汽车零部件用高温烘烤型水性涂料的制备及施工使用(Ⅰ)

慧聪外表处置网讯：一、前言

汽车涂料往往代表着涂料工业的最高技术程度和开展方向。“十一五”时期，随着我国汽车工业的疾速开展，汽车用涂料市场也步入了疾速开展时期。汽车产销量从2009年的1300多万辆到2013年2200多万辆，仅用了4年工夫。其中乘用车产量从2009年的1000万辆左右，2013年增长到1800万辆左右。“十二五”时期，中国汽车年产量将到达2500万辆，我国汽车保有量将到达1.5亿辆，工业总产值将到达4.5万亿元，汽车工业添加值占GDP比例将到达3%，已成为中国经济的引擎，这为涂料涂装工业带来宏大商机。

溶剂型涂料是传统的汽车涂料，是以无机溶剂为次要分散介质；而水性涂料是以水作为次要分散介质的涂料，水性涂料中挥发性无机化合物排放比溶剂型涂料降低了60%~70%。随着环保呼声越来越高，技术创新成为行业开展的主旋律，清洁消费、节能环保、循环经济、高功用性等工艺或产品将成为行业开展的新的增长点。为了到达环保要求，汽车涂料正在向水性化、高固体份、粉末涂料3种次要方向开展，其中水性化技术是无效的途径之一。乘用车涂料次要种类包括：原厂漆、修补漆、零部件漆和PVC抗石击漆，比例辨别占约50%，20%，15%，15%。车身原厂漆占乘用车涂料最大份额，其次是修补漆，零部件涂料和PVC抗石击涂料相当。

众所周知，从市场角度来看，汽车原厂漆市场目前根本被外资品牌垄断。汽车修补漆范畴，国产品牌也只占市场的局部份额。而关于汽车底盘及零部件用涂料，由于关于涂层的外观及功能要求稍低，国产品牌有很大的市场潜力。实践上，目前很多汽车厂及相关零部件厂商涂装中运用国产的涂料产品。目前市场上的汽车零配件（如传动轴、车桥、水箱、散热片、紧缩机等）涂料多以溶剂型为主，这些涂料由于无机溶剂挥发物总量（VOC）较高，对环境的净化比拟大，回收应用又无限，形成资源糜费，同时对人们的身体安康形成危害，不契合环保的要求。出于环保法规的要求，与原厂漆及修补漆相似，汽车底盘及零部件涂料也逐渐交换为水性涂料。本文重点讨论使用于汽车底盘及零部件的水性涂料。

就涂料的施工性而言，由于许多汽车底盘及零部件涂料或工件较大，或含有塑料件，因而不合适低温烘烤，因而很多工件选择自干涂料或高温（普通低于100℃）烘烤型涂料。目前使用于该范畴的涂料次要有以下2集体系：水性醇酸涂料和水性环氧酯涂料。其中水性醇酸树脂是开展较早、产量最大的分解树脂，它价钱廉价、施工复杂、原料来源丰厚、酸值低、对颜填料等有较好的润湿和分散性，用其制成的漆，漆膜光亮，附着力强，耐久性好，柔韧性、光泽和饱满度都十分优秀，可与多种分解树脂混合运用。但是，遗憾的是，由于水性醇酸树脂分子链上的酯键在弱碱性条件下较易水解，使涂料储存波动性下降，并且涂膜存在易泛黄的缺陷，使水性醇酸涂料的使用遭到一定限制。水性醇酸涂料在功能上也存在涂膜枯燥迟缓，硬度低，耐水性、耐腐蚀性差，户外耐候性不佳等缺陷，这都需求经过改性来改善其功能。与水性醇酸涂料相比，水性环氧酯涂料同时具有了环氧体系与干性油的优秀特性：其中环氧组分具有较高的耐腐蚀性；植物油脂肪酸组分可以停止氧化交联，进一步进步防护功能。因而，水性环氧酯涂料具有更高的硬度和更优的耐水解性，漆膜在成膜进程中干速也更快，并且具有优秀的耐腐蚀功能。

本文中选用一种自乳化型水性环氧酯树脂，参加特定的丙烯酸乳液作为成膜物，配合颜料、填料及适宜的助剂，制备聚丙烯酸改性环氧酯水性涂料，研讨了关键配方参数对涂料功能的影响，将所研制涂料使用于汽车底盘及零部件，研讨了该涂料在涂装使用进程中的施工条件参数。

二、实验局部

2.1实验原料

实验所用原资料列表如下，包括产品牌号，用处及规格。

表1实验用原资料信息

2.2涂料制备

（1）研磨颜料浆

将去离子水参加反响釜中，顺次参加pH调理剂、润湿分散剂、消泡剂、颜料、填料停止研磨，研磨至细度40μm以下，出料，失掉颜料浆；

（2）涂料配制

将水性环氧酯乳液（含催干剂）和丙烯酸乳液按比例参加反响釜中，慢慢参加成膜助剂，再搅拌参加步骤（1）失掉的颜料浆、顺次参加抗闪锈剂、流平剂、基材润湿剂，充沛搅拌，迟缓参加增稠剂，调整粘度，失掉水性丙烯酸改性环氧酯防腐涂料。参考配方见表2所示。 #p#分页标题#e#

表2水性丙烯酸改性环氧酯涂料配方

2.3涂料施工及功能测试

将所制备涂料经过兑水调理到施工粘度，喷涂样板或工件。其中实验室规范样板为冷轧钢板，喷涂行进行打磨处置，无脱脂和磷化进程。实验室样板的烘烤条件为80℃烘烤20min。工件依照涂装线上工艺辨别停止脱脂和磷化处置后，再停止涂装。对所涂装样板和工件停止功能测试，测试采用相应国标办法检测。

三、后果与讨论

3.1树脂选择

水性树脂是成膜的基料，决议了漆膜的次要功能。而高功能的树脂是水性金属防腐漆成功最关键的要素。在水性金属防腐漆的配方中，必需选择有优良附着力和良好阻隔功能的树脂。水性环氧酯树脂由于其优良的机械功能和防锈功能而在金属防护范畴有着普遍的使用。环氧酯树脂由环氧树脂与植物油脂肪酸经过酯化反响而制成，因而，环氧酯同时具有了环氧树脂与干性油的许多优秀特性：其中环氧组分具有较高的耐腐蚀性；植物油脂肪酸组分可以停止氧化交联，进一步进步防护功能。因而，目前主流的水性环氧酯产品是自乳化制备的产品。乙烯基改性法自乳化法次要技术道路是：将环氧酯树脂与预定酸值的丙烯酸酯类混合单体停止自在基共聚，构成共聚产物，将该共聚产物用无机胺中和后停止水浓缩后失掉水性环氧酯乳液。该办法制备的水性环氧酯乳液具有很好的贮存波动性，产品功能易于调理、成膜性好、易于施工，并且由于可以空气交联，因而具有较好的耐水和耐盐雾功能。但是，水性环氧酯在使用中也存在一些缺陷，例如漆膜枯燥速度慢，耐候性较差、耐碱性缺乏等成绩。另一方面，丙烯酸乳液具有枯燥速度快、硬度高、耐碱性优良、耐候性好等优点，这些特性正好补偿了水性环氧酯产品功能的缺乏。

本项目中选用水性环氧酯乳液作为次要成膜物，添加适宜用量的丙烯酸乳液进步涂层的硬度和干性，再参加采用分散剂研磨的颜填料浆，制备高温烘烤型水性涂料。由于涂层功能次要取决于水性环氧酯和丙烯酸乳液两种树脂，本文研讨了不同比例的树脂配比对涂层枯燥速度、硬度、耐碱性、耐水性和耐腐蚀性的影响，实验后果见表3所示。由表3中数据可知，丙烯酸乳液含量小于树脂总量的35wt%时，涂层枯燥速度较慢，涂层的耐碱性不满足要求；当丙烯酸乳液含量太高时，涂层中环氧酯绝对含量降低，涂层交联水平下降，相应涂层的耐水性和耐盐雾功能均下降。综合思索涂层功能和综分解本，选用水性环氧酯/丙烯酸乳液质量比为65/35。

表3不同乳液比例对涂料功能影响

注：a乳液比例=m(水性环氧酯)/m(丙烯酸乳液)；b表干工夫测定依照GB/T1728-79/89，膜厚为25μm,25℃条件下测定。

3.2助剂选择

3.2.1分散剂选择

在色漆消费中，最重要的步骤之一是固体颜料在液相基料溶液中的平均散布。分散进程中需求研磨颜料附聚体，从而最大地展示出颜料的颜色功能，满足光学方面的要求，例如色点、色强度、色度和通明度。润湿分散剂润湿颜料外表，防止分散后的颜料颗粒再次附聚。倘若颜料研磨步骤不是最佳，那么许多缺陷就会发作，例如絮凝、光泽降低、颜色偏移、浮色/发花、贝纳德漩涡以及沉淀等。

经过研磨进程，聚合物型润湿分散剂经过官能团的吸引作用而锚定于颜料外表。由于它们的空间位阻和静电排挤作用，坚持适宜的颜料间的间隔，这样增加了不受控制的絮凝的倾向，从而保证涂料外部取得足够的波动性。

本项目中选用嵌段型丙烯酸聚合物作为分散剂，采用NUOSPERSEFX-600和DISPERBYK-190复配运用，制备失掉水性涂料。涂料细度满足要求，并且涂料可波动贮存6个月以上，50℃烘箱内贮存1个月无硬沉底。实验后果标明，选用该类复合分散剂，可将颜填料研磨至规则细度，制备的涂料贮存波动性优良。

3.2.2流平剂选择

涂料施工后，有一个活动及枯燥成膜进程，然后逐渐构成一个平整、润滑、平均的涂膜。涂膜能否到达平整润滑的特性，称为流平性。流平不良表现为：刷痕、滚痕、桔皮、缩孔、流挂和针孔等，这些景象的发生降低了涂料的装饰和维护功用。改善涂料的流平性需求思索参加适宜的流平剂，通常需求参加流平剂，可以做到明显降低涂料的外表张力，进步涂料的底材润湿才能和漆膜的活动性、消弭Benard旋涡从而避免发花。 #p#分页标题#e#

本项目中辨别选用出口流平剂BYK348和国产流平剂，并与不加流平剂的涂料停止比照，表4可知，参加流平剂后，涂料中发花景象分明改善，国产和出口流平剂流平性均较好，同时，涂层的硬度、耐水性和耐腐蚀性均较优。因而，选用国产流平剂B作为流平剂。

表4不同流平剂流平效果及其对涂膜功能影响

图1不同流平剂流平效果

图1不同流平剂流平效果：1#空白样品；2#出口流平剂BYK348；3#国产流平剂B

3.2.3增稠剂选择

水性涂料中含有少量的颜填料，这些颜填料在分散剂的作用下可以波动在涂料体系中。但是，在重力作用下，颜料、填料和其他固体物质会有下沉到容器的底部的趋向。思索到涂料的波动性和贮存周期，降低涂料的沉降速率至关重要。颜料沉降是一个低剪切速率的景象：所触及的剪切速率小于10-2s-1，所以涂料在这种低剪切速率下的粘度对避免颜料的沉淀至关重要。普通状况下，经过选择增稠剂调上下剪切下的粘度，到达增稠效果，从而延缓颜填料的沉降。另一方面，在施工形态下，特别关于喷涂施工进程，希望涂料的粘度降低，这有利于施工和流平。综合两方面要求，需求涂料有一定的触变性。可以经过参加特定的增稠剂到达触变效果。

表5不同增稠剂增稠效果

流变助剂从功能上可分为高、中、低三种剪切黏度的类型：低剪切黏度的流发助剂可以提供罐内黏度，避免颜料沉降，并无效的控制漆液在立面作业时发生的流挂；提供中高剪黏度的流发助剂能很好的进步水性涂料的饱满度和流平性，而公用进步高剪切黏度的流发助剂则协助流平、避免飞溅以及进步辊、刷涂施工功能。所以，流发助剂的品种和用量必需依据施工的要求及体系来选定，普通依据施工办法的不同来选定流发助剂类型，往往经过多种剪切黏度的流发助剂来搭配才干到达所需施工效果。

表5列出了不同增稠剂体系对涂料增稠及触变影响。本项目中选用聚氨酯缔合型增稠剂和膨润土组协作为流变助剂。采用CoapurTM830W和膨润土协同运用，可以提供高、中、低的剪切黏度的均衡。所制备涂料既能在低剪切粘度下避免颜料沉降，也能在中高剪切粘度下进步涂料的饱满度和流平性，获得了较好的效果。

3.2.4消泡剂选择

涂料制造进程中，颜料和填料的分散、增稠调漆进程中的搅拌、成品涂料在过滤分装进程中发生振动、涂料在调色进程中与色浆混合搅拌，搅拌引入空气，空气在水性涂料中被外表活性剂包裹波动在涂料中都会发生气泡。存在于漆液中的气泡如不及时消弭，漆膜干后，构成不可承受的瑕疵。表6给出了不同消泡剂的消泡表现，可以看出，无机硅类消泡效果较好，绝对用量少，但容易发生缩孔；矿物油类消泡剂消泡效果稍差，所以添加量需求添加。综合思索，消泡效果、涂膜缩孔以及添加量，本项目选择BYK025作为消泡剂。

表6消泡剂品种及功能对照表

3.2.5防闪锈剂

水性工业漆次要是我国这片创新热土正在发生一场全面而深刻的产业结构变革。用水来做浓缩剂，是区别于油性工业漆的一种新型环保防锈防腐涂料。由于自干型/高温烘烤型涂料枯燥工夫较长，水和含铁基材接触很容易呈现锈点，普通我们称为“闪锈”。闪锈是由于涂料中的水分与铁外表（如钉头、钢等）的接触发生的。当涂料在普通环境（如湿润气候环境）施工时，呈现这种闪蚀的能够性更大。为理解决闪锈成绩需求在配方中添加抗闪锈助剂。

目前市场上抗闪锈剂次要使用两类产品。一类是价钱昂贵的亚硝酸盐，众所周知，亚硝酸盐有猛烈的生物毒性，过量运用和排放会惹起环境生物的急性中毒，而且由于其良好的水溶性，对漆膜耐水性和临时防腐功能也有不利影响。另外一类是无机金属盐和改性锌螯合物或许为二者的复配物，由于这类产品目前在国际没有人消费，产品都是依托出口，本钱较高，制约了这类产品大范围使用。 #p#分页标题#e#

表7中列出了不同类型抗闪锈剂的效果。本项目中选用一种含有多种缓蚀剂成份的无机螯合物ZT-709，该防闪锈剂能无效抑制水性涂料涂刷在铁质底材上后的枯燥进程中呈现的闪锈景象。该产品不会对漆膜发生任何不利的影响，而且在枯燥进程中由于绝大局部转变成了不溶于水的络合物，相当于使被涂装的金属外表发生钝化膜，从而进步涂层的耐腐蚀功能，构成的络合物在防闪锈的同时可以无效进步涂料干膜的防锈功能和耐盐雾功能。

表7防闪锈剂品种及功能对照表