表面處理網(wǎng)訊摘要結(jié)合水性涂料在城軌車輛上的應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)系統(tǒng)的分析了水性涂料施工過程中表面處理底漆干燥性底漆層與膩?zhàn)訉痈街?span id="dzfbxur" class="myIcon">面漆的調(diào)配和施工環(huán)境等因素的控制對(duì)涂裝質(zhì)量的影響并提出適合于水性涂料的施工工藝和裝備

關(guān)鍵詞水性涂料表面處理干燥附著力施工環(huán)境

0 前言

涂料在制造施工干燥固化和成膜過程中向空氣中散發(fā)的揮發(fā)性有機(jī)化合物VOC接近1000萬t占總排放總量的20%~25%是僅次于汽車尾氣的全球第二大大氣污染源且溶劑排到大氣中后會(huì)造成光化學(xué)污染形成溫室效應(yīng)[1,2]對(duì)人體健康和環(huán)境構(gòu)成了嚴(yán)重的污染和威脅為此世界各國都制定了相應(yīng)的環(huán)保法規(guī)限制涂料中VOC的排放如德國AT-Luft法規(guī)美國的66法規(guī)1994年的歐盟指令以及2008年加拿大的建筑涂料揮發(fā)性有機(jī)化合物VOC濃度限量法規(guī)提案等[3]2001年我國頒布了室內(nèi)裝飾裝修的兩個(gè)強(qiáng)制性標(biāo)準(zhǔn)GB/18581和GB18582是我國涂料工業(yè)第一次出現(xiàn)強(qiáng)制性標(biāo)準(zhǔn)對(duì)其中的VOC苯類重金屬游離甲醛等有毒有害物質(zhì)作出了限值規(guī)定這些法律法規(guī)的頒布促進(jìn)了以水為溶劑涂料的快速發(fā)展

水性涂料以水為稀釋劑不含有苯甲苯二甲苯等機(jī)溶劑和有毒重金屬有著良好的附著力和耐化學(xué)性當(dāng)然水性涂料也有其自身弱點(diǎn)如對(duì)工件表面前處理和施工環(huán)境要求高干燥過程長修補(bǔ)工藝復(fù)雜等所以水性涂料性能的保證必須依靠施工過程的嚴(yán)格控制

1 表面處理

金屬表面涂刷的防護(hù)涂層通常是靠涂料分子與金屬表面極性基團(tuán)之間的范德華力相互吸引以及基料顏料與金屬鐵之間的化學(xué)反應(yīng)使涂層緊密覆達(dá)到保護(hù)金屬的目的[4]因此涂裝前表面處理應(yīng)盡可能除去雜質(zhì)使金屬裸露在表面并達(dá)到一定的粗糙度保證涂層與金屬表面間具備足夠的結(jié)合力以達(dá)到好的防護(hù)效果

金屬表面處理方式主要有噴砂動(dòng)力工具打磨酸洗及磷化處理等水的表面張力為72mN/m遠(yuǎn)大于有機(jī)溶劑的表面張力25mN/m所以水性涂料在金屬基材上更容易形成圓形油滴浸潤性能差目前噴砂被視為最適合鋁合金材料的表面處理方式車體噴砂處理后提高了基材表面粗糙度和表面積隨著粗糙度和表面積的增大涂層與基材表面的基礎(chǔ)面積成倍增加界面間的引力也增大還為涂層附著提供了合適的表面形狀增加了機(jī)械齒合作用有利于提高涂層附著力涂層在固化過程中會(huì)產(chǎn)生較大的內(nèi)應(yīng)力粗糙度的存在可以有效消除涂層中的應(yīng)力集中防止涂層開裂同時(shí)表面粗糙度的存在可以支承一部分涂料的質(zhì)量有利于消除流掛現(xiàn)象對(duì)于垂直涂裝的表面作用尤為明顯但表面如果過于粗糙也會(huì)帶來不利影響與光滑表面相比使用相同的涂料量其涂層厚度降低尤其是在波峰處涂層厚度往往不足造成涂層過早破壞此外粗糙度過大還會(huì)在涂裝時(shí)截留空氣造成涂層起泡脫落實(shí)踐驗(yàn)證證明選用24～40目棕剛玉進(jìn)行噴砂處理粗糙度范圍為6～20μm清潔度達(dá)到Sa2能夠保證水性環(huán)氧底漆與基材間的良好附著力如圖1所示

2 水性環(huán)氧底漆的干燥

水性環(huán)氧涂料的固化交聯(lián)及其成膜過程是一個(gè)擴(kuò)散控制的過程主要包含4個(gè)過程a.環(huán)涂料體系中水的蒸發(fā)b.溶解在水中的活性固化劑粒子的聚結(jié)c.以固化劑為活性中心的擴(kuò)散d.當(dāng)成膜溫度大于聚合物玻璃化轉(zhuǎn)變溫度時(shí)固化劑與環(huán)氧樹脂的交聯(lián)反應(yīng)[5]

從上述成膜過程中可以看出水性涂料固化成膜過程涉及到水分的揮發(fā)與反應(yīng)性基團(tuán)發(fā)生交聯(lián)固化的兩個(gè)基本過程當(dāng)水的揮發(fā)速度快于固化速度時(shí)涂膜中不含水分形成連續(xù)致密的漆膜如果水的揮發(fā)速度小于固化速度殘余的水分和固化劑分子則處在環(huán)氧樹脂分散相粒子的間隙處導(dǎo)致漆膜交聯(lián)密度低底漆作為第一道涂層其性能的好壞將直接影響整個(gè)涂裝體系的質(zhì)量干燥過程中環(huán)境溫度變化呈現(xiàn)如圖2的趨勢能夠保證水性底漆的干燥質(zhì)量交聯(lián)密度對(duì)漆膜的影響將結(jié)合不飽和聚酯膩?zhàn)訉拥奶攸c(diǎn)在后續(xù)內(nèi)容中具體闡述｜

3 水性環(huán)氧底漆層與不飽和聚酯膩?zhàn)訉娱g的附著力

軌道車輛涂裝體系通常包括底漆膩?zhàn)?span id="ay1s4dj" class="myIcon">中涂和面漆四個(gè)涂層在底層漆膜上施涂兩種或不同種涂料時(shí)在涂層施涂或干燥時(shí)底層漆膜發(fā)生軟化隆起等現(xiàn)象稱為咬底咬底會(huì)導(dǎo)致上層漆膜膨脹移位發(fā)皺鼓起甚至使涂層失去附著力出現(xiàn)脫離的現(xiàn)象[6]苯乙烯作為不飽和聚酯膩?zhàn)又兄匾慕宦?lián)劑其含量隨著膩?zhàn)訉雍穸仍黾佣岣?span id="kqec4jo" class="myIcon">當(dāng)水分揮發(fā)不完全水性環(huán)氧底漆漆膜交聯(lián)密度低時(shí)膩?zhàn)又薪宦?lián)反應(yīng)為強(qiáng)放熱性加劇了苯乙烯對(duì)底漆層的溶解性出現(xiàn)咬底現(xiàn)象所以說綜合考慮水性環(huán)氧底漆的干燥條件不飽和聚酯膩?zhàn)訉拥谋揭蚁┖?span id="fub6mjw" class="myIcon">施工厚度等因素才能夠保證水性底漆層與不飽和聚酯膩?zhàn)訉娱g的附著力

4 水性聚氨酯面漆的調(diào)配

水性聚氨酯面漆主要由含羥基的水性樹脂和帶有異氰酸根的固化劑以水為稀釋劑調(diào)配而成成膜機(jī)理是固化劑中的-NCO和主劑樹脂中的-OH發(fā)生化學(xué)交聯(lián)作用生成不溶于水的空間網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)水性聚氨酯面漆調(diào)配過程中如果將固化劑和水同時(shí)加入主劑中固化劑中的-NCO將與水發(fā)生如下所示的劇烈副反應(yīng)

-NCO+H2O→-NH2+CO2

上述反應(yīng)消耗固化劑的部分NCO基團(tuán)降低涂膜的交聯(lián)密度影響涂膜的耐化學(xué)介質(zhì)性能和光澤度所以水性聚氨酯面漆調(diào)配時(shí)必須先將主劑和固化劑調(diào)配以一定的攪拌速度混合10~20min再加入水進(jìn)行粘度調(diào)整同時(shí)攪拌速度太低會(huì)影響異氰酸根在水性聚氨酯樹脂中的分散速度過高有可能導(dǎo)致破乳而影響涂層的性能攪拌速度最易控制在500~1000r/min

5 水性聚氨酯面漆的施工環(huán)境

5.1環(huán)境濕度的影響

在噴漆水性涂料時(shí)水變成水蒸氣體積膨脹1244倍可以使噴漆室中的濕度瞬間升高[7]而如青島廣州等夏季高濕度城市環(huán)境濕度可達(dá)到90%以上高濕度下的水性涂料施工會(huì)影響水的蒸發(fā)引起針孔橘皮等現(xiàn)象

5.2環(huán)境溫度的影響

當(dāng)環(huán)境溫度大于30℃時(shí)水性聚氨酯面漆的表干速度將遠(yuǎn)大于水的揮發(fā)速度未及時(shí)揮發(fā)的水被暫時(shí)封閉于漆膜中導(dǎo)致針孔現(xiàn)象發(fā)生當(dāng)環(huán)境溫度低于15℃時(shí)反應(yīng)溫度小于涂料的玻璃化溫度漆膜出現(xiàn)交聯(lián)不完全或失光等現(xiàn)象

水性聚氨酯面漆的施工環(huán)境可通過專業(yè)的施工設(shè)備滿足采用上送風(fēng)下吸風(fēng)式噴漆室控制有載風(fēng)速0.5~0.7m/s具有夏天降溫除濕冬季升溫增濕的功能保證施工環(huán)境溫度20～25℃濕度35～75%

6 水性涂料的通風(fēng)時(shí)間

根據(jù)熱量比熱計(jì)算公式由于水的比熱c水=4.2KJ/kg℃大于常規(guī)稀料的比熱[c醋酸丁酯2.08KJ/kg℃c二甲苯2.58KJ/kg℃]在質(zhì)量和吸收熱量相同的前提下水的升溫小于常規(guī)稀料也就是說同樣的施工環(huán)境和時(shí)間里水的揮發(fā)量更小所以水性涂料必須嚴(yán)格控制通風(fēng)時(shí)間增加水的揮發(fā)量減少針孔現(xiàn)象的產(chǎn)生水性涂料施工結(jié)束后通風(fēng)時(shí)間由30min常規(guī)涂料增加至2h能夠滿足水的揮發(fā)和漆膜的干燥相協(xié)調(diào)保證施工質(zhì)量

7 結(jié)論

涂裝界有句俗語三分涂料七分涂裝涂料作為一種非成品物質(zhì)必須經(jīng)過完善的施工過程才能將其優(yōu)良的性能發(fā)揮出來從涂料配方生產(chǎn)和施工等全過程而言噴漆施工對(duì)涂料性能的發(fā)揮有重要的作用水性涂料作為未來軌道車輛涂料的應(yīng)用熱點(diǎn)只有嚴(yán)格控制表面處理干燥條件施工工藝和環(huán)境等過程因素才能真正體現(xiàn)其不低于溶劑型涂料的卓越性能