水性金属构件专用涂料的研制及其施工工艺

　　王瑞宏，郭晓峰，刘国旭
　　
　　(河北晨阳工贸集团有限公司，河北保定072550)
　　
　　摘要:通过选用水性丙烯酸树脂与水性环氧树脂复配，研制了一种水性金属构件专用涂料。采用浸涂或喷淋的方式施工，涂膜均匀，表面平整光滑、硬度好、附着力强、防腐性好、关节活动性好、无漏涂现象，膜厚5～15μm的涂膜耐盐雾性可达48h。
　　
　　关键词:水性涂料;金属构件;水性丙烯酸树脂;水性环氧树脂;施工工艺
　　
　　0前言
　　
　　目前国内生产的金属构件所用的涂料大多为溶剂型涂料，但在国外已基本不再使用。并且用于出口欧美等国家的金属构件大部分采用水性涂料，而水性涂料一直被国外技术所垄断，其涂装方式以浸涂为主，符合环保要求，但是在使用中存在诸多问题，如耐盐雾性较差，涂膜厚5～10μm的耐盐雾性只有8h，浸涂工件棱角不挂漆，不适于进行喷淋涂装，价格较高等。为了解决以上问题，河北晨阳研制成功了水性金属构件专用涂料[1]，不仅符合国际最新的环保法规的要求，并且该产品通过了欧洲环保标准SGS认证，完全适合于国内出口金属构件的使用。
　　
　　1试验部分
　　
　　1.1试验用原材料
　　
　　去离子水，自制;丙二醇，国产;分散剂，DOW;消泡剂、润湿剂，BYK;炭黑，三菱;铁黑，拜耳;水性改性丙烯酸树脂，DOW;水性环氧树脂，上海绿嘉;成膜助剂，国产;增稠剂，宁柏迪。
　　
　　1.2水性金属构件专用涂料的制备

　　表1为水性金属构件专用涂料基本配方。

　　注:高速分散阶段，研磨细度≤20μm
　　
　　将去离子水、丙二醇按照配方量投入备料罐中，低速搅拌均匀后，依次加入分散剂、消泡剂和润湿剂，混合均匀后，加入炭黑和铁黑，高速分散形成均匀漆浆，无明显干粉料块。将备料罐移至卧式砂磨机处，将罐内漆浆泵入砂磨机内进行研磨，要求环境空气中、地面和操作人员所穿衣物上均无明显粉尘，以免影响研磨细度与效率。另备一只空罐接收研磨后的漆浆。将漆浆研磨至细度≤20μm。将研磨后的漆浆打入调兑罐中，开搅拌，低速混合均匀，依次缓慢加入配方量的水性丙烯酸树脂和水性环氧树脂、成膜助剂，搅拌均匀，然后加入消泡剂，加入适量增稠剂调整至合适黏度。
　　
　　1.3产品主要技术指标(见表2)

　　表2产品主要技术指标

　　2结果与讨论
　　
　　2.1成膜物质的选择
　　
　　水性金属构件专用涂料成膜物质为水性丙烯酸树脂与水性环氧树脂。水性丙烯酸树脂具有优异的保光性、耐溶剂性，涂膜颜色持久耐候、干燥快、硬度好、对颜料的润湿性好。但是，用于浸涂或淋涂时，由于涂膜较薄，使得涂膜的防腐性大大降低。水性改性环氧树脂和它们的衍生物通常在钢材上具有优异的附着力，其制作的水性金属涂料涂膜的耐水性、耐腐蚀性更强，同时也增强了与底材的附着力，提高了涂膜的硬度。采用水性改性丙烯酸树脂与水性环氧树脂复配，实现了两种树脂的优势互补，两种复配的树脂液稳定性好，不燃、不爆、无公害、低温储存不变质。
　　
　　2.2消泡剂的选择
　　
　　水性涂料配方中乳化剂、润湿分散剂、流平剂和增稠剂等助剂的存在，不仅产生大量泡沫，而且还能稳定泡沫。泡沫的存在使生产操作困难，泡沫中的空气不仅会阻碍颜料或填料的分散，也使设备的利用率不足而影响产量;装罐时因有泡沫存在，需多次灌装;施工中给涂膜留下的气泡造成表面缺陷，既有损外观，又影响涂膜的防腐性和耐候性。常用的消泡剂一般可分为有机消泡剂、聚醚型消泡剂和有机硅消泡剂[2]。其中有机硅消泡剂主要包括乳液型聚硅氧烷消泡剂和聚醚改性有机硅消泡剂两种。经过大量的试验，选用乳液型聚硅氧烷消泡剂，该消泡剂主要成分为聚二甲基硅氧烷和二氧化硅。当二氧化硅粒子和二甲基聚硅氧烷混合使用时，氧化硅粒子被硅油带到泡沫的空气—水界面上并进入气泡液膜，由于其疏水性，与表面活性剂发泡液滴的接触角大于90°，从而迫使液体从固体疏水粒子表面排开，引起泡沫的局部迅速排液而导致破裂。由于这种协调作用，两种组成物产生了良好的消泡效果。在生产过程中将消泡剂分两次添加:在研磨前添加，消除配方本身产生的气泡;在调漆阶段添加，以消除研磨时产生的气泡。
　　
　　2.3关节松紧度问题
　　
　　金属构件浸漆后，关节活动不灵活。经分析，原因是涂膜硬度太高，导致关节太紧。通过调整水性丙烯酸树脂与水性环氧树脂的比例，使得涂膜硬度适中，关节活动变得灵活。
　　
　　3施工工艺
　　
　　3.1工艺流程
　　
　　预脱脂喷淋(2min、50～60℃，脱脂液应按照产品的使用说明配制，其脱脂效果经试验确认后方可使用)→脱脂喷淋(2min、50～60℃，经脱脂处理的工件表面应无明显的油污，确保对浸涂上漆无不良的影响)→喷淋水洗1(1min、20～30℃)→喷淋水洗2(1min、80～90℃，水洗应彻底，表面不允许有明显的油污)→表调喷淋(1min)→磷化喷淋(3min、30～40℃，应按照磷化液的说明进行，磷化层应达到设计的厚度要求，磷化膜应均匀、致密)→喷淋水洗3(1min、20～30℃)→喷淋水洗4(1min、80～90℃)→烘干→浸水性涂料(1.5min，采用升降式浸涂，工件的上升与下降应平稳)→流平(15min)→烘干(120～140℃,15～20min)→降温→下线。一般而言，浸漆时间一般在1.5min，槽液黏度18～25s(涂-4杯，25℃)，烘烤温度120～140℃,15～20min。
　　
　　3.2槽液的配置及维护
　　
　　3.2.1配槽
　　
　　对于10t槽体，初次投槽，需将原漆加入浸涂槽中，并使浸涂槽液面高于溢流槽高度，用蒸馏水作稀释剂，一般加量占漆量的10%～20%，开动搅拌将涂料黏度调至(20±2)s(涂-4杯，25℃)，新配好的槽液要循环搅拌2h以上才能使用。
　　
　　3.2.2涂料调整
　　
　　在连续生产过程中槽液的维护十分重要，它直接影响着浸涂质量和涂膜性能。
　　
　　(1)随着连续生产时间的延长，槽液的pH值可能会有所下降，这样槽液的稳定性就会降低，所以每天浸漆前应检测pH值，若偏低需补加氨水，及时调整槽液的pH值在7.5～8.5。(2)根据投槽后确定的黏度控制，在不影响涂装效果的同时黏度尽量高一些。黏度调整好后要严格控制。(3)工件表面应处理干净，避免粉尘、锈迹、油污带进槽液，影响产品质量。(4)浸涂前，充分循环搅拌，使槽液处于均匀状态，方可进行浸涂。(5)在停用期间要对槽面封严，并定时对槽液进行循环搅拌，防止产生液面结皮，影响整体效果。(6)槽液要有更新循环，每月必须保证2～3t新涂料补充。(7)适宜浸涂的环境为:温度15～30℃，湿度30%～70%，温度过低或过高和湿度过大时将影响涂膜的表面效果与干性。
　　
　　4结论
　　
　　水性金属构件专用涂料施工方便、快捷，涂料稳定性好，采用喷淋或浸涂的生产工艺，涂装效率高，涂装质量稳定。浸涂的涂膜均匀，表面平整光滑，硬度好，附着力强，防腐性好，棱角挂漆性好，无漏涂现象，膜厚5～15μm的涂膜耐盐雾性可达48h。不含邻苯二甲酸酯类、乙二醇醚类、卤代烃、苯、甲苯、二甲苯、乙苯等对人体有害的物质，不含铅、镉、铬、汞等重金属，完全适合于国内出口金属构件的使用。其材料成本低，价格低于同类进口产品，适用范围广。经过3年来在南方市场的应用，水性金属构件专用涂料以其优异的性能、合理的价格已经获得了客户的广泛认可，具有极高的经济价值和社会价值。