环境友好型粉末涂料涂装的回收效果探讨
1.引言
粉末涂料是环境友好型涂料的一种，其无溶剂挥发、过喷涂料可重复利用的特点使其应用非常广泛。但由于粉末涂装回收设备回收效果的欠缺，谈起粉末喷涂容易使人联想到粉尘弥漫的工作环境和蓬头垢面的操作工人。因此，粉末涂料在对大环境有利的同时，回收差的设备造成的粉尘污染对喷涂区域的小环境的影响较为恶劣。在文献1中探讨了粉末喷涂过程中过喷粉末的逸出危害和解决办法，提出了减少粉末逸出的“五位一体”的解决方案，即减小开口面积、增大滤芯（及终极过滤器）通风面积、增大风机风量、减少过喷粉量、加强喷涂车间空气流动管理等。本文对粉末喷涂的回收效果进行更深一步的讨论，以便使更多的厂家了解回收问题的系统性、复杂性、重要性，从而提高粉末喷涂设备的回收能力，为粉末涂装创造一个较为清洁的生产环境，对提高产品质量、稳定操作人员起到积极的作用。
2.粉末回收的形式
喷涂设备来源不同，采用的回收原理各不相同。且随着各种形式设备的嫁接、融合、派生等变异，所见到的设备形形色色，回收效果千差万别。总体趋势是价格昂贵的进口设备回收效果优良，众多品牌的廉价的小型设备回收效果较差。然而这些小型设备用量最多，对涂装的影响更为广泛，更能代表涂装的水平。常见的回收方法：滤芯回收+终极过滤器；滤芯回收+直接排放；大旋风+滤芯组合；小旋风+滤芯组合；旋风回收+布袋过滤等。
3.粉末的粒径分布
粉末的粒径差异和质量差异是回收所依赖的分离净化原理。滤芯、过滤棉、终极过滤器、滤袋是利用粉末颗粒大小来筛分的；而大旋风和小旋风回收则利用粉末的离心力和重力差异进行分离。不论利用何种原理，粉末都不可能绝对完全除净，只是处理到一定大小的粒度然后排放。排放的含微尘的空气进入到车间外部称为外循环形式，排放到车间及喷粉室内部称为内循环形式。由粉体的粒径分布可知，空气中粉体成分的粒径多在1nm以下，而粉末涂料低于10μm的颗粒约占1.3%，低于5μm的约占0.3%，低于3μm的约占0.1%，低于1μm的为0。损害人体肺部的烟尘粒径在0.5～5.0μm。含有滤芯+终极过滤的回收系统，前置滤芯的初始过滤精度为10μm，但由于粉末的吸附，滤芯的通透__率大大降低，过滤精度提升，相对地通风量下降。后置终极过滤器的过滤精度更高，它的作用是截留前置滤芯透过的颗粒。
4.滤芯过滤的回收形式
在使用滤芯及其它过滤材料回收的装置中，采用的净化原理是过滤作用。过滤的特点：①时效作用，初始过滤精度低，通过的粒子多，随着材料的使用，过滤精度有提高的趋势；②总会有微小的离子通过，阻截效果与被过滤物的粒径分布有关。
4.1滤芯的过滤精度
滤芯的过滤精度与制造滤芯的纤维直径、滤布的厚度有关，粉末涂装中多使用240~260g/m2的滤布，精度高、除尘效果好，透过过滤材料的粉末少（见图1）。利用过滤原理进行空气与粉末的分离，总会有少量超细粉末透过并随空气排放。一般滤芯的过滤精度为10μm，终极过滤器可以达到3μm。
4.2滤芯的过滤面积
过滤精度与通风量是一对矛盾，解决这一矛盾的惟一方法是增加过滤材料的面积。增加过滤面积的途径是增加滤芯折数和折高。目前市场上所售滤芯的技术参数比较混乱，仅从外观上看差不多。过滤面积大时，需要清理滤芯的气量要匹配，否则滤芯清理不彻底，滤芯持粉量大。
4.3滤芯的清理
粉末颗粒在过滤材料上的表现为：大颗粒被阻截、小颗粒通过、与滤材孔隙相当的颗粒被镶嵌。阻截和镶嵌的颗粒将影响通风量，必须及时清理以保持回收效果。清理方式有自动清理：部分使用脉冲反吹阀控制气流直接打击滤芯内部；部分使用带有旋转翼结构的装置边旋转边清理。前者的特点是具有更大的力量，后者的特点是气流分布均匀。具有脉冲控制装置的清理系统一般备有一个反吹气储气包，需要调整好气源压力、脉冲间隔和脉冲宽度3个数据指标，以获得恰当的冲击力量。有些人认为清理次数多就可以将滤芯清理干净，所以将脉冲间隔调到很小，或者延长脉冲宽度，但结果往往事与愿违，其根本原因就是气包内的压缩空气得不到补充或压力不够。脉冲反吹清理滤芯最好的方式是在气包前安装一个气压表，保证压力是可知的、可调的；脉冲控制也可调整脉冲间隔和脉冲宽度，这样可以根据每次清理的情况进行调整，对不同的滤芯状况采用不同的控制参数（见图2）。因为滤芯过滤面积、粉末回收与附着比例、粉末粒度分布、应用环境等均不相同，不同厂家所采取的控制参数也是不同的。确定反吹参数的标准有两点：滤芯的承受性能和滤芯的清理程度。清理滤芯的空气应干燥无油，否则，油水附着在滤芯孔隙上会加剧过滤材料的堵塞。在现场查看时曾发现储气包中存有大量水的情况，水的存在既减少了用于反吹的气量，又有堵塞滤芯的风险。反吹系统正常、3个参数控制良好的设备，在非换色情况下不用人工清理滤芯。必要时的人工清理最好使用压缩空气吹扫方式，但由于该清理工作粉尘污染极大，工厂内找不到合适的场地。目前的滤芯滤布大多采用聚酯纤维制造，材料本身是可洗的，有些工厂采用水洗的方式，但如前所述，水洗后未充分干燥的滤芯具有容易被堵塞的风险。__所以，滤芯的清理原则是：自动反吹清理为上；人工吹气为辅；人工水洗为下。具有旋转翼结构的滤芯，由于气流的分散，自动清理力量较弱，但滤芯寿命会延长。为保证清理效果，需关注气流分散口的设置，如长期回收效果低下，粉末外溢严重，有必要对该清理系统进行改造。
4.4滤芯的使用寿命
再耐用的滤芯也有使用寿命。滤芯的失效主要有机械损伤漏洞、粘胶失效开裂、粉末堵塞等原因，前2个原因造成粉末损失（室外循环方式）和终极过滤堵塞（回收效果差）。粉末堵塞滤芯将导致通风量减少，影响回收效果。目前，行业缺少滤芯效能检验的设备，所以报废缺少统一的指标。计划设计的检验设备将采取测试滤芯通风量的方式，并给出数据值，由数据值判定滤芯是否已失效。目前判定报废的依据是，只要回收不好就报废，并购买新的。选用价值较高的滤芯其通风量和过滤精度均好一些，如报废周期太短将造成投入增长，在清理后进行仪器检测，然后判定报废与否可节省购买成本，也可判定回收能力的瓶颈所在。判定依据可以是设定好的绝对通风量，即最小的理论通风量，可由开口面积和设定空气流速计算；或将现通风量与使用前的通风量进行比对，以达到原通风量的百分比作为依据。报废滤芯滤材料间保持的粉末、滤布材料、胶粘剂均是有机材料，可以焚烧以获得能量，这些混合材料的再生利用将可以节约资源，减少污染。
5.旋风分离的回收形式
旋风分离的机理是使含有粉末的气流作旋转运动，借助于离心力将粉末从气流中分离并捕集于圆锥形器壁上，再借助重力作用使尘粒落入集粉桶。在普通操作条件下，作用于粒子上的离心力是重力的5~2500倍，所以旋风分离的效率显著高于重力沉降室。旋风除尘器适用于净化5～10μm的粉末。目前涂装行业应用的旋风分离器有单个的和并联的多管式旋风除尘器装置，对3μm以上的非黏性、非纤维的干燥的粉末粒子具有90%～99%的除尘效率。采用旋风分离+滤芯过滤的结构，回收粉末大部分在旋桶处被分离，该粉末被粉泵抽回重新利用。经过旋风分离的粉末再次被后置的滤芯过滤，被截留的粉末量少，其中超细粉含量大，不再被利用；经过滤芯的含有极少量更细的粉末随空气排放，排放的空气按照设计已满足卫生许可要求。由表1可知，经旋风分离后，假设10μm以上的粉末有90%被除去（实际要高），则经过旋风到达滤芯的3μm以上的粉末（超细粉）仅有0.1%。旋风分离回收示意见图3。
5.1风速与风量
粉末粒子在旋风分离器内经离心分离后与空气流脱离，在重力作用下落到分离器下端。所以在入口处粉末颗粒的速度越大、越重的越容易被分离。入口面积一定时，通过风量越大则速度越快。对于没有后端阻力的分离系统（例如直接排放的外循环方式）可以获得恒定的分离效果，没有滤芯式回收因滤材堵塞造成的回收效果下降的情况。但对于旋风+滤芯过滤的组合方式，设备投入运行一定时间后，同样会有滤材堵塞的问题。即旋风分离的效果也会随使用情况而变化，当后置滤芯堵塞后通风量减小，回收效果变差。此时同样遇到滤芯的清理和寿命问题。
5.2换色更迅速
旋风+滤芯过滤的组合回收方式更有利于快速换色，换色比滤芯式初级回收更节省时间和粉末，用压缩空气清理旋风分离器比吹干净滤芯要快，所以滤芯回收往往使用多个换色组件来实现快速换色。
6.其它需要考虑的方面
6.1直接排放的方式
回收粉末经初级滤芯或旋风分离后，不再进一步过滤直接排放的方式，对喷粉房内负压的保持是有利的，可以减少粉末从开口外溢的机会。但如果排放空气流通距离太长、转弯多或者将多个排气通道连接在一起的方式（互相影响）都会增加空气的阻力，降低回收效果。所以提高直排式回收效果的原则就是直排通道尽可能大、短、直、独。由于终端空气是直接排放，且没有经过更细的过滤，较多的超细粉会被释放到空气中。当排气口距离居民区较近时会有粉尘污染的投诉；如果采用车间内排放，则沉降的粉末会造成表观上回收效果不好的情况，此时回收效果和过滤精度成为一对矛盾。解决矛盾时，就又回到终极过滤精度的难题上。
6.2平台粉末的回收和及时利用
平台粉末的及时回收利用是喷粉设备回收效果的一项关键指标。平台粉末及时回到流化供粉装置才能与新粉末混合使用，如果平台粉末长期停留，将导致新旧粉末比例失调，造成质量问题隐患。一款进口设备采用底部吹扫收集的方式，减少底部粉末的积压，对保持质量稳定、减少换粉清理时间等具有积极意义。目前国内已经可以设计制造该类设备，并完成相应的旧设备改造。
7.提高回收能力的总体思路
粉末从喷枪出来后的归宿有以下几种：被吸附到工件上成为有效利用的涂料（m1）、落到喷粉房底部平台成为平台回收粉(m2)、回收到滤芯上并被震落下回收使用或旋风分离回收使用（m3）、被终极过滤器截获（m4）、排放(污染m5)或初级回收直接排放（污染M4）、由喷粉房开口飘落到工作场所（污染m6）。
⑴增加粉末有效利用m1。其方法是调整好喷枪高压静电、采用自动控制系统无工件处停止喷涂、工件良好接地、手动喷涂或开发类似喷漆系统的机械手智能喷涂等。
⑵粉末粒径分布合理优化，减少超细粉的量。在粉末制造过程即除去超细粉末（低于3μm），使透过滤材的粉末量减少到最低。
⑶增大过滤面积并提高过滤精度。在保证喷房内特定负压的前提下，使透过终极过滤的粉末更少。为此可以考虑利用足够的喷涂区域顶棚或墙壁，将其设计为一个粉末过滤和沉降的空间，同时滤材可包容更多粉末，缓慢的流速有利于粉末的过滤并与空气分离。
8.结语
提高回收效果的实质是如何同时增加回收设备的通风量和提高过滤材料的过滤精度。提高通风量，可以减少粉末从设备开口逸出的倾向；提高过滤精度，可以减少细粉末从排风终端逸出的倾向。解决这一矛盾的惟一办法是提高滤材的过滤精度并增加过滤面积。在涂装设备中，没有厂家尝试使用水雾除尘的方式净化排放空气，而水雾除尘在涂装行业的研究为零报道，有能力的厂家不妨进行探讨。借鉴其它领域的先进技术为涂装应用是涂装创新的一种方式。涂装创新的课题很多，创新的技术不但可以获得可观的经济效益，也是对世界涂装行业的贡献。
