涂料加工工艺：昨天、今天和明天

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涂料加工工艺：昨天、今天和明天

Girish MALHOTRA，特种化学技术专家

简介

涂料可以用于各种底材，从坚硬的金属，到柔软的皮革。表面涂装决定了产品的性能和质量。底材性能不同，需要的涂料也不同，制成的产品也不同。本文将综述涂料生产工艺的发展，同时讨论如何简化、改善制造工艺，并列出概要。

通过综述，我们可以看到，对于绝大多数涂料来说，工艺方法都是差不多的，即便对于不同加工组分也是如此。追踪涂料制造工艺的发展是十分有趣的。本综述不包括粉末涂料。

总体来说，有两种液体涂料：

水性和溶剂型

为了达到特定涂料性能，需要各种组分。组分可分为以下几类：

· 溶剂（水或者有机溶剂）

· 颜料填料

· 树脂，或称为基质、成膜物质

· 添加剂，例如增稠剂/表面活性剂/分散剂/防腐剂/香精

· 着色剂

工艺是怎样发展起来的?

如果有人回到公元前，很可能观察到涂料制造工艺的发展。尽管事件发生的顺序可能还要讨论，但是可以看到这样一个历程。我猜测最初的工艺包括了在水中、或者油中混合植物彩色颜料。最初的颜料颗粒可能比较大，还可能沉淀。使用之前，必须进行混合，这样才能把颜料在悬浮在溶剂中。由于需要反复混合，使用者发现颗粒越小，悬浮程度越高，所以制造更好产品所需要重新混合的次数就越少。由于颗粒要求均匀，才能改善涂层，这最终导致了颜料研磨工艺。这时，不同的研磨设备和方法被开发出来。颗粒尺寸测量方法也被开发和使用，保证了产品的稳定性。

涂料首先使用了天然的颜料和材料，人造材料商业化之后，逐步被人造材料取代。类似的，其他有机溶剂出现后，也被用在涂料领域。添加剂被开发出来防止固体沉淀，保持均匀，润湿表面，以便液体悬浮性更好。越来越多的添加剂被开发出来，用来生产更好的涂料。新产品的组分改进的持续进行，给我们带来更好的产品。

由于客户需要均匀、一致的色彩，色彩实验的不同测试方法被开发出来。实验方法的持续进化，以及其他工业领域实验方法的不断采用，提高了涂料制造质量和产品质量。

现行方法

现行的涂料制造工艺发展历程，经历了实验室测试、开发同样的历程。最简单的涂料制造方式，就是把几种化学品搅拌在一起，最后得到一种适合于涂装在底材上面的产品。组分经过称量，加入到合适大小的加工容器中，使用适当的涂料设备进行分散，经过随后的实验测试，最终得到需要的产品。在实验室里，试验是间歇进行的――对于实验化学家来说，每次处理一个配方，是可以接受的。化学家根据分析结果更改菲方，最终达到性能目标。由于实验批量很小，在线测试被认为过于麻烦，因为仪器需要手工清洗。实验工艺和测试方法都很简单。这些方法可以用于规模略大一点的商业生产，这保证了实验室和工厂测试结果相差不多。

“间歇”式的测试对于经验丰富的人来说，并不困难，并且生产也能达到客户的需求。在纵览各种不同的涂料应用时，我们发现，他们使用的基本测试方法差不多，但是根据涂料应用的细微差别，进行了调整。这些方法都有不同的名字；在涂料公司，配方区被称为“实验室”，但是在造纸厂，被叫做“涂料间”。涂料公司需要抽样来测定遮盖力和测定色彩。油墨公司则抽样来“漂白”他们的产品来进行测试。着色剂被混合在标准白色中，进行测试。基本前提都是同样的，但是方法根据应用不同而改变。

认识到制造方法简单易行，而利润丰厚，很多人纷纷进入这个领域。企业家提供他们需要的特种产品，涂料业务就发展了起来。我们都知道，在20世纪，很多地方性涂料公司都有各自的市场。

企业改进了实验室的产品和制造方法。由于“间歇”式测试方法耗费时间，加料后还需要重复测试，对于制造设备来说，这就必须要增加额外的加工储罐和原材料，才能随时满足客户的需求。

企业不断努力，提高他们的设备使用率，他们采用了“大批量，中批量和小批量生产”的办法来改进加工工艺。对于有些公司来说，这仅仅是一个满足客户需求的暂时解决方案。企业还不断改进和优化供应链，以便提高利润。这期间，六西格玛和标准化（ISO）技术改进了企业的工艺。

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新的商业环境

由于最近的整合，大量较小的涂料公司变成了大企业的一个部分。每个公司都在开发和执行新方法，更好地为客户服务，最大化企业利润。规模经济总是在问：现有的技术是最好的技术吗？我们如何才能改进？制造方法通过“流程创新”，被重新评估。

人们开始正视制造工艺的“痛点”。一旦发现，就加以解决。由于涂料产品和业务规模的不同，痛点也不同。解决方案可能相差不多，但是规模不同。一个全面评估和综合的痛点解决方案是必要的。对于涂料业务，可以考虑以下几个典型问题：

· 相关设备的问题

· 工艺控制的问题

· 原材料的问题

设备方面

· 1、我们是不是有合适的设备？

· 2、设备有没有正确使用？

· 3、是不是应该从另外的角度考虑？是不是应该使用新技术？

· 4、我们是否使用了最佳方式来简化工艺？

每个涂料业务都需要回答这些问题。设备评估师一项持续改进的进程，所以不能被忽略。工艺评估能回答这些问题。零售商和其他部门能帮助提高工艺，但是关键的设备性能和效益评估是必要的。这里还有一些投资方面，以及工艺方面的相关问题，都应被提到。

工艺控制方面

以下这些问题应该被看作痛点。

· 1、我们是否添加了正确的数量？

· 2、分散是否完成？

· 3、粘度和密度是否正确？

· 4、涂料遮盖力是否达到客户需求？

· 5、色彩是否正确？

对于间歇式检测、再次生产、再次检测，直到达标的工艺，以上问题都应进行回答。间歇测试和调整需要时间。每个操作必须使用能够控制涂料组分添加数量的技术，所有组分添加之后，这样才能使用最少的添加次数，使产品达到规定规格（当然，最好是一次到位）。

原材料方面

每种原材料都具有自己的物理性能和操作特点。我们能不能通过缩小原材料的规格范围，从而当全部组分都投入之后，使得最终产品的规格范围也缩小呢？有机溶剂有各自不同的独特沸点。当制造涂料时，能量输入会转化成热量，从而导致溶剂挥发。所以必须采用必要的工艺单元操作来防止这个问题，这才能保证一个安全和健康的工作环境。随着时代进步，我们不断了解到化学品影响健康的新信息。我们发现，昨天认为安全的东西，明天可能就不安全了。这将导致新的控制法规不断出台。所有关于健康、安全和环境的法规都必须执行。这不仅关系到使用者的利益，也关系到制造商的利益。

新的机会

一个制造商如果能用最少的时间（最好是一次到位），最低的原材料消耗，达到客户的需求，他一定会从中获益。这样的机会来自以下方面：

· 1、设备技术

· 2、工艺控制

· 3、原材料

原材料供应商正遭到涂料制造商的压榨，而涂料制造商则遭到他们客户的压榨。一环套一环。信息技术的使用改善了商业的多个方面，但是要提高制造方法，我们还需要一种“黑箱”思维。我们正在努力降低工艺时间。然而，间歇式的实验方法不能大幅度缩短工时。因为车间里的设备仍然按照传统方式运转，并没有花费什么投资去考虑新技术。随着大规模并购，对于大、小制造商，都出现了新的机会。企业开始考虑如何“合并”上面三个工序。

设备技术

高速分散设备和研磨设备，就是涂料工业的两轮马车。但是新的设备也正在开发，以便减少工艺时间。在线式的转子――定子设备，以及在线式的喷射器都是相对低成本，并值得考虑的设备，能缩短工艺时间。也许使用热交换器能控制分散工艺的温度，我们必须保证没有把溶剂（也就是钱）挥发掉。要降低成本，自动化是必不可少的 。

工艺控制

使用工艺控制技术的基本目的，就是无论在第一次生产、还是最后一次生产，都能制造出同样高质量的产品。涂料制造商还没有向其他化工产品制造商看齐，没有使用“奢侈”的工艺控制技术。如上所述，实验室里面使用的方法已经被放大到商业规模，这也使我们不断感到涂料生产中，自动化的缺乏。如果工艺控制可以让制造商在进行小批量制造转换的时候，把转换时间减少到最短，那么这种在线式的技术，将可能改变涂料的生产方式。有时使用工艺控制技术，与自动化与连续化生产密切相关。如果把连续生产仅仅运行有限的时间，那么这就能变成一种间歇工艺。这些观点会使在线控制技术应用于生产涂料。现在在线工艺控制技术已经商业化，现场开发技术也获得了很大发展。

原材料

如果一个公司使用类似的原材料制造不同价格的产品，那很可能在制造这些产品时，使用了不同的配方。这时，涂料制造商就可能进行原料合并和批量采购，工艺优化可以缩短工艺时间。

前景

最近的公司整合（同类产品数量众多，必须降低成本）推动了对于在线式工艺控制以及设备技术的思考。新设备和工艺控制技术被引进生产，这些技术更经济。投资回报高，人们必须考虑这些技术，因为这些技术不是传统技术，但是能产生很好的结果。使用这些技术将导致明显的原材料和操作进一步整合。有些更新的，在线式的工艺控制技术还能降低开发时间，提高产品质量，同时改善客户服务和增加利润。

涂料工业和其他工业一样，有效地使用信息技术和各种新技术，可以提高利润。现在到了回顾和优化涂料生产工艺的时候。想象力和创造力将产生出更丰厚的利益。

HSD

这个帖子最好转到涂料生产中心，可能会更好一点。

doublehao

学习了，刚开始。。。

沐浴阳光

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真的是受教了，哪位大神知道色精原材料在哪能买到？谢谢！QQ435351813