定密度。總結(jié)各種適用標(biāo)準(zhǔn)，粉末涂料密度的檢測(cè)方法有三種：
  方法1.液體置換法：該方法使用容量瓶和潤(rùn)濕液進(jìn)行檢測(cè)，適用于普通粉末（不包括金屬粉末），成本較低，適合粉末涂料供應(yīng)商常規(guī)使用。簡(jiǎn)述操作流程為:
  ①使用精度為萬分之一的天平稱重干燥過的50m1容量瓶，稱取質(zhì)量為m（一般為15g左右）待測(cè)粉末；
  ②選用合適的潤(rùn)濕介質(zhì)進(jìn)行充分潤(rùn)濕；
  ③使用潤(rùn)濕介質(zhì)標(biāo)定容量瓶至50m1刻度線，記錄消耗潤(rùn)濕液體積v液；
  ④依據(jù)測(cè)量所得數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算并準(zhǔn)備重復(fù)平行試驗(yàn)
  p：m/（50-v液）
  該方法檢測(cè)出的密度值由于潤(rùn)濕介質(zhì)無法排除內(nèi)部閉合孔隙和難浸潤(rùn)部分的的干擾，可以認(rèn)為測(cè)量的是表觀密度。
  試驗(yàn)中使用的潤(rùn)濕介質(zhì)選擇也很重要，需要跟待測(cè)粉體有良好的潤(rùn)濕，且不能有溶解。標(biāo)準(zhǔn)里推薦使用己烷，實(shí)際粉末涂料生產(chǎn)行業(yè)內(nèi)，使用的物質(zhì)還有石油醚與庚烷，二者的潤(rùn)濕性和成本與己烷相近。
  由于石油醚成分復(fù)雜，且混有芳香烴，具有一定毒性，己烷揮發(fā)性較庚烷大，因此更推薦使用庚烷。
  方法2.氣體比較比重法：該方法使用氣體比重儀進(jìn)行測(cè)量，一般第三方檢測(cè)機(jī)構(gòu)或者是需要仲裁時(shí)使用的檢測(cè)方法，精度較方法1高，并且適用于普通粉末涂料以及金屬粉末涂料。測(cè)試方法如下：
  ①依照儀器供應(yīng)商提供的方法首先進(jìn)行儀器校正；
  ②使用儀器配置的樣品杯取樣放進(jìn)比重儀的樣品室；
  ③設(shè)置分析參數(shù)與脫氣參數(shù)等相關(guān)參數(shù)；
  ④稱重計(jì)算最終樣品質(zhì)量；
  ⑤自動(dòng)儀器輸入質(zhì)量生成測(cè)試報(bào)告；手動(dòng)儀器計(jì)算質(zhì)量，根據(jù)采集數(shù)據(jù)計(jì)算體積，最后計(jì)算密度。
  氣體比重法的理論基礎(chǔ)是理想氣體狀態(tài)方程，所使用的氣體不能對(duì)待測(cè)粉末有化學(xué)作用。對(duì)于粉末涂料來講，直接采用空氣就可以，標(biāo)準(zhǔn)astm d5965中建議使用惰性氣體氦氣進(jìn)行操作，具有普適性。
  使用該方法測(cè)量出粉體體積基本接近顆粒的骨架體積，測(cè)得的結(jié)果可以認(rèn)為是真密度。氣體比重儀的設(shè)計(jì)原理圖如下：
  
  方法3.理論計(jì)算法：該方法是根據(jù)原材料的密度對(duì)粉末涂料進(jìn)行理論計(jì)算，基于此方法需要知道待測(cè)粉末涂料明確配方，并且準(zhǔn)確知道各原材料密度，操作起來太復(fù)雜且不準(zhǔn)確，因此不考慮選用此方法。
  3.2 粉末涂料堆積密度的測(cè)定
  關(guān)于堆積密度的檢測(cè)方法最常見的是漏斗法。關(guān)于該檢測(cè)方法和設(shè)備的研究已經(jīng)很成熟，檢測(cè)流程也很簡(jiǎn)單，適合粉末涂料供應(yīng)商進(jìn)行批量的操作檢測(cè)，檢測(cè)流程為：
  ①將漏斗垂直放置，距離下方量筒20-40mm，與測(cè)量圓筒同軸；
  ②將115±5cm3的樣粉倒入堵住下端小口的漏斗；
  ③迅速抽開擋板，讓試樣自由流進(jìn)測(cè)量圓筒；
  ④用刮板乖直刮去多余試樣，并用天平稱重，精確到0.lg；
  ⑤平行檢測(cè)3遍，計(jì)算結(jié)果。
  4、粉末涂料密度對(duì)涂裝的影響
  粉末涂料的密度很大程度上影響著噴涂工藝和涂層外觀及性能。
  4.1 表觀密度對(duì)涂裝的影響
  粉末涂料的表觀密度很大程度上反映了填料的種類以及添加量。表1列舉了粉末涂料常用填料物理參數(shù)：
  
  從配方設(shè)計(jì)的角度看，適量的添加填料，可以為高分子成膜物提供依附和支撐，增加涂層的致密性和機(jī)械強(qiáng)度。
  但填料量過大，樹脂不足以完全包覆所有填料，涂層的連續(xù)性變差，流平和機(jī)械性能也變差；相反填料量過少，致密度差，硬度低，防腐蝕性能下降。  
  表觀密度對(duì)噴涂工藝也有很大影響。表觀密度過大，流化需要更大的氣壓，容易出現(xiàn)流化不均勻的現(xiàn)象，粉體中較細(xì)的部分會(huì)產(chǎn)生較嚴(yán)重的飛揚(yáng)。
  表觀密度大的粉末涂料通常帶電性差，噴涂時(shí)受重力影響大，上粉率低，粉末浪費(fèi)較嚴(yán)重。
  表觀密度過小的粉末涂料溫度較高的環(huán)境下更容易結(jié)塊，薄涂困難，邊角容易出現(xiàn)肥邊，易流掛。表2為不同表觀密度的粉末涂料平板上粉率的對(duì)比，圖5為平板上粉率測(cè)試設(shè)備。
  
  一般來講；粉末涂料的表觀密度控制在1.4~1.8g/cm3之間為宜（特殊產(chǎn)品除外，如透明粉）。
  配方設(shè)計(jì)時(shí)需要根據(jù)客戶的技術(shù)要求，涂裝工藝，以及所用樹脂粘度和涂膜固化速度等指標(biāo)來合理設(shè)計(jì)。
  對(duì)于噴涂廠家來講，在控制涂裝厚度不變的情況下，同樣重量的粉末涂料必然是表觀密度小的涂裝面積大。
  只不過很多噴涂廠家不善于調(diào)整噴涂工藝，沒有嚴(yán)格控制涂層厚度，注意不到不同密度粉末的用粉量之間的差別罷了。
  4.2 堆積密度對(duì)粉末涂料涂裝的影響
  粉末涂料的堆積密度反映了粉末粒子堆積的緊密程度。雖然噴涂過程中粉末粒子會(huì)受到空氣動(dòng)力和電場(chǎng)力的作用，但由于其靜電吸附之后不會(huì)再有堆積狀態(tài)的變化，因此堆積密度也能在一定程度上反映出干粉層中粒子排布的疏密。
  在其他條件（如樹脂體系、表觀密度、平均粒徑等）基本不變的情況下，堆積密度越大，噴涂得到的干粉層就越致密，越有利于獲得流平優(yōu)異的涂膜。
  對(duì)于同樣配方的粉末涂料，堆積密度取決于粉末粒子的大小、形狀和表面粗糙度。一般地說，粉末堆積密度隨顆粒尺寸的減小、顆粒非球狀系數(shù)的增大以及表面粗糙度的增加而減小。
  粉末粒徑分布對(duì)堆積密度的影響尤為顯著。在粒徑為20~75μm的范圍內(nèi)，某粉末堆積密度隨著粉體粒徑的變化如圖6：
  
  常用的粉末涂料粒徑范圍在25~55μm之間。一般認(rèn)為，粉末中粒徑在11μm以下的部分對(duì)空氣的滯留能力很強(qiáng)，粉體堆積體積膨大，堆積密度很小。
  如果該粒徑范圍的粉末含量達(dá)到11％以上時(shí)，將嚴(yán)重影響到整體粉末的堆積密度，此時(shí)粉末呈蓬松狀態(tài)，抓取時(shí)表現(xiàn)粘附性，這種粉末流化易出現(xiàn)局部鼓泡和嚴(yán)重飛揚(yáng)的現(xiàn)象，噴涂時(shí)不能提供穩(wěn)定均勻的粉末氣流，容易造成涂裝弊病。
  有研究表明，粒徑在12~18μm的粉末粒子可以填充粉末粒子之間的空隙（如圖7），有效增大堆積密度。其含量控制在9％~17％為宜，過少則填充率小，干粉層中粉末粒子堆積空隙大，熔融固化后容易出現(xiàn)橘皮，或較大的涂膜孔隙率；
  含量過多同樣會(huì)造成堆積密度下降，這是由于該粒徑范圍的粉末粒子有較大的比表面積，對(duì)空氣的滯留作用明顯，有較大的水汽吸附能力，導(dǎo)致顆粒間存在液橋作用，對(duì)其填充過程造成阻力。
  另外，堆積密度還與粉末粒子的形狀有關(guān)，粒子的球形度越高，堆積空隙越小，堆積密度越大；粒子形狀越不規(guī)則，堆積空隙越大，堆積密度越?。?。
  形狀不規(guī)則的例子在噴涂的干粉膜中的堆積也較松散。此外帶有大量尖端的粉末粒子，電荷分布不均勻（如圖9），靜電吸附取向性強(qiáng)，也會(huì)造成干粉膜中的粉粒緊密度下降，直接影響到成膜后的外觀。
  常用裝飾性粉末涂料（一般粒徑控制在25~40μm）的堆積密度控制在0.6~0.9g/cm3為宜，fbe類功能性粉末涂料（由于其要求涂裝厚度大，因此粒徑一般控制在40~60μm左右），堆積密度控制在0.7~1.1g/cm3為宜。
  5、總結(jié)
  粉末涂料的密度在很大程度影響著涂裝施工和成膜狀況，重視粉末涂料的密度控制，有助于穩(wěn)定產(chǎn)品質(zhì)量。
  另外，粉末涂料的密度關(guān)乎客戶的粉末需求量。尤其是針對(duì)工程項(xiàng)目的涂裝需求，事先必須了解好客戶的涂裝工藝和技術(shù)要求，前期做好小批量實(shí)驗(yàn)，合理設(shè)計(jì)粉末涂料的密度并嚴(yán)格控制，這樣才能提供給客戶準(zhǔn)確的粉末需求量，不至于備貨不足或過剩。