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车辆用水性双组分聚氨酯面漆常见问题浅谈

宋昆仑 袁木 闫磊(北京高盟新材料股份有限公司 北京 房山 102402)

摘要:随着近年来国家环保力度的逐渐加码,车辆行业所使用的溶剂型丙烯酸聚氨酯涂料受到了前所未有的冲击,随之水性丙烯酸聚氨酯涂料开始逐渐替代传统产品,在装饰性、机械性能以及防腐性能等方面,水性的产品都能够与溶剂型产品相媲美,但是由于施工和环境的限制,水性产品还是存在着一些令人头痛的问题 ,比如使用时的活化期短,漆膜易起泡等问题,这些都限制了水性聚氨酯涂料在车辆涂装领域的应用,本实验通过配方设计及工艺改进对这两个问题进行了初步研究。

关键词:   水性  聚氨酯  活化期  消泡

近年来,随着我国对于环保的重视程度,环境保护监管及处罚力度在不断增强,终端市场的需求也将“绿色健康”放在愈发重要的地位。中国“十三五”规划中提到到2020年性价比优良、环境友好的涂料品种占涂料总产量的57%,这种明确时间、数量的国家政策是首例,为水性涂料的研发和应用带来巨大的机遇和挑战。

水性涂料在市场上产品类型有水溶性涂料、水稀释性涂料、水分散性涂料3种,其中水稀释性涂料成膜物质是溶剂型树脂添加乳化剂在一定剪切力条件下成为后乳化乳液,所以这种涂料在一定意义上被认为是“假水性”。2018年环保部改革,生态环境部成立,查环保更是细分化,之前督查以大气为主,现在对土壤与水进行重点督查,这大大提高了水性涂料配方和使用的规范,减少了一些企业在配方设计上“钻空子”的行为。

在车辆涂装行业,双组分聚氨酯涂料由于极佳的装饰性和优异的机械性能,已经得到了广泛的应用。目前,传统的涂装仍然在使用溶剂型的丙烯酸聚氨酯涂料,尽管具有这些优异的性能,但是过高的VOCS使得这类产品已经不再适应行业的发展,尽管现在也出现的一些高固含的产品出现,但是仍然没有从根本上解决VOCS高的问题,特别是在国家环保力度逐渐加码的大环境下,寻找可行的替代产品已经迫在眉睫。

水性双组分聚氨酯面漆以水作为分散介质,不仅具安全不燃、不污染环境等优点,同时在力学性能、耐化学性能方面与溶剂型双组分聚氨酯涂料相媲美,部分性能甚至优于溶剂型双组分聚氨酯涂料[1]。目前在车辆涂装行业已经得到了部分应用,并且也得到了很好的效果。但是水性双组分聚氨酯漆在配方设计和漆膜干燥过程还有诸多问题存在[2],解决这些水性双组分聚氨酯涂料的弊病将会极大推动水性双组分聚氨酯涂料广泛应用。本文就水性双组分聚氨酯涂料的活化期、起泡这两个难点进行浅显的讨论。

1、试验记录

1.1配方设计

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2、问题探究

2.1活化期

溶剂型双组分聚氨酯涂料的活化期是两组分混合后至开始胶化现象的时间,其中重要的判断依据是粘度变化[3],但是我们做了一个小实验:将一个水性涂料组分一平均分为两份A.B,其中A+固化剂混合放置4h(粘度无变化)和B+固化剂进行漆膜性能对比检测,A+固化剂的光泽、附着力、耐化学性均不同程度下降。所以水性双组分涂料不能完全根据粘度变化来评价活化期,它的实际活化期要比粘度变化时间短,需要更好判读依据来确定水性双组分聚氨酯涂料的活化期[4]

影响水性聚氨酯涂料的活化期的因素有很多,经验表明体系PH值和OH/NCO值这两项因素影响最为明显。为此安排了两组试验:①DMEA调整体系PH值(6.0-10.0)②调整OH/NCO值(1.0-1.5)。

图1.不同PH值条件下的失光率

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图2.不同OH/NCO值条件下的失光率

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实验结论

①通过图表可以发现,PH值越高,活化期越短,但是考虑PH偏低会导致体系稳定性变差,故推荐体系PH值为6.5-7.0。

②OH/NCO值越大,活化期越短,但是考虑水对NCO基团的消耗,OH/NCO值偏小的时候漆膜的性能较差[5],故选择1.3为最佳值。

2.2起泡

起泡问题在目前客户反馈中占有很大比例,特别是涂装过程中更是“高发病”,它是涂膜干燥过程中挥发物出来引起有部分凸起或者凸起破掉后留下的缩孔,是在涂膜表面产生的一种缺陷,起泡的产生主要与漆膜释放性有直接关系。引起这一问题的影响因素有很多[6],例如温湿度、膜厚、助剂和慢干溶剂选择等,本文从配方设计到涂装施工整个过程讨论如何避免这一问题。首先我们得先了解

水性双组分聚氨酯涂料基本反应原理[7]

3-1.png

由这个反应看出来主要挥发物就是里面溶剂(水)和CO2,而解决起泡问题就是让漆膜后流平性能未消失前让这些挥发物都跑出来。所以这里对于消除起泡的方法提出两点:①抵制生产气泡的产生②改善施工气泡逸出。

2.2.1抵制生产气泡的产生

水性涂料市场的火热,使得水性涂料相关的助剂也越发齐全,都一大堆推荐水性使用的,但是水性双组分聚氨酯涂料算是水性涂料里的“娇”子,在配方设计时要注意很多。通过一些实验我们发现,水性双组分聚氨酯涂料大多是二级分散体,自身的稳泡性[8]高于乳液,产生的大量微泡使用消泡剂并不能消除。目前我们找到有效的解决方法:

①分散剂选择非离子的、低泡的;

②消泡剂、润湿剂推荐选择非硅类产品[9]

③颜填料的选择不推荐使用片状结构;

2.2.2改善施工气泡逸出

改善施工时起泡就是在漆膜的活化期内,让溶剂能跑出来,所以这里要分两个情况说明,一个是哑光或半光体系;一个是高光体系。

哑光和半光体系因为漆膜表面致密性会极大改善起泡问题,溶剂挥发“通道”很好。

高光体系起泡易生成,平衡干燥时间和漆膜活化期是重要手段,慢干溶剂添加推荐不同挥发速率的多种溶剂混合使用,根据溶解力大小研磨过程加入;

3、“三分涂料、七分施工”

没有良好的施工性,性能再优异也不会被市场接受,当然一个好的施工工艺也是市场应用的“推动器”。例如集装箱涂料由溶剂型全部转为水性,其中施工工艺就由之前的三喷一烘变为三喷三烘,同时涂装线考虑了温湿度、空气流速等方面的原因也做了较大的改动;还有钢结构涂装对除锈等级也明确提出在Sa2.5以上。

总结:

随着水性双组分聚氨酯涂料分散体、助剂等主要组成产品的研发不断进步,施工工艺的不断完善,同时我们的配方也在不断地进步完善,产品施工窗口会不断扩大,更好的适应现场的应用,漆膜的起泡问题也能够得到更好的解决,这是一个产品链上中下游所有参与者共同的努力,相信未来水性双组分聚氨酯市场的应用会更加广泛和成功,与君共勉。

参考文献:

[1]闫福安 双组分水性聚氨酯漆的研制 [J]《涂料工业》, 2003 , 33 (5) :37-39

[2]瞿金清, 黎永津, 陈焕钦. 水性双组分聚氨酯涂料的研究进展[J]. 涂料工业,2002(11):36-39+52.

[3] 许乾慰,张鑫,张之涵,沈剑平,徐娜.水性双组分高光聚氨酯涂料适用期测试方法研究[J].涂料工业,2016(10):

[4] 孔霞, 罗春晖, 瞿金清. 水性双组分聚氨酯涂料的活化期研究[J]. 华南理工大学学报(自然科学版),2009(12):89-93+

[5]刘保磊. 双组分水性聚氨酯涂料的制备及性能研究[J]. 现代涂料与涂装,2007(07):25-27.

[6] 秦总根, 涂伟萍. 聚氨酯涂料起泡的原因及其处理[J]. 合成材料老化与应用,2004(02):39-41.

[7] 王武生. 水性双组分聚氨酯涂料理论与实践[J]. 涂料技术与文摘,2008(07):14-23+30.

[8] 章洪良. 泡沫稳定的机理及消泡行为[J]. 金山油化纤,1993(01):26-30.

[9] 曹琼瑶. 泡沫与消泡剂[J]. 化工之友,2006(06):25-26.

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