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工程車用水性環保涂料配套體系的研究與應用
2019年11月13日    閱讀量:10268    新聞來源:水漆助手  |  投稿

引言

隨著工業污染和環境破壞的日益嚴重,我國對減少和控制涂料中的VOC 等有機物排放日益重視。目前,已有多省頒布VOC 消費稅法規,旨在快速推動環保型涂料的發展。水性涂料因其低毒、環保和安全等優異性能已成為國內、外涂料研究的熱點涂料在線coatingol.com。國內水性涂料的使用主要集中在建筑和木器行業,而汽車涂料用量很少,且大部分依賴于進口涂料品牌,這主要還是歸咎于在技術上與國外相比存在較大差距,國內水性涂料的發展十分緩慢。汽車涂料作為性能要求最高的涂料品種,其涂裝工藝也要求極高,汽車涂料與涂裝技術代表了當代涂料工業發展的最高水平。


基于研發水性環保涂料替代傳統溶劑型涂料的市場需要,依據水性汽車涂料唯一行業標準HG/T 4570—2013 《汽車用水性涂料》要求,本研究開發了工程車用水性環保涂料配套體系,包括水性環氧底漆、水性聚氨酯中涂漆和水性聚氨酯面漆,各項性能指標均滿足標準的技術指標要求,完全可以替代傳統溶劑型配套體系,具備巨大的市場潛力。


1、工程車用水性環氧底漆的制備

可應用于底漆的水性涂料樹脂眾多,但由于水性環氧樹脂分子結構中含有環氧基、羥基和醚鍵等特征基團,對底漆的最終性能起著重要的作用,故多做為首選。水性環氧底漆對多種底材(碳鋼、不銹鋼、鋁合金等)具有極佳的附著力,良好的耐水和耐酸、堿性,漆膜收縮小、硬度高、電氣絕緣性優良,這是其他樹脂涂料不可比擬的優點。


水性環氧乳液是采用內乳化技術對環氧樹脂進行微粒化,并均勻分散在水中的分散體,具有適用期長、干燥快,能夠滿足工程車用水性環氧底原材料水性環氧漆施工特點。H01 為多胺-環氧加成物,相比于市場上常用的二聚酸與多元胺縮合而成的聚酰胺固化劑,具有干燥快、硬度高、耐溶劑性好等特點,適合于工程車用底漆快干、耐溶劑好的性能要求。


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顏料體積濃度(PVC)對水性環氧底漆性能的影響


顏料體積濃度(PVC)影響水性環氧底漆漆膜的附著力、柔韌性和防腐性能等,合適的PVC 是制備高質量涂料的關鍵。

PVC 太低,顏料粒子不能緊密堆積,成膜物占據過量體積;PVC 太高,成膜物不能有效包覆顏料粒子,漆膜的致密性不高從而影響耐腐蝕性。當PVC 為30%時,實驗所制備的水性環氧底漆各項性能最佳,具有優異的機械性能和防腐性能。


2、工程車用水性聚氨酯中涂漆的制備

工程車用中涂漆是用于工程車輛底漆和面漆之間的涂料。其主要作用是通過填補、修正已經涂裝底漆的工件表面從而提高其平整度,大幅提高面漆的光澤度、豐滿度和鮮映性。


一般對中涂漆的性能要求有:

(1)與底漆、面漆具有良好的配套性,涂層內的結合力強,硬度適中;

(2)填平性好,能夠填補、消除底漆層的表面缺陷;

(3)打磨性好,打磨時不粘砂紙、干性好,打磨后漆膜平整、光滑;

(4)抗石擊性好,漆膜具有優良的彈性,能夠吸收一定的沖擊能量。


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目前,汽車涂裝線上所用中涂漆較多采用氨基-聚酯體系、部分采用氨基-丙烯酸體系,均為130~150 ℃高溫固化體系。然而,工程車多為大型車輛、體積較大,且采用整車噴涂方式,現有工程車制造廠家的烘烤條件只能滿足80 ℃,因此,柔韌性好的水性雙組份聚氨酯是工程車用中涂漆的理想成膜基料。為保證水性雙組份聚氨酯中涂漆膜的平整性和涂層技術工程車用水性雙組份聚氨酯中涂漆配方美觀性,應當對噴涂車間的溫度和相對濕度嚴格控制,通過溫度和相對濕度調節裝置控制噴涂室溫度在(23±2)℃、相對濕度(60±5)%為適宜。整車噴涂完畢后進入閃干區待水分緩慢揮發即可進入烘房在80 ℃烘烤0.5 h。


3、工程車用水性聚氨酯面漆的制備

面漆作為工程車用配套復合涂層的最外層,主要起到保護和裝飾性作用,決定了涂層的耐候性和外觀。

車用面漆需要具備如下特性:

(1)與中涂漆的配套性好,附著力好、光澤高、豐滿度高、鮮映性高、耐候性好;

(2)硬度高,抗劃傷和抗石擊性好;

(3)耐水、耐油、耐化學品和耐鹽霧性能優異;

(4)耐酸雨、耐濕熱變化和耐溫度變化性能好。


因此,選擇水性羥基丙烯酸分散體作為主體樹脂,搭配異氰酸酯固化劑的水性雙組份聚氨酯涂料不僅符合車用涂料的環保要求,也具有良好的附著力、抗石擊性、耐腐蝕性和耐候性等一系列優良性能。水性雙組份聚氨酯涂料的性能主要由水性羥基丙烯酸樹脂的組成和結構決定,其分子鏈段上-OH 基團含量的多少影響反應交聯密度,從而直接影響漆膜的附著力、硬度和耐化學性能。-OH 含量越高,與-NCO基團的反應速率越快,漆膜干燥越快,同時提高了反應交聯密度,使得水性雙組份聚氨酯漆膜的硬度高、光澤高、耐化學品性好;但是,-OH 含量過高會增加異氰酸酯用量,提高用漆成本。另一個影響水性羥基丙烯酸樹脂性能的重要參數是固含量,固含量越低,則水含量越高,漆膜干燥就越慢;反之,固含量過高,樹脂粒子間距小,對增稠不敏感,從而影響噴涂施工的性能調節。由于工程車用涂料的高裝飾性、高耐候性等特殊要求,因此水性羥基丙烯酸分散體的固化劑只能選用耐候性特別突出,能長期經受日曬夜露、雨打風吹條件下都不泛黃的脂肪族或脂環族異氰酸酯類固化劑。目前常用的主要有HDI 縮二脲、HDI 三聚體和IPDI三聚體等。但IPDI 三聚體價格偏高,而HDI 三聚體相比HDI 縮二脲,不僅具有干燥快、硬度高的優點,同時因其自聚形成穩定的六元環結構,能進一步改善漆膜耐候性。


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工程車用面漆涂層的外觀要求較高,需要解決好流掛與流平之間的問題,流平助劑能夠降低涂料表面張力,增加涂料系統在低剪切應力下的流動性,從而使得漆膜達到光滑、無縮孔和橘紋等表面缺陷的效果。工程車用面漆涂層的高裝飾性要求涂料具有分散均勻、穩定性好,漆膜色彩鮮艷明亮,需要選擇分散效率高的分散劑提高貯存穩定性,防止浮色、發花等問題。水性雙組份聚氨酯涂料干性較慢,可以添加合適的催化劑加速異氰酸酯與活性氫化合物的反應,從而縮短干燥時間,但需要注意催化劑對水性雙組份聚氨酯適用期的影響,需要在干性和適應期之間做好權衡。


結語

(1)選用適用期長、干燥快的內乳化水性環氧分散體和水性環氧多元胺固化劑,制備附著力所示工程車用水性環保涂料配套體系涂裝工藝要求,采用空氣噴涂施工方法,對噴砂除銹處理后的鋼板分別噴涂水性環氧底漆/水性聚氨酯中涂漆/水性聚氨酯面漆,制作工程車用水性環保涂料配套復合涂層樣板,優異、適合于工程車用快干、耐溶劑好的水性雙組份環氧底漆。當PVC 為30%時,所制備的水性環氧底漆各項性能最佳,具有優異的機械性能和防腐性能;


(2)水性雙組份聚氨酯涂料具有柔韌性好、硬度適中和磨性好等特點,選用水性羥基丙烯酸分散體設計配方制備工程車用水性雙組份聚氨酯中涂漆,各性能指標均滿足標準要求;


(3)選用水性羥基丙烯酸分散體和耐黃變性好的HDI 型異氰酸酯固化劑,制備高硬度、高光澤、高豐滿度和耐候性突出的工程車用水性雙組份聚氨酯面漆;


 (4)研制的工程車用水性雙組份環氧底漆/水性雙組份聚氨酯中涂漆/水性雙組份聚氨酯面漆配套性良好,各項性能指標均滿足HG/T 4570—2013《汽車用水性涂料》標準要求。

標簽:工業涂料工程建筑涂料涂裝應用技術中心汽車漆
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