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静电涂装UV涂料的配方设计与施工,探讨了静电涂装UV涂料的影响因素
2019年08月09日    阅读量:6099    新闻来源:中国牛涂网-涂料,化工,机械,建材,行业资讯门户网站  |  投稿


0 前言

与其他涂料相比较,UV涂料具有常温固化速度快、生产效率高、节省能源、环境污染小、涂层性能优异等许多独特的优势[1-4],是公认的一种节能和环境友好型涂料。而静电喷涂的实质是利用高压静电电场使带负电的涂料微粒沿着电场相反的方向定向运动,并将涂料微粒吸附在工件表面的一种喷涂方法。


这种新型的涂装工艺也因为其高效、节省涂料、环保而越来越受到重视和运用涂料在线coatingol.com。静电喷涂法所用的涂料,应能在高压静电场中容易带电,这就与涂料性能,主要与涂料的电阻率、介电常数、黏度和表面张力有关。其中电场强度、涂料性质、素材的导电性和施工环境都将对静电涂饰质量产生影响。


由于被喷涂物件是具有立体结构,所以要求在涂料的流平性和抗流挂性之间找到最佳的结合点,这样才能够使被涂物的涂饰质量达到理想状态,这也是除了电阻率以外静电喷涂UV涂料的关键所在。本文就UV涂料的性质对静电涂装影响因素进行了探讨。


1 基本原理

静电喷头为高压静电发生器,作阳极,被喷涂件及流水线为阴极。静电喷头与被喷涂件之间存在很大的静电场力。涂料有一定的导电性,其电阻率一般应在45 mΩ/cm以下。电阻太高,导电效果不明显,浪费涂料;电阻过低,则对设备的绝缘性和防火方面的要求相应提高,施工时易出危险,通常最佳理论值为15~40 mΩ/cm。喷涂施工时,压缩空气吹出的涂料带电液滴在高压电场的作用下飞抵阴极被涂件,并被牢固地吸附在被涂件上。喷涂现场观察证实这种吸附力非常强,带正电的涂料液滴可被吸附到喷涂件背面,而且静电喷涂现场附近地面涂料的溅落量大为降低,静电吸附可有效地防止涂料逃逸,提高其利用率。输漆量一般为200 mL/min。


2 配方设计要点

2.1 静电涂装UV涂料的基本组成(见表1)

静电涂装UV涂料基本组成

2.2 静电涂装UV涂料施工基本参数(见表2)

静电涂装UV涂料施工基本参数

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2.3 树脂的选择

在光固化涂料的各组分中,UV树脂是光固化涂料的主体,它的性能基本上决定了固化后涂料涂膜的性能,因此树脂的选择是配方设计最重要的环节。静电涂装UV涂料所用树脂需要选择溶剂释放性快,润湿流动性好,易雾化,且具有一定触变性、能使流平和抗流挂有一个好的结合、电阻率高的树脂。表3是选取不同树脂做主体树脂的测试结果。

不同UV树脂对静电涂装后涂膜性能的影响

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从表3可以看出,溶剂改性丙烯酸酯树脂效果最好,该冷拼树脂的特点是溶剂释放快、抗溶剂开稀能力强且具有好的流动润湿性。环氧丙烯酸酯树脂电阻率太低,上油率很低,施工适应性差。聚氨酯丙烯酸酯树脂流平润湿性不是很好,涂膜有轻微橘皮,溶剂释放一般。聚酯丙烯酸酯树脂电阻高易施工,但因为润湿流平性太好而导致抗流挂性比较差。综上所述,冷拼混合树脂综合效果最佳。

2.4 活性单体的选择

在光固化涂料的组分中活性单体是一个重要的组成。它不仅溶解和稀释UV树脂,调节黏度,参与光固化过程,影响涂料的光固化速度和固化膜的各种性能,而且影响整个体系的电阻率,因此选择合适的活性单体也是十分重要的环节。试验结果如表4所示。

单体用量对静电涂装后涂膜性能的影响

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从表4可以看出。随着单体用量的增加,涂料的电阻率会有所减低,黏度也会降低,由此可以得出当涂料物料种类已定时,涂料黏度越低则其电阻率也就会越低。众所周知,当单体的用量所占涂料配方比例越高时,其整个涂料的固化速度会越慢,硬度也会偏软。在设计静电喷涂UV涂料时就要从涂料的黏度、电阻率、固化速度、涂膜硬度等各个方面综合考虑单体在配方中所占的比例。

2.5 溶剂的选择

涂料中的溶剂的主要作用是降低黏度以达到施工要求。不同种类的溶剂与树脂的相互作用力不同以及本身的挥发速率不同,介电常数也不同,造成使用不同种类的溶剂制得涂料在喷涂过程中和流平干燥工程中的效果不同。其中影响最大的因素是溶剂的介电常数和溶剂的沸点,如表5所示。

不同溶剂的电阻率和沸点

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通过试验发现:MEK、MIBK、IPA本身挥发速率较快,对涂料的抗流挂性有很大的帮助,但它的电阻率比较低,且UV树脂的电阻率也普遍偏低,其本身可以和UV树脂中的羟基形成氢键,造成初始流平比较差,影响涂膜表面效果,所以一般不使用。TOL、EAC、BAC的电阻率偏高对涂料电阻的影响较小,且挥发速率经搭配后适中,在短时间挥发流平后基本上可以完全挥发不会残留在涂膜中,不会影响涂膜的整体性能,且有慢挥发溶剂BAC可以帮助涂膜流平。因此静电喷涂UV涂料一般选TOL、EAC、BAC作为溶剂。

2.6 流平剂的选择

涂料不管用何种涂装方法,经施工后,都有一个流动与干燥成膜的工程,为了防止涂膜在干燥固化的工程中不出现缩孔、针孔、橘皮,使之形成一个平整、光滑、均匀的涂膜,就要添加流平剂。流平剂的种类非常多,不同的流平剂所表现出来的效果是不一样的。其中,短波流平剂可帮助消除贝纳尔漩涡所形成的漩涡状痕迹,并在哑粉发花现象发生时使涂膜表面均匀;长波流平剂可帮助涂膜达到平坦的效果;有的流平剂在流平的同时会抑制气泡的产生;有的流平剂稳泡性很强。所以选择流平剂就显得非常关键,试验结果如表6所示。

不同流平剂对静电涂装后涂膜性能的影响

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从表6可以看出,丙烯酸流平剂和氟改性丙烯酸酯流平剂可以提高涂料的平坦性,有机硅流平剂对提高涂膜的均匀性和手感有很大帮助,但它的涂膜平坦性较差且其及时流平性差。因为静电涂装涂膜是处在垂直的状况下,其本身就不利于涂膜的流平。而且与平面流平不同,如果是在平面的状况下可以通过静置时间的延长来提高流平性,而立面流平静置时间对流平的帮助不是很大,所以在静电涂装UV涂料配方中应该少使用或者不使用有机硅流平剂。


3 静电涂装UV涂料的施工影响因素分析

要使静电涂装UV涂料板面达到最佳效果就需要合适的施工工艺。静电涂装UV涂料的施工影响因素主要在以下两个方面。

3.1 湿膜厚度的影响

静电涂装UV涂料涂膜表面效果与喷涂施工时的湿膜厚度有着十分重要的关系。因为在设计UV涂料时,尽可能的增加涂料的固体分而尽量少使用溶剂或者不使用溶剂,选用活性单体调整黏度,这就导致湿涂料膜在静置流平的过程中黏度不会产生很大变化,从而使涂料很容易流挂。试验情况如表7。

湿膜厚度对静电涂装后涂膜板面效果的影响

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从表7可以得知,静电喷涂UV涂料的湿膜最好控制在35 μm,此时涂膜光滑平坦均匀,效果最佳,若湿涂膜太薄就会有砂痕或者有橘皮,若湿涂膜太厚则容易流挂甚至有针孔。

3.2 施工黏度的影响

涂料的施工黏度对涂膜固化后的表面效果有着显著的影响,尤其是静电涂装UV涂料,试验情况如表8。

施工黏度对静电涂装后涂膜板面效果的影响

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从表8可以得知,静电涂装UV涂料的最佳施工黏度是11~12 s,当施工黏度偏低时,涂料容易流挂、丰满度差,且涂料的静电上油率低;当涂料的黏度太高时,涂膜的平坦均匀性差。


4 结语

通过大量的试验探索发现:树脂、单体、溶剂、流平剂、施工黏度及湿膜厚度对静电涂装UV涂料的涂膜表面效果有很大的影响。在静电喷涂UV涂料时最好使用丙烯酸流平剂,选用的UV树脂为溶剂改性丙烯酸树脂,施工黏度应该控制在11~12 s为宜。


静电涂装UV涂料的配方设计与施工

□ 王贤平,付见亮,朱强,郭玉

(展辰涂料集团股份有限公司,广东深圳 518107)


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