热塑性氟碳粉末涂料技术开发

热塑性氟碳粉末涂料技术开发项目可行性报告一、立项的背景和意义随着生活水平的提高，人们对于环保的意识也日益加强，特别是重视自己工作、生活当中的环境质量问题对于自己身体的影响。而我们生活当中所必须接触的家电、栏杆、建筑物等表面都必须要有涂料来涂装以保持其美观性和耐候性。前几年，电器业、市政设施与建筑业都采用液体涂料来涂装，其具有涂层薄、被涂装物美观的特点，但是其需要溶剂来充当介质，具有污染环境损害使用者身体健康的特点。随着时间的推移，此种涂料已经退出涂装行业，逐渐被粉末涂料所替代。粉末涂料以其完全不含溶剂，可以全部转化成涂膜，而且涂装效率高、保护和装饰综合性能好的特点，适应涂料工业对节约资源和能源、减轻环境污染及提高工作效率等方面要求，受到全世界的广泛重视，从而获得飞速发展。但是粉末涂料的涂层比液体涂料的要厚，在成本上和美观度上稍微逊色一点。未来粉末涂料的发展，要向着薄以及耐候性长的方向发展。我国是世界粉末涂料生产大国，现在的粉末涂料的基料主要为热固性树脂（如环氧和聚酯）和热塑性树脂（如PVC、尼龙和氟碳树脂等）。我国粉末涂料以热固性为主，热塑性粉末涂料的产量很少，有也是以PVC为主。且自1938年美国科学家合成出聚四氟乙烯以来，氟材料的研制、生产、加工和应用得到了很大的发展。现阶段氟碳粉末涂料主要有两大类，一类是以PVDF（偏氟乙烯）、ETFE(乙烯-四氟乙烯共聚物)、ECTFE（乙烯-三氟氯乙烯共聚物）等树脂为基料的热塑性氟碳粉末涂料；另一类是以三氟氯乙烯/四氟乙烯和乙烯基醚或乙烯基酯类单体共聚的热固性氟碳粉末涂料，近年来发展十分迅速。氟涂料由于具有多种优良性能，在涂料工业发展中一枝独秀，特别是耐化学性、耐热性及耐候性能大大优于其它涂料品种,有很大的市场应用前景。现阶段，我国和东南亚地区对氟碳粉末涂料的潜在需求量已接近美国和欧洲水平。在这样的背景条件下，我公司致力于热塑性氟碳粉末涂料的研究，企图打破热塑性涂料发展的瓶颈与粉末涂料涂装厚度不均匀性、光泽和流平性较差的问题。该粉末涂料拟用70%的PVDF树脂与无机陶瓷颜料制备而成，两种昂贵原材料的组合为高档建筑物提供了最高等级的保护，加上我公司特有的超细粉末涂料技术，在保持原有性能的基础之上，降低涂层厚度，节约成本。本项目的重点是开发出一款能够长久保持建筑物美丽如新，同时保护建筑物在全球最严酷的自然环境中长久具有抗脏、抗粉化变色以及耐紫外线分解的能力，能够广泛用于高级建筑铝型材、广告板、金属幕墙、高速铁路防护栏/隔音板、机场/码头/火车站/高铁站等大型建筑物内外装饰的热塑性氟碳粉末涂料。二、国内外研究现状和发展趋势热塑性氟碳粉末涂料发展到现在主要有三大类产品：PVDF、ETFE、ECTFE。 PVDF氟碳粉末涂料在应用时需要和罗门哈斯公司生产的专用丙烯酸树脂以73混合复配。PVDF树脂在世界上共有3家主要生产商：比利时的Solvay公司、意大利的Ausimon公司及ATOFINA公司，世界年产量超过2万t。国内上海三爱富公司也生产PVDF粉末树脂，但产品质量和品质与国外相比还有较大差距。ETFE粉末树脂的生产商主要有美国杜邦、Dyneon、日本大金、日本旭硝子，世界年产量超万吨。国内中科院上海有机所从20世纪60、70年代开始研究开发该产品，80年代成功开发出ETFE粉末涂料，但在国内没有实现产业化。美国Ausimont公司是世界上唯一生产ECTFE的公司，年产量3 000多吨，主要用于化工重防腐、半导体工业、食品及医药工业的生产设备。国内仅有大连振邦氟涂料股份有限公司和中科院上海有机所对该产品进行了深入研究，项目已完成中试规模放大研究。热塑性氟碳粉末涂料具有优异的综合理化性能，可抵抗盐酸、氟硼酸、硫酸以及氢氧化钠等介质腐蚀。涂层粘着牢固、坚韧、无针孔，表面光洁不粘垢，显示了优良的耐腐蚀性能。对一些无机溶液（包括水和盐溶液），具有优良的形稳性。同时氟碳粉末涂料对气体还具有低的渗透性能。由于热塑性氟碳粉末涂料的优异性能，现已被广泛应用于化工、石油的排水、洗涤、污水处理系统，以及装置的化学清洗系统，化学药品的分配系统等。PVDF和ETFE、ECTFE等氟碳粉末涂料虽然各项性能优异，但因其施工困难，烘烤温度高，一般在 (250300)，静电喷涂较困难（一般需要热喷涂），而且其树脂颜料分散性差，光泽低，表面铅笔硬度低，遮盖力差，表面质感、光洁度与普通环氧、聚酯粉末涂料相比有较大差距，用途较窄。涂料装饰性能较差，只能作某些特殊用途，成为了涂料中的贵族，在粉末涂料中所占的比重非常小。同时热塑性氟碳粉末推广应用困难的主要原因是价格高和涂层制备困难，涂层的使用性能与氟树脂本身的性质不匹配，以致涂层产品的使用性能与价格不匹配，所以截止目前为止，国内还没有形成氟碳粉末涂料的系列产品。因此，如何使我们国内企业在巩固已有技术和市场的同时提升研发速度和水平，缩小与国际同行业中先进制造厂商间的差距，克服氟碳粉末涂料的本身缺陷，扩大应用领域，形成氟碳粉末涂料系列产品已经是迫在眉睫的课题了。三、项目主要研究开发内容、技术关键及主要创新点1、研究内容本项目的研究是基于近年氟碳粉末涂料研发成功运用的大前提下的，此项目的主要目标是替代对环境污染严重的液体氟碳涂料，项目产品的目标市场是高级建筑铝型材、广告板、金属幕墙、高速铁路防护栏/隔音板、机场/码头/火车站/高铁站等大型建筑物内外装饰、超高耐候建筑物、高档户外装饰材料等的外部及内部涂装。具体内容包括：1）原料的选用；该项目产品的氟碳粉末涂料是由70%的PVDF树脂与无机陶瓷颜料加上我公司配置的助剂制备而成。两种昂贵原材料的组合为高档建筑物提供了最高等级的保护。PVDF氟碳涂料在近年的实践应用过程中，已被证明是金属建筑涂料中的极品，能够长久保持建筑物美丽如新，同时保护建筑物在全球最严酷的自然环境中长久具有抗脏、抗粉化变色以及耐紫外线分解的能力。2）涂层厚度的降低；该项目设计研发的热塑性氟碳粉末涂料具有比一般氟碳粉末涂料更薄的涂层，能够做到20-60微米不等的规格，可根据使用场合的不同来设计涂层厚度；其相比液体氟碳涂料的涂层10-20微米厚一些，相比普通的热塑性氟碳粉末涂料要薄很多，普通的氟碳涂料就算注重喷涂的技术也要在80微米以上，我公司的氟碳粉的涂层厚度更适合与最严酷的环境如阳光异常强烈的地区使用，它的户外耐候性，保光性在35年以上，而且可保持环保、节能、高效、优质等粉末涂装的优点。3）耐候时间的延长；该产品在人工加速老化试验的条件下，耐候时间为1000小时以上，相比一般氟碳粉末涂料增加了一倍以上。经过众多对热塑性粉末涂料的耐候试验，得出涂层在40 um左右时，产品的耐候是最佳的。但是现在市场上广为使用的氟碳粉末涂料的涂层在80-100um，虽然应用喷涂技术能将产品的涂层降下来，但是为导致露出基材根本无法实现耐候的功能。过厚的涂层会随着时间的推移，出现开裂现象，最终导致耐候时间的缩短必须再次进行喷涂或者跟换全新产品。我公司研制的这款氟碳粉末涂料的涂层在40 um左右，上下可以浮动。涂层表面平整光滑，延长了产品的耐候性；为增加耐候性，该热塑性氟碳粉末涂料改变了产品的配方，除了PVDF树脂与无机陶瓷颜料外，还另外添加了一款水性助剂，该助剂起到了一个架桥的作用，使树脂与颜料的兼容性变好，这一改变将直接影响了产品的耐候性能。4）超细粉末涂料技术的应用；我公司计划从国外引进超细粉末涂料技术，加上我司有自主研发国内领先的特殊添加剂技术，能满足超细粉、氟碳粉的需求。我公司与设备供应商合作开发了一款设备，该设备是经原先设备改良的，采用分级式筛选的方式，将颗粒直径大于或者小于25um的都分离出去，保留下来的产品直径都在25um左右，粒径区间变窄，有利于涂层变薄，相比原先产品的35-40um的颗粒直径，其小了很多，就是由于粉末颗粒的减小才会使涂层厚度的降低。公司掌握了超细粉和添加剂国内领先核心技术，能使氟碳粉末涂层的厚度和平整度都达到或接近液体涂料的水平，一举改变过去国外氟碳粉末涂装的成本太高的尴尬局面，使涂装成本反而低于液体涂装；4）成本低；此项目产品环保、且能够回收利用，氟碳粉末涂料的涂层越薄其使用成本就越低，越经济，使用量的降低将直接降低成本消耗，特别是粉末氟碳涂层具有非常硬的漆面表面，克服了液体氟碳涂料用于铝型材时表面太软容易划伤的缺点。2、技术关键（1）配方的改进；产品选用70%的PVDF树脂与无机陶瓷颜料加上我公司配置的助剂制备而成。该助剂为一水性原料，在产品的制备过程中根据所需产品颗粒的直径来添加，在产品原料中起到一个架桥的作用，提高树脂与颜料的兼容性，直接减小颗粒直径大小。（2）设备的改良；该产品的创新性主要体现在产品颗粒的减小、涂层的变薄、耐候时间的延长，当然这三者是息息相关的，但是这些的实现都要依靠我司经过改良后的生产设备。我司与公司的设备供应商合作开发了这款超细粉的生产设备，该设备采用无级式的筛选，当设置一产品直径规格后，不符合这一规格的将会别分离出去，剩下的都是符合生产要求的，且粉末粒径之间的差距都保持在1微米之内。这一创新加上配方的改变直接达到了颗粒与涂层的变小变薄。（3）耐候时间延长；无论选用任何粉末涂料，使用者想要追求的无非就是耐用一点，该款新产品经过特殊的工艺与配方的调整，使涂层保持在40微米左右，在节约成本的前提之下，延长了耐候的时间，性能优越。3、主要创新点该热塑性粉末涂料的创新点主要就在于四个方面:粉末颗粒大小保持在25微米左右，相比普通的35-40微米整整降低了10微米不止；首次尝试与设备采购单位协商，让其按照我们的意见设计改良仪器设备，通过分离设备的改良（分级筛分）使得的粉末颗粒区间跨度变窄，让我们的粉末粒子更均匀，在客户施工及产品成膜性能有很大的辅助作用。该产品由于粉末颗粒直径的减小和众颗粒粒径之间差距区间的变小，差距在1微米，不像原先普通的产品众颗粒粒径之间差距很大，大时相差15微米，导致颗粒之间结合不紧密不细腻，最后致使涂层厚度的上升。该产品的涂层如利用先进的喷涂工艺可做到20-40微米，近乎接近于液体涂料的涂层厚度。但是经实验证明，涂层在40微米左右为最佳，但是普通的氟碳粉末涂料涂层在80-100微米不等，涂的薄了就会出现露基材的现象，而该款产品则可实现薄涂层，且表面流平性强平整光滑，在实现了该工艺后对我们整个地球环保及资源节能做出贡献，从正面对于我们的客户来讲大大降低产品的使用成本。耐候性的延长，产品涂层的变薄、工艺与配方的改变，都直接影响了耐候时间的变化，其实以上多种的创新实现最终也是为了耐候时间的延长。该产品选用国外进口的最佳原材料加上公司特别为增加产品耐候时间研制的一水性助剂，加强了产品的耐候性能。现该款产品的耐候时间经人工加速老化在1000小时以上，在户外正常使用的条件下能够保持35年以上的光鲜亮丽。该产品并兼备耐400以上高温及防腐特性.可称为多功能氟碳粉末涂料消除了氟产品的局限性，让产品使用更广泛。四、项目预期目标1、主要技术经济指标1）技术指标1）溥涂厚度：2040um; 2）铅笔硬度：4H以上（中华牌铅笔）;3）百格刀： 0级;4）冲击强度：50kg-cm;5）耐候（人工加速老化试验）：1000H以上。该项目的氟碳粉末的涂层达到或超过严格的美国AAMA2605标准以及中国国家标准GB/T23443-2009，取得欧洲德国QUALICOAT的认证。2）经济指标项目完成并实施后，本企业可望增加出口创汇70万美元；年产值增加2000万元，增加利税610万元。同时，大幅提升我国热塑性粉末涂料的整体水平，增加劳动就业。2、社会效益该项目的顺利实施，除预期上交国家税金增加外，还可增加至少30人的新劳动岗位，具有良好的社会效益。同时，公司对研发的投入，将购置大量先进、精密的仪器设备，完善测试手段，在公司的各类产品中进一步实现倡导的“绿色环保”产品这一理念，对社会负责。在项目实施过程中，产品检验和评价新方法或标准的建立，也将大大推动整个热塑性氟碳粉末行业快速、科学的发展，适应国际氟碳粉末行业的发展趋势。此外，本行业的快速发展，势必将带动相关企业和行业的共同发展。因此，该项目如果能够顺利立项实施，将为我省的社会经济发展做出巨大贡献。更重要的是如果成果开发出相关技术和产品，将打破国外对该类技术的垄断，提高我国同行业产品的国际竞争力。3、技术应用和产业化前景最近几年中国政府在发展经济的同时对环保型/耐候型高端粉末涂料极为重视并大力提倡，特别是对高新技术产品给予扶持。椐国内氟碳涂料权威机构不完全统计，液体氟碳涂料有30000吨-80000吨的市场需求，而PVDF氟碳粉末涂料目前有1000-2000吨/每年，按目前市场最低价20万/每吨大约需求2-4亿的氟碳粉末涂料，而且每年以5%-8%的速度发展，更值得可喜的是30%-40%的液体氟碳涂料被氟碳粉末所替代前景非常好。且国内真正能生产PVDF氟碳粉末涂料公司只有2-3家，基本属于垄断性行业。此氟碳粉末在国外也是高端产品，因国外原材料价格高，每吨PVDF氟碳粉末售价高达50-60万，因其国外成本高市场推广比较缓慢，而国内氟碳粉末涂料成本低市场发展很快。该项目运用了超细粉末涂料技术，使产品具有液体涂料的光泽度与平整度，又具备耐候的特性，正是目前国内外市场上所急需的，配以成本控制，将成为本公司极具竞争力的产品，其市场前景十分广阔。4、知识产权情况该项目实施后，拟申请一项国家发明专利。涉及“热塑性氟碳粉生产方法及工艺”这个方面。五、项目实施方案、技术路线、组织方式与课题分解1、实施方案、技术路线本项目是实施是按照预混合-挤出-压片-粉碎的路线来实施。预混合：该产品的原材料众多，生产研发中必须先将产品进行预混合。在确保高速混合机、贮料斗、磁铁架及混料罐体、电机清洁无油污后，按树脂 钛白粉（或耐晒白） 助剂 色料 填料 改制品顺序投料，色料要完全被覆盖住，投料时要动作轻柔，以防粉尘飞扬。挤出：该项目产品预混合以后，在保证机械清洁的情况下就必须挤出，该批产品挤出时的前10KG左右片料拿到混料罐混合重挤，其后挤出片料取样送检验室检测，合格后方可生产。且因为是新产品开发所以第一罐料确认后挤出时留一块片料与其他罐片料对比，或其它罐片料取样喷板检测，合格后方能大批量挤出。压片：该款新产品具有薄的特点，所以压片就很重要，一般我们根据产量和环境温度的不同将两压片辊间隙调整为1-2毫米左右，冷却水进口温度保持在15，水压2kg/cm2以确保产品的质量。粉碎：该产品粉碎按照接通电源开气气流主磨机引风机脉冲旋转筛（振动筛）排料机喂料的顺序来进行粉碎，且粉碎过后再进行一遍的筛网进行过滤，保证颗粒粒径在25微米。该项目在技术上采取先利用超细粉末技术将热塑性氟碳粉的粒径控制在25微米左右，在控制粒径大小的前提下来具体探讨如何降低薄层厚度，并保持平滑光泽的表面，最后寻求一种最佳的氟碳粉沫涂料的最佳厚度来增强其耐候性能，并将其达到1000小时以上。2、组织方式和课题分解该项目的实施我司是独立研发的，具体的组织如下：*我司承担的主要工作：（1）完成项目的新技术调研； (2)提出能够延长热塑性氟碳粉末涂料耐候性指标的各个因素，并研究其解决方案和实施路线；（3）超细粉粉末涂料助剂的研究，至少降低粒径10微米以上；（4）参与氟碳粉粉末颗粒粒径分级式控制的设备的改良，提出具体的改良方法；（5）提出降低涂层厚度的具体实施方法，并将其与普通产品进行对比；（6）参与并完善产品配方和制备工艺研究；（7）原材料的选择已经检测，成品的技术参数确立已经检测；（8）提供进行热塑性氟碳粉末涂料的中试研究条件和工业化生产条件。（9）推广热塑性氟碳粉末涂料的中试研究和工业化生产。六、计划进度安排本项目预计实施的时间为2年半，从2012年的02月至2014年的07月。分六个步骤进行：2012年02月-2012年05月为方案的总体设计并确定；2012年06月-2012年12月为生产设备的改良与颗粒直径的细化；2013年01月-2013年06月为水性助剂的改良与工艺流程的改进以及产品配方的确定；2013年07月-2013年12月为产品涂层的确定与薄化、耐候度相关指标的确定；2014年01月-2014年04月为产品定型和总体配方以及生产工艺参数的确定；2014年05月-2014年07月为完成目标准备结题材料。七、现有工作基础和条件公司成立于2002年,是中国涂料涂装会员单位,是一家集开发、生产、销售于一体的高科技、外向型的现代化企业，一直秉承“自信、和谐、高效、创新”的理念，坚持以高品质的产品来树立公司的品牌和形象。公司建有标准企业房9753平方米，拥有10条涂料生产线、拥有挤出机、磨粉机、混合机、压片机设备等等。已建有检测设施齐全的实验室，可以对生产产品的主要技术指标进行测试。企业组织机构建全，管理制度完善。企业本着以品质上乘、信誉第一为企业目标，已先后通过ISO9001：2008质量管理体系认证和ISO14001:2004环境体系认证，并致力于推行质量体系的有效运行。企业现有员工80人，其中专业技术人员17人，具有大专以上学历的人员15人，占员工总数18.7 %以上。企业具有较强的技术力量，有着技术娴熟的工人队伍，人力资源能与企业发展规模相适应。2011年实现销售收入3847.5多万元，经过多年的积累，产品在粉末涂料市场上具有一定的占有率，已形成完善的营销渠道，有充裕的资金保障新产品的开发和产业化生产。2011年申报了超耐磨银面效果粉末涂料、环保型粉末涂料、自清洁功能型粉末涂料三款省级新产品，并在同年8月完成了专家组的验收工作，现已经开始产业化阶段。2011年，公司荣获“嘉兴市高新技术企业”的荣誉称号。我司具备雄厚的资金与高素质的研发人员，同时为该项目产品的实施专门配置了实验室购置了研发检测设备，为项目的顺利实施不遗余力。省级科技计划项目经费概算表项目名称： 热塑性氟碳粉末涂料技术开发 金额单位： 万元 序号概算科目名称合计省财政拨款经费地方部门配套经费自筹经费（1）（2）（3）（4）（5）1一、经费支出（合计）5979350421、设备费12738893（1）购置设备费7914654（2）试制设备费4824245（3）设备租赁费62、材料费2804523573、测试化验加工费202084、燃料动力费70106095、差旅费1010106、会议费 1010117、合作、协作研究与交流费2020128、出版/文献/信息传播/知识产权事务费55139、人员劳务费20201410、专家咨询费10101511、管理费15151612、其他开支10101二、经费来源（合计）59721、申请省财政经费9332、地方、部门配套拨款043、自筹经费5045（1）单位自有货币资金5046（2）其他资金省财政科技经费拨付进度申请第1年第2年第3年金 额55.837.2比例（）6040注：支出概算按照经费开支范围确定的支出科目和不同经费来源编列，同一支出科目一般不同时在财政拨款经费和自筹经费中概算。经费概算说明一、 本研发项目总投入资金597万元，其中自筹资金504万元，申请省财政经费93万元。二、 本项目投入研发设备费用79万元，包括购买生产设备费用和设备折旧费用，主要用于新产品开发阶段的试生产；投入检验设备48万元，其中包括：人工加速老化测试仪（美国QUV老化仪）、激光粒度测试仪（干湿两用型）等，主要应用于试制产品的各种性能指标的检测；材料费280万元，主要应用于购买及定制各种原材料，通过试制各种材料从而确定及配制产品配方；测试检验加工费20万元，用于特种功能材料的测试化验、产品送检；燃料动力费70万元，用于设备的正常运转所需燃料费用及电费；会议费10万元，用于研发试制过程中的会议费；差旅费10万元，用于研发过程中各种出差、考察费用；合作、协作研究与交流费20万元，主要用于研发试制过程中与有关技术人员、供应商之间的交流费用；企业注重知识产权保护，及时申请专利经费5万元，企业重视人才，大力推广创新，对于研发试制过程中需要的外部技术力量的支持，聘请有关技术人员解决有关技术难题，安排经费20万元，对各种管理上的费用安排15万元，为了更快、更安全地把本项目研发成功，公司还聘请专家来厂技术指导、技术方案论证，公司给予安排专家咨询费用10万元，对于其他开支费用公司也安排了经费10万元。14