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(guó)粉末涂料總量的27%，超過了家用電器粉末涂料，成為我國(guó)粉末涂料用量最多的應(yīng)用領(lǐng)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(yuǎn)遠(yuǎn)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(yīng)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(yuǎn)遠(yuǎn)高于臥式烘烤爐中的使用量，不僅用粉量大大提高，同時(shí)帶來了新的問題。這個(gè)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(gè)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(qǐng)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(jìn)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(shí)間，對(duì)于可能在烘烤過程中揮發(fā)的成分，進(jìn)行單一組成和復(fù)合組成進(jìn)行揮發(fā)分的測(cè)定試驗(yàn)。通過上述試驗(yàn)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(yàn)情況論述如下。

2、試驗(yàn)部分 

2.1 試驗(yàn)用儀器
    千分之一天平、馬福爐、帶鼓風(fēng)烘箱。

2.2 試驗(yàn)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(jī)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(yàn)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(cè)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(cè)揮發(fā)分百分含量。
2）對(duì)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(cè)定揮發(fā)分百分含量。
3）對(duì)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(cè)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(cè)定燃燒物百分含量。
5）部分樣品進(jìn)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(shí)間是20min，烘道最高溫度是220℃的生產(chǎn)工藝條件，分別設(shè)計(jì)如下試驗(yàn)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(jìn)220℃烘箱中烘烤20min后冷卻至室溫稱量，分別測(cè)定揮發(fā)物的百分含量，其試驗(yàn)數(shù)據(jù)如下表1。

    從表1的試驗(yàn)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(shí)，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(jī)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(jī)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(gè)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(jī)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?cè)诤婵緺t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(jì)算燃燒物百分含量。試驗(yàn)結(jié)果見表2。

    從表2的試驗(yàn)結(jié)果說明，烘烤爐的上部取的沉積物（樣品3）600℃煅燒時(shí)完全燒掉，說明基本上是配方中的有機(jī)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(jī)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(jī)物成分（14%左右）。從這些試驗(yàn)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(jī)或高分子化合物。這些物質(zhì)是，從粉末涂料烘烤固化時(shí)揮發(fā)或者分解出來的物質(zhì)。究竟是什么成分，有待于進(jìn)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(duì)配方中的有機(jī)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(cè)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(cè)定揮發(fā)份百分含量，其試驗(yàn)結(jié)果在表3。我們考慮到實(shí)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(cè)定揮發(fā)份百分含量，接著再放進(jìn)220℃烘箱烘烤20min，并冷卻至室溫測(cè)定揮發(fā)份百分含量，具體的試驗(yàn)結(jié)果在表3。

     從表3單一組分揮發(fā)份的試驗(yàn)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(gè)試驗(yàn)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(shí)，其揮發(fā)份的比例跟單獨(dú)時(shí)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(shí)，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(gè)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(cè)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(shí)的揮發(fā)物含量是不算太多，在200℃烘烤時(shí)都在1%以下，不同品種之間的差別也是比較大的。在11 個(gè)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(guān)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(duì)鋁型材粉末涂料的揮發(fā)分的含量起重要的作用。同時(shí)揮發(fā)分就成為烘烤爐中的煙氣，特別是在冬季氣溫低時(shí)，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(gè)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(cè)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(cè)定揮發(fā)份百分含量，其試驗(yàn)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(yàn)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(jìn)一步說明，安息香在粉末涂料配方組成中，對(duì)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(gè)數(shù)據(jù)是在升溫的動(dòng)態(tài)進(jìn)行測(cè)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(cè)定數(shù)據(jù)明顯低于靜態(tài)在200℃和220℃烘箱中測(cè)定20min 的揮發(fā)分?jǐn)?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(jìn)一步說明在烘烤過程中安息香的嚴(yán)重?fù)]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(tuán)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(jìn)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(jìn)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(yīng)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(gè)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(shí)間濃度增加，部分沉積在烘烤爐的壁上，甚至堵塞供熱風(fēng)道，引起局部過熱，甚至發(fā)生著火冒煙，形成火災(zāi)的隱患。

    雖然粉末涂料配方中在烘烤時(shí)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(shí)，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(dāng)可觀的數(shù)量。這些揮發(fā)物不及時(shí)處理，最終堵塞供熱風(fēng)烘道，無法及時(shí)擴(kuò)散熱量，這些熱量積聚到一定程度，超過沉積物的著火點(diǎn)時(shí)，引起烘烤爐內(nèi)的冒煙，甚至?xí)?。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(shí)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(kuò)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(shí)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(shè)計(jì)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(yīng)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(zhǎng)烘烤爐清除沉積物的周期。從試驗(yàn)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(shí)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(dāng)這些沉積物積累至熱風(fēng)道堵塞使熱量過度集中，當(dāng)爐內(nèi)溫度達(dá)到沉積物燃點(diǎn)時(shí)，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(shí)清除烘烤爐的沉積物是最有效和簡(jiǎn)便的消除隱患和保證安全的措施。