Uwe Wilkenhöner，Wolfgang Könner

新型模块化涂料生产体系在优化工艺和调整性价比方面具有 显著优势。开发出一种以半成品形式出现的原材料模块，以实现 最大化的协同配套性，可以灵活生产内外墙涂料，满足性能要求。 该系统能够使产品性能达到新的水平，实现不同批次间产品高度 的一致性，生产简便快捷，作业环境优化。

模块化工业生产理念并不新奇。100 年前，汽车行业首次引入 该理念，如今发展到全?？榛低常迪志忌ひ铡?其他行业，如电子行业，也采用该理念，在预装?？榈幕∩习?排各种生产工艺。

然而，像涂料制造业这样的行业并未跟随这种趋势，而是仍 采用传统方式生产。尽管许多生产环节已经得到了优化，例如原 材料投料速度和总的生产产出，但生产工艺基本大同小异。单一 原料的依次投料和高速搅拌工艺仍然是涂料生产中最常见的方式。

典型的建筑涂料配方一般包括十几种不同的原材料，所有这 些原料都需要通过物流进行运输和库存。根据批次的大小、自动 化程度和内部物流（如从料仓输送或使用袋包等）的不同，生产 每一批涂料实际所需的时间相当长，某种程度上超过用于分散粉 料所需的时间。单就向生产容器中添加粉料的工序来说，其所需 的时间就超过了分散粉料所需的时间。粉料的分散也是十分耗时、耗能的生产环节，具体与质量要求有关。

问题最多的是粉料的使用，粉料通常是从生产罐的顶部加料， 这会产生大量粉尘，造成潜在的健康问题，使用极细的粉料（如颜 料和细填料）时更是如此。因此，必须安装适当的通风设施来充分 保护生产人员。

当前"原材料供应商- 涂料配方设计师"的配置形式面临着以 下困境：技术性能、产品创新和经济效率之间的平衡日渐困难。如果 涂料生产中使用半成品，那么就可避免所有这类问题。

出于这一原因，通过原材料供应商网络开发了一系列高性能模 块，能适用于各种应用领域的涂料生产，从而为涂料制造商创造了巨 大价值。

模块化原材料理念的益处

完美的原材料匹配性

当前涂料配方中包含许多不同的原材料（在某些情况下，比 实际需求的原材料更多），它们之间会产生各种化学和物理的相 互作用。有时，很难追踪每种原材料对涂料的整体性能的影响。 事实上，所有原材料之间都会出现相互作用（协同作用或冲突作 用），影响了涂料的制造、施工和最终性能。如果这类相互作用 已经得到了优化（如在一个智能化的集成?？橄低持校?，那会怎 样呢？

产品性能达到新的水平

只有详细了解原材料的化学设计，才能精确控制物理和化学 相互作用。事实上，这为大幅改善配方和涂料性能开启了成功之门。 将原材料供应商网络中的各种专业知识进行综合，有助于开发出 原材料?？?，这是一种具有协调的化学设计的半成品，可制备出 高性能的涂料。

突出的批次间一致性

尽管听起来像是理所当然的事，但在涂料制造领域中，批次 间的质量差异是不争的事实，且出现的原因多种多样——通常是 由于很难控制某些原材料之间的相互作用造成的。因此，涂料配 方设计师和原材料供应商网络之间的联合开发不仅使得开发周期 更高效、更短，还有机会生产出具有稳定的高质量和性能优异的 涂料。

制造过程简便、快捷

可对所有"易加工"的?？榛浞浇械鹘?，使不同的化学 品之间达到最佳的相互作用，从而能够获得最佳性能。结果，各 种原材料之间呈现最大的相容性，使得生产过程变得异?？旖莺?简便。在某些市场中（如美国），这种生产原理已广泛应用多年。

形成良好的作业环境

采用?？榛牧喜唤鼋档土松杀竞偷ヒ辉牧系目獯?， 而且还有助于减少生产过程中产生废物和粉尘，改善了生产作业 环境，无需额外投资购买安全设备。

涂料生产成本

就生产成本而言，应重点考虑整体，而不仅是某一分散装置 的成本。生产过程实际成本的确定较为复杂，需要对许多工厂内 部的过程进行深入分析［1-2］。

采用?？榛牧舷低秤欣诮档蜕杀荆?］。分散过程及 相关工艺过程的成本（例如容器中粉料的加料/卸料、厂内物流、 仓储、原材料运输以及空包装袋处理）均可省去。此外，与传统 工艺相比，原材料模块的质量统一、稳定，免去了因返工所增加 的成本。

完全不采用传统生产工艺也是有可能的。只需简单的混合设 备和各种储罐就可以了，可能是调漆工段的储罐或者理想状态下 就是成品储罐。每一个配方只需采用几个原料?？樘逑担梢允?现多种质量的产品的稳定生产。

具有多个原材料?？榈耐苛吓浞?/strong>

原材料模块是由?？榛牧贤缰械暮献骰锇楣餐?的，关注的重点是：

1） 支持?？榛际酰?-5］。

2） 调节原材料之间的物化作用以及可能产生的化学反应。

通常，基料模块应该使用匹配良好的原材料制备，如图1所 示。不同的原材料用不同的颜色表示：红色代表最基本的原材 料；深灰色代表具有其他功能的原材料，如调节流变、起泡或胶 体稳定性；浅灰色原材料是根据最终使用要求可能需要的备选原 材料。

以此类推，可配置好颜/填料模块（如图2所示）。同样，红 色代表最基本的原材料；深灰色物质确保性能要求，例如防沉淀 性、耐擦洗性、抗龟裂性和着色性；浅灰色代表其他备选配料。

最理想的情况是只要将一些液态原材料?？橥ü虻セ旌暇?可制造涂料。通过改变各模块之间的混合比例及使用不同性能的 原材料模块，就能生产出不同性能、可应用于不同领域的各种涂 料。同样，为了提高涂料性能，可以将固体颜/填料模块与液体模 块化原材料结合起来。涂料制造商可根据自己的专有技术和性能 要求（流变性、颜料体积浓度、色调、疏水性等）改进?？榛?础配方。原材料供应商网络已设计了一系列?？榛氤善?，用来 配制不同质量的内墙和外墙建筑涂料。

模块化的内墙涂料

可选择将下列原材料?？樽楹掀鹄?，制备3种不同质量等级 （耐擦洗性和遮盖力）的内墙涂料（根据DIN EN 13300）。

水性基料?？橹胁捎玫氖髦亲趴⒌谋奖稚⑻?。对基 料聚合物进行了改性，以便与?？橹械钠渌煞忠约把仗盍夏？?中的组分产生协同作用。调节了聚合物的玻璃化转变温度，无需 添加成膜助剂便可生产零VOC和无味的内墙涂料。

颜/填料?？榈纳杓圃蚴且哂凶畲蟮难樟闲屎驼诟橇?、 良好的耐擦洗性和抗龟裂性等。简言之，要根据颜填料的纯度、形态、粒径分布和力学性能选择适当的颜填料，满足相应的DIN EN 13300标准要求。选择了固体颜填料的表面改性剂以及分散和 稳定的助剂，使其与基料模块实现最大程度的相容。优化了助剂 用量，使其与基料?？橹械闹料嗥ヅ?，使得聚合物性能达到最 佳。表1显示3种内墙涂料（基本级、标准级和高级）的参考配方 及结果。

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针对外墙涂料的特定要求，开发了采用纯丙烯酸聚合物的基 料模块。该聚合物的各种功能与?？橹械钠渌榉值幕Ш臀锢?性能相匹配，以实现良好的耐沾污性、耐久性、耐UV性、透湿率 和吸水性等。

针对外墙涂料，开发了两种不同的颜填料?？椋ㄕ诟橇退?蒸气渗透性不同）。仅需简单地更改?？榈幕旌媳壤涂缮?不同质量的涂料。任何?？槎伎捎牒縏iO2的?？橄嘧楹希涂苫?得更好的遮盖力；另外，还可改变固体?？橛牖夏？橹涞谋?例，可获得更好的耐擦洗性和涂料的机械性能。

表2显示两种不同的外墙涂料（标准级和高级）的参考配方及 最终性能。图3显示了模块化系统与类似涂料配方在约5年后的户 外耐候性比较情况（根据DIN EN ISO 2810在Krefeld进行测试）。

总结

采用一系列配套性良好的原材料?？?，仅需按照不同的混合 比例将几种原材料模块混合，可生产不同性能等级的建筑涂料。 但是，模块法也给通过选择相应的助剂组合或其他原料，单独设 计涂料配方留出了空间，以便获得更低的光泽，具有良好的疏水 性、流变性、着色性或其他性能。

致谢

感谢Simon Jonas和Gregor Apitz （Alberdingk & Boley公司）、 Rüdiger Schmidt （Alpha Calcit公司）、Frank Kother （Hemmelrath Technologies公 司）以及Carsten Nagel （BYK公司）的支持与合作。

参考文献

[1] Breucker M.. Process optimization and simulation in the coatings industry, proceedings of the ETCC 2014 (Cologne).

[2] Breucker M.. Spiel mit offenen Karten, Farbe und Lack, 06/2014, pp 50ff.

[3] Fiand U., Heinekamp C., Hemmelrath M., Manke P., Münchow D., Wiegmann T., Zakrzewski U.. Fertigungskosten und –zeiten erheblich senken, Farbe und Lack, 118, 08/2012, pp 10-11.

[4] Hohmann R., Seeger H., Klapper S.. Die modulare Lackfabrik im Kleinformat, Farbe und Lack, 117. 12/2011, pp 14-17.

[5] Hohmann R.. "The Mini-MoFa Facility" – The world's most compact paint factory on 30 m2, Proceedings of the European Coatings Congress, Nuremberg, Germany, 2013.

[6] Münchow D.. Powermediate = Powdermediate, Proceedings of the Workshop Modular Technology - Pigment Paste Production in Theory and Practice 2014, pp 35ff

结果一览

 开发了一种涂料生产系统，该系统是由一系列高性能的半成 品原材料模块组成，将这些?？樽楹掀鹄?，就可生产出具有所 需性能的涂料。

 这种?？榛牧侠砟罹哂邢铝泻么Γ盒嗳菪?、最佳化 的整体性能、质量更稳定、生产速度更快以及生产环境更健康。

 分散、物流和质量控制成本也得到了降低。

 改变原材料?？榈幕旌媳染湍芄痪嫉氐鹘谧钪盏耐苛闲阅?。  这种集成?？榭捎糜谏哂兴栊阅艿母髦帜谕馇酵苛?。