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关于B1B2免中涂工艺水性高温原厂涂料的研究

发布者:广东省涂料行业协会   发布时间:2020-5-29 10:49:39

      随着我国国民经济的快速发展,汽车工业发展迅猛,2015年我国汽车总产量超过2450万辆,创历史新高,连续七年蝉联全球第一。汽车工业的发展直接拉动了汽车涂料的市场需求,汽车涂料是目前发展最快的涂料,其用量仅次于建筑涂料,位居第二。汽车涂料包括原厂漆、辅助涂料和汽车修补漆。汽车涂料也是性能要求最高的涂料品种,因此,汽车涂料往往代表了当代涂料工业发展的最高水平。传统的汽车涂料以溶剂型涂料为主,VOC排放量在120g/m3以上,其中,由于金属闪光漆固含量低,其VOC排放量占涂料总量的66%,达到了230g/m3以上,这不仅浪费资源且污染环境,同时存在火灾安全隐患。2010年6月1日湿湿的GB24409-2009《汽车涂料中有害物质限量》加速了汽车涂料的水性化的进程。水性涂料因其VOC含量低其节省能源,已成为现代涂料工业发展的主流方向。

近两年以来,国家环保部门及各地政府多次出台了关于环保的相关法律法规严厉要求禁止使用油性漆,提倡水性漆。而整车涂装厂也面临着油转水的困境,特别是目前国内新建的汽车涂装厂都必需要求是水性涂料涂装线,因此国内的汽车水性涂装线已占比40%,预计很快就会超越油性涂装线,成为汽车原厂的主要涂装工艺。而国内水性汽车涂料企业无乱在涂料开发及涂装方面的技术与国外涂料厂如巴斯夫、PPG、杜邦、立邦、湖南关西等仍有一定的差距,目前绝大部分水性原厂高温涂料都被外资企业所垄断。


     汽车原厂涂料由最开始的油性3C2B工艺→油性3C1B工艺→水性3C2B(水性中涂+水性底色漆) →B1B2免中涂工艺演变,汽车原厂涂料在中国得到了飞速的发展,本文主要针对B1B2免中涂工艺涂料进行深入的研究分析,并提出科学的有效解决方法及方案。


1 试验部分

1.1主要原料

     水性丙烯酸树脂A(科思创);水性丙烯酸树脂B(DIC);聚氨酯分散体(科思创);水性聚酯A(产协);水性聚酯B(DIC);中和剂(海明斯);增稠剂A(陶氏);增稠剂B(海明斯);增稠剂C(巴斯夫);助溶剂A,助溶剂B,助溶剂C;氨基A(巴斯夫);氨基B(英力士);氨基C(湛新);白浆(自备);基材润湿剂(BYK)等。


1.2主要试验仪器

     搅拌砂磨分散机,烘箱,漆膜划格器,BYK光泽仪,BYK桔皮仪,博勒飞数显粘度计,梅特勒精密电子称,SATA jet 5000HVLP喷枪等。


1.3主体框架的搭建

     由于是全新的水性项目,虽然我们公司在水性汽车修补漆已有成熟的产品及技术储备,但对于B1B2免中涂工艺水性高温原厂涂料仍比较陌生,因此需要把主体框架先构造搭建。首先筛选主体树脂,配制水性高温白色漆,配方如表1


表1  主体树脂的筛选


     工艺要求:按以上各配方,在搅拌的情况下依次加入树脂、白浆、胺中和剂、基材润湿剂、助溶剂、增稠剂、氨基树脂,最后用水来调整粘度。


1.3.1 B1B2免中涂施工工艺

     B1B2免中涂施工参数:喷涂粘度控制在30~50s,膜厚控制在BC1膜厚15~25μm,BC2膜厚8~20μm,喷涂室温度控制在23±2℃,相对湿度控制在50%~80%,BC1与BC2之间闪干3min,进行湿碰湿喷涂,BC2喷涂后闪干5min,进入80℃*5min进行预烘,随即喷涂高温清漆,烘烤条件:140℃*25min,膜厚35-40μm。


1.3.2 外观测试

表2 外观测试结果


     从表2中数据得知,CF值越高,总体外观最好,配方③最优,DOI值越高,丰满度最好,配方③最优,因此聚氨酯体系在湿碰湿工艺较合适,而配方④、配方⑤都出现严重咬底现象,说明聚酯体系在湿碰湿工艺上的效果较差,配方①、配方②外观效果适中,调整配方后也可用于湿碰湿工艺。从干燥性来看,快干的配方,在最后清漆外观上会出现针孔现象,而慢干的配方却不穿在该现象,说明干燥太快会导致B1B2层的水分无法在预烘下完全跑掉,因此需要快干及慢干树脂搭配使用。颗粒问题仍需继续查找原因。


1.4氨基树脂的筛选

1.4.1氨基树脂的对比

     由于在耐冲击方面及小颗粒上仍存在问题,因此先考虑从氨基树脂上进行筛选对比,配方如表3


表3 氨基树脂对比


     配漆工艺:按以上各配方,在搅拌的情况下依次加入树脂、白浆、胺中和剂、基材润湿剂、助溶剂、增稠剂、氨基树脂,最后用水来调整粘度。


1.4.2外观性能检测

表4  氨基对比外观性能检测


     从表4中数据可以看出,混拼树脂后,外观效果有改善,冲击,附着力都能

达到性能要求,而从漆膜外观及毛病来看,配方⑦较配方⑥、⑧都有较大的改善,但仍未达到最佳理想效果,通过观察发现,在B1B2预烘后底色漆已经出现了轻微收缩及小颗粒情况,因此问题的根源在于底色漆表干太快,在预烘后出现了收缩及痱子现象,下步计划从助溶剂方面调整,氨基树脂选定氨基树脂B。


1.5助溶剂的调整

1.5.1助溶剂的调整

     挑选了三个不同沸点的助溶剂,助溶剂A的沸点在80℃-100℃,助溶剂B

的沸点在110℃-130℃,助溶剂C沸点在170℃-190℃,测试助溶剂对B1B2的影响,配方如表5所示


表5  助溶剂的配方调整


     配漆工艺:按以上各配方,在搅拌的情况下依次加入树脂、白浆、胺中和剂、

     基材润湿剂、助溶剂、增稠剂、氨基树脂,最后用水来调整粘度。


1.5.2外观性能检测

表6 助溶剂对比外观性能检测


     从表6数据可以得出,通过调整助溶剂的挥发速度,助溶剂沸点在110℃-130℃可改善B1B2工艺的痱子问题(如配方⑩),当助溶剂挥发速度在170℃-190℃时,由于预烘条件只有80℃*5min,时间及温度上不足以使B1B2水分及助溶剂的挥发,所以导致了光泽度下降,因此助溶剂的挥发速度应控制在与预烘温度相近的范围内。


2 结果与讨论

     1)从主体树脂来说,聚氨酯的性能明显优于丙烯酸及聚酯体系,但单组份的聚氨酯由于其自干性,需搭配丙烯酸体系来调整整体树脂的性能。


     2)在氨基树脂的选择上,有甲醚化,六甲醚化,高亚氨基等树脂类型,相对来说高甲醚化的相容性较好,不会出现缩孔等问题,但氨基在预烘下与主体树脂及溶剂的挥发有一定的影响,需综合平衡挑选合适的氨基树脂。


     3)在助溶剂的选择上,挥发过快的溶剂反而会影响漆膜的外观,导致漆膜由于表干过快而阻挡体系内溶剂及水分的挥发而导致小痱子颗粒的出现,调整合适的溶剂比例及种类是解决漆膜颗粒的关键因素。


3 结语

      采用聚氨酯及丙烯酸体系开发的免中涂B1B2工艺水性高温原厂漆,可达到油性3C2B的外观效果,其光泽、丰满度、桔皮、耐冲击、附着力、外观等均已满足客户的使用要求,并满足客户的施工工艺要求,达到上线喷涂的使用要求。


本文来源:《第17届环保车用涂料与涂装年会》论文集

本文作者:李柏文(雅图高新材料有限公司)


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