宋昆侖袁木閆磊（北京高盟新材料股份有限公司北京房山102402）
摘要：隨著近年來(lái)國(guó)家環(huán)保力度的逐漸加碼，車(chē)輛行業(yè)所使用的溶劑型丙烯酸聚氨酯涂料受到了前所未有的沖擊，隨之水性丙烯酸聚氨酯涂料開(kāi)始逐漸替代傳統(tǒng)產(chǎn)品，在裝飾性、機(jī)械性能以及防腐性能等方面，水性的產(chǎn)品都能夠與溶劑型產(chǎn)品相媲美，但是由于施工和環(huán)境的限制，水性產(chǎn)品還是存在著一些令人頭痛的問(wèn)題，比如使用時(shí)的活化期短，漆膜易起泡等問(wèn)題，這些都限制了水性聚氨酯涂料在車(chē)輛涂裝領(lǐng)域的應(yīng)用，本實(shí)驗(yàn)通過(guò)配方設(shè)計(jì)及工藝改進(jìn)對(duì)這兩個(gè)問(wèn)題進(jìn)行了初步研究。
關(guān)鍵詞： 水性 聚氨酯 活化期 消泡
近年來(lái)，隨著我國(guó)對(duì)于環(huán)保的重視程度，環(huán)境保護(hù)監(jiān)管及處罰力度在不斷增強(qiáng)，終端市場(chǎng)的需求也將“綠色健康”放在愈發(fā)重要的地位。中國(guó)“十三五”規(guī)劃中提到到2020年性?xún)r(jià)比優(yōu)良、環(huán)境友好的涂料品種占涂料總產(chǎn)量的57%，這種明確時(shí)間、數(shù)量的國(guó)家政策是首例，為水性涂料的研發(fā)和應(yīng)用帶來(lái)巨大的機(jī)遇和挑戰(zhàn)。
水性涂料在市場(chǎng)上產(chǎn)品類(lèi)型有水溶性涂料、水稀釋性涂料、水分散性涂料3種，其中水稀釋性涂料成膜物質(zhì)是溶劑型樹(shù)脂添加乳化劑在一定剪切力條件下成為后乳化乳液，所以這種涂料在一定意義上被認(rèn)為是“假水性”。2018年環(huán)保部改革，生態(tài)環(huán)境部成立，查環(huán)保更是細(xì)分化，之前督查以大氣為主，現(xiàn)在對(duì)土壤與水進(jìn)行重點(diǎn)督查，這大大提高了水性涂料配方和使用的規(guī)范，減少了一些企業(yè)在配方設(shè)計(jì)上“鉆空子”的行為。
在車(chē)輛涂裝行業(yè)，雙組分聚氨酯涂料由于極佳的裝飾性和優(yōu)異的機(jī)械性能，已經(jīng)得到了廣泛的應(yīng)用。目前，傳統(tǒng)的涂裝仍然在使用溶劑型的丙烯酸聚氨酯涂料，盡管具有這些優(yōu)異的性能，但是過(guò)高的VOCS使得這類(lèi)產(chǎn)品已經(jīng)不再適應(yīng)行業(yè)的發(fā)展，盡管現(xiàn)在也出現(xiàn)的一些高固含的產(chǎn)品出現(xiàn)，但是仍然沒(méi)有從根本上解決VOCS高的問(wèn)題，特別是在國(guó)家環(huán)保力度逐漸加碼的大環(huán)境下，尋找可行的替代產(chǎn)品已經(jīng)迫在眉睫。
水性雙組分聚氨酯面漆以水作為分散介質(zhì)，不僅具安全不燃、不污染環(huán)境等優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)在力學(xué)性能、耐化學(xué)性能方面與溶劑型雙組分聚氨酯涂料相媲美，部分性能甚至優(yōu)于溶劑型雙組分聚氨酯涂料[1]。目前在車(chē)輛涂裝行業(yè)已經(jīng)得到了部分應(yīng)用，并且也得到了很好的效果。但是水性雙組分聚氨酯漆在配方設(shè)計(jì)和漆膜干燥過(guò)程還有諸多問(wèn)題存在[2]，解決這些水性雙組分聚氨酯涂料的弊病將會(huì)極大推動(dòng)水性雙組分聚氨酯涂料廣泛應(yīng)用。本文就水性雙組分聚氨酯涂料的活化期、起泡這兩個(gè)難點(diǎn)進(jìn)行淺顯的討論。
1、試驗(yàn)記錄
1．1配方設(shè)計(jì)
2、問(wèn)題探究
2．1活化期
溶劑型雙組分聚氨酯涂料的活化期是兩組分混合后至開(kāi)始膠化現(xiàn)象的時(shí)間，其中重要的判斷依據(jù)是粘度變化[3]，但是我們做了一個(gè)小實(shí)驗(yàn)：將一個(gè)水性涂料組分一平均分為兩份A.B，其中A+固化劑混合放置4h（粘度無(wú)變化）和B+固化劑進(jìn)行漆膜性能對(duì)比檢測(cè)，A+固化劑的光澤、附著力、耐化學(xué)性均不同程度下降。所以水性雙組分涂料不能完全根據(jù)粘度變化來(lái)評(píng)價(jià)活化期，它的實(shí)際活化期要比粘度變化時(shí)間短，需要更好判讀依據(jù)來(lái)確定水性雙組分聚氨酯涂料的活化期[4] 。
影響水性聚氨酯涂料的活化期的因素有很多，經(jīng)驗(yàn)表明體系PH值和OH/NCO值這兩項(xiàng)因素影響最為明顯。為此安排了兩組試驗(yàn)：①DMEA調(diào)整體系PH值（6.0-10.0）②調(diào)整OH/NCO值（1.0-1.5）。
圖1.不同PH值條件下的失光率
圖2.不同OH/NCO值條件下的失光率
實(shí)驗(yàn)結(jié)論
①通過(guò)圖表可以發(fā)現(xiàn)，PH值越高，活化期越短，但是考慮PH偏低會(huì)導(dǎo)致體系穩(wěn)定性變差，故推薦體系PH值為6.5-7.0。
②OH/NCO值越大，活化期越短，但是考慮水對(duì)NCO基團(tuán)的消耗，OH/NCO值偏小的時(shí)候漆膜的性能較差[5]，故選擇1.3為最佳值。
2．2起泡
起泡問(wèn)題在目前客戶(hù)反饋中占有很大比例，特別是涂裝過(guò)程中更是“高發(fā)病”，它是涂膜干燥過(guò)程中揮發(fā)物出來(lái)引起有部分凸起或者凸起破掉后留下的縮孔，是在涂膜表面產(chǎn)生的一種缺陷，起泡的產(chǎn)生主要與漆膜釋放性有直接關(guān)系。引起這一問(wèn)題的影響因素有很多[6]，例如溫濕度、膜厚、助劑和慢干溶劑選擇等，本文從配方設(shè)計(jì)到涂裝施工整個(gè)過(guò)程討論如何避免這一問(wèn)題。首先我們得先了解
水性雙組分聚氨酯涂料基本反應(yīng)原理[7]：
由這個(gè)反應(yīng)看出來(lái)主要揮發(fā)物就是里面溶劑（水）和CO2，而解決起泡問(wèn)題就是讓漆膜后流平性能未消失前讓這些揮發(fā)物都跑出來(lái)。所以這里對(duì)于消除起泡的方法提出兩點(diǎn)：①抵制生產(chǎn)氣泡的產(chǎn)生②改善施工氣泡逸出。
2.2.1抵制生產(chǎn)氣泡的產(chǎn)生
水性涂料市場(chǎng)的火熱，使得水性涂料相關(guān)的助劑也越發(fā)齊全，都一大堆推薦水性使用的，但是水性雙組分聚氨酯涂料算是水性涂料里的“嬌”子，在配方設(shè)計(jì)時(shí)要注意很多。通過(guò)一些實(shí)驗(yàn)我們發(fā)現(xiàn)，水性雙組分聚氨酯涂料大多是二級(jí)分散體，自身的穩(wěn)泡性[8]高于乳液，產(chǎn)生的大量微泡使用消泡劑并不能消除。目前我們找到有效的解決方法：
①分散劑選擇非離子的、低泡的；
②消泡劑、潤(rùn)濕劑推薦選擇非硅類(lèi)產(chǎn)品[9]；
③顏填料的選擇不推薦使用片狀結(jié)構(gòu)；
2.2.2改善施工氣泡逸出
改善施工時(shí)起泡就是在漆膜的活化期內(nèi)，讓溶劑能跑出來(lái)，所以這里要分兩個(gè)情況說(shuō)明，一個(gè)是啞光或半光體系；一個(gè)是高光體系。
啞光和半光體系因?yàn)槠崮け砻嬷旅苄詴?huì)極大改善起泡問(wèn)題，溶劑揮發(fā)“通道”很好。
高光體系起泡易生成，平衡干燥時(shí)間和漆膜活化期是重要手段，慢干溶劑添加推薦不同揮發(fā)速率的多種溶劑混合使用，根據(jù)溶解力大小研磨過(guò)程加入；
3、“三分涂料、七分施工”
沒(méi)有良好的施工性，性能再優(yōu)異也不會(huì)被市場(chǎng)接受，當(dāng)然一個(gè)好的施工工藝也是市場(chǎng)應(yīng)用的“推動(dòng)器”。例如集裝箱涂料由溶劑型全部轉(zhuǎn)為水性，其中施工工藝就由之前的三噴一烘變?yōu)槿龂娙妫瑫r(shí)涂裝線(xiàn)考慮了溫濕度、空氣流速等方面的原因也做了較大的改動(dòng)；還有鋼結(jié)構(gòu)涂裝對(duì)除銹等級(jí)也明確提出在Sa2.5以上。
總結(jié)：
隨著水性雙組分聚氨酯涂料分散體、助劑等主要組成產(chǎn)品的研發(fā)不斷進(jìn)步，施工工藝的不斷完善，同時(shí)我們的配方也在不斷地進(jìn)步完善，產(chǎn)品施工窗口會(huì)不斷擴(kuò)大，更好的適應(yīng)現(xiàn)場(chǎng)的應(yīng)用，漆膜的起泡問(wèn)題也能夠得到更好的解決，這是一個(gè)產(chǎn)品鏈上中下游所有參與者共同的努力，相信未來(lái)水性雙組分聚氨酯市場(chǎng)的應(yīng)用會(huì)更加廣泛和成功，與君共勉。
參考文獻(xiàn)：
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[4] 孔霞, 羅春暉,瞿金清. 水性雙組分聚氨酯涂料的活化期研究[J].華南理工大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版),2009(12):89-93+
[5]劉保磊. 雙組分水性聚氨酯涂料的制備及性能研究[J].現(xiàn)代涂料與涂裝,2007(07):25-27.
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