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环氧聚酯水性涂料的制备与涂装,采用科学的配方设计原理,合成了水性环氧聚酯
2019年10月03日    阅读量:441    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

1. 引言

现在,人们对溶剂型涂料中的有机溶剂给生态环境带来的危害日益警觉,用水替代有机溶剂制造水性涂料的要求更加迫切。随着汽车工业的持续发展,为保护环境、节省能源,涂料及涂装水性化的呼声日益高涨,制备高适应性的水性涂料显得更加迫切。


通常,采用含有羧基、羟基、氨(胺) 基、醚键和酰胺基等亲水基团的合成树脂作基料制备水性涂料,选用的固化剂或交联剂也应是水溶性的涂料在线coatingol.com。本文介绍的环氧聚酯水性涂料比市售的水性浸涂涂料适应性高,如调整了漆液黏度和固体含量对涂装环境及不同被涂工件的适应性;


采用触变技术找到了涂料施工黏度与涂膜外观状态间的平衡;解决了涂膜硬度与柔韧性间的矛盾,使涂膜硬度较高时仍具有符合要求的柔韧性、耐冲击性及附着性;适当地提高涂膜的有效交联密度,使涂膜既耐盐雾和湿热,又耐冷热循环,同时具有较突出的耐蚀性。


2 涂料组成

2.1 基料的合成

环氧聚酯水性涂料树脂是采用多元醇与多元酸酯化脱水再经过环氧树脂改性而制得。水性环氧聚酯配方及合成工艺如下:

(1)配方

水性环氧聚酯树脂配方见表1。

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水性环氧聚酯树脂配方

(2)合成工艺

    将多元醇、多元酸和二甲苯加入反应釜内,升温、搅拌,在150-220℃下进行酯化脱水,当酸值为10-50 mgKOH/g时,加入环氧树脂、开环剂及乙二醇醚,进行改性反应,当反应物粘度为16一25 s(加氏管,25℃)时,出料、过滤、包装备用。


2.2颜填料

    由于水性涂料以水作溶剂,基料多数为弱碱性溶液,因此水性涂料选用颜填料时应注意以下原则。

    (1)分散性。为使颜填料分散均匀,在颜填料浆中加入表面活性剂进行表面处理,然后用砂磨机、球磨机、高速搅拌机分散,经烘干、粉碎,确保复色颜填料体系有较稳定的分散性。可供选用的有十二烷基磺酸钠等离子型表面活性剂。

    (2)稳定性。水性涂料中的颜填料必须在水中保持较高的化学稳定性。部分水解分解出二价或多价金属离子的颜填料会导致大分子基料沉淀析出,严重破坏涂料稳定性。因此,水性涂料中可电解的组分应减少到最低限度,若钙、镁、锌和铬酸等离子超过颜填料的I%时,将对涂料起到破坏性作用。

    (3)体积浓度。颜填料体积浓度(PVC)对涂膜耐蚀性影响甚大,当PVC等于40%时,会获得最佳的防锈能力。

    (4)酸碱性。颜填料的酸碱性是不可忽视的问题。例如,水溶性基料偏碱性,若选用偏酸性的颜填料,会促使涂料酸性化,引起凝聚甚至破坏;若选用氧化锌、铅白等碱性颜填料,易使基料皂化;若选用铬酸锌等水溶性大的颜填料,会破坏涂料的稳定性。

    (5)颜填料品种。水性涂料中可供选择的颜填料有钦白、铁黄、铭钙黄、柠檬黄、铁红、锅红、酞菁蓝、酞菁绿、群青、炭黑、沉淀硫酸钡、滑石粉、白炭黑、碳酸钙、高岭土、铁黑和有机膨润土等。值得注意的是,在水乳化环氧涂料中加入氧化铁、铬酸锌、磷酸锌、铬酸钡和硼酸锌后,制成金属材质的底漆会取得满意的效果。

2.3交联剂

    水性环氧聚酯树脂分子中含有足够量的羟基和一定量的羧铵盐基,该类基团与含有羟甲基、烷氧甲基、羧基等活性官能团的合成树脂进行共缩聚反应,形成交联网络固化物,通常将选用的合成树脂称为交联剂。也可以选择异氰酸酯封闭物作为加成型固化剂。

2.3. 1氨基树脂

    在氨基树脂分子中除三嗪环之间的亚甲基和亚甲醚外,还有胺基、羟甲基、烷氧甲基。3种官能团反应活性的顺序为:胺基大于羟甲基大于烷氧甲基。

    氨基树脂在酸性介质下会与基料发生共缩聚反应:

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式中R为一CH3,-CH2CH2CH2CH3或一CH2CH3;R’为水性环氧聚酷树脂的骨架结构基团。试验证实,基料中的经基对共缩聚交联固化反应速率起决定作用,反应历程是双分子亲核取代反应。

2.3. 2其他交联剂

    除氨基树脂外,热固性酚醛树脂、热固性丙烯酸树脂、羧基聚酯、异氰酸酯封闭物等都可以作交联剂。

2.4助剂

    环氧聚酯水性涂料常用的助剂是固化促进剂、触变剂和助溶剂。

    可选择对甲苯磺酸、BYK450作固化促进剂。采用有机膨润土、高岭土、气相SiO2氢化蓖麻油等作触变剂,防止涂料贮存时沉淀和施工时流挂。

    水性涂料中的助溶剂(也称共溶剂)可增加基料在水中的溶解度、调节基料粘度、提高涂料稳定性、改善流平性和涂膜外观。在醇类助溶剂中,碳链长的醇比碳链短的醇助溶效果好,含醚基的醇比不含醚基的醇助溶效果好。可供选择的助溶剂有乙醇、异丙醇、正丁醇、乙基溶纤剂、丁基溶纤剂和仲丁醇等。


3涂料制备

3.1参考配方

    水性环氧聚酯涂料参考配方见表2。

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环氧聚酯水性涂料配方

3.2制备工艺

    将水性环氧聚酯、溶纤剂、蒸馏水、混合颜料、填料、固化促进剂依次加入调漆罐内,搅拌均匀;在搅拌下加入触变剂、氨基树脂;所有物料充分混合后经砂磨机研磨至细度不大于30um,过滤、包装。

3.3环氧聚酯水性涂料技术指标

    环氧聚酯水性涂料的技术指标见表3.

环氧聚酯水性涂料技术指标

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3.4涂料特性及用途

    环氧聚酯水性涂料是有利于环保的涂料品种,在涂料生产和涂装过程中纂本上不产生损害人体健康的有害物质。其明显减少对环境的污染,施工简便,可采用喷、浸、淋涂方法涂装。干膜厚度达到25 um时,不产生流挂、桔皮和缩孔等弊病,涂膜外观较平整、硬度较高、附着力强、柔韧性较好。涂膜耐蒸馏水性、耐盐雾性、耐湿热循环性、耐酸碱性和耐汽油性等都可满足使用要求。

    环氧聚酯水性涂料己用于轿车保险杠、汽车车架、汽车车厢框架、驾驶室(车身)、汽车零部件和冰箱压缩机外壳等涂装保护。


4涂装要点

    以车架底漆浸涂施工为例介绍涂装要点。

4.1车架表面处理

4.1.1除油

    由于加工成型等需要,车架涂装前表面总被一层油脂覆盖着。可采用溶剂(如三氯乙烯)除油、化学(碱净化)除油和乳液(表面活性剂)除油等。化学除油法的除油剂可分为强碱型和弱碱型。当金属表面污染程度较轻且油垢较少时,可采用弱碱型除油剂或乳化剂;当金属表面污染较严重时,应采用强碱型除油剂。

4. 1.2除锈

    可采用酸洗法除锈。在酸洗液中加少量缓蚀剂以减轻酸对金属表面过度腐蚀及产生“氢脆”等损伤。酸洗后必须冲洗干净,否则会导致漆液稳定性变差,使磷化膜不均匀,引起涂膜弊病。

4.1.3磷化处理

    金属表面经磷化处理后得到的磷酸盐膜会成倍地提高涂膜对水、氧、氯离子等介质的抗渗透能力,明显增加耐蚀性。磷化处理形成的磷化膜必须均匀致密,膜厚约5 um;用磷酸锌处理的磷化膜防腐蚀性较磷酸铁好;采用喷磷法时,可加入过氧化氢作促进剂,控制在较低温度下磷化,应连续加入促进剂和中和剂,严格按操作程序进行磷化处理。

    车架表面处理的各阶段结束后都应进行水洗。

4.2浸涂工艺

    车架底漆浸涂工艺为:车架除油除锈处理一上线一脱脂一清洗一磷化一冷水洗一热水洗一吹干一浸漆、沥漆一烘干一冷却-下线。

4.3工艺及工作液参数

4.3. 1工作液固体含量

    控制工作液固体含量为45%一55%。固体含量过高,易产生流挂,影响涂膜外观;固体含量过低,涂膜薄,易露底。

4.3.2工作液温度与粘度

    工作液温度应为20 35℃、粘度为19-26 S(涂一4杯,25℃)。温度偏低,钻度升高,漆液流动性差,易流挂;温度偏高,粘度下降,涂膜较薄,耐蚀性受影响。

4.3.3水含量

    槽液除用水作稀释剂外,还应加入助溶剂以增加漆液的稳定性和涂料流平性。通常在槽中的水:助溶剂为1.0:1. 3(质量比),水含量为10%左右。

4.3.4固体含量、粘度及溶剂/水(S/W)值的关系

    环氧聚酷水性涂料采用高固体含量、低粘度及浸涂后两次流平来达到外观的要求,在工作液的调试中固体含量与粘度相互制约,同时还受到S/W(溶剂/水)值的影响,因此必须找出最佳范围(见图1).

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4.3.5槽液循环

    浸涂涂装的漆液在漆槽内应保持循环状态,达到循环3一4次/h.槽液循环应充分均匀,否则会造成局部流挂、缩边等弊病。

4.3.6槽液调整

    涂装过程中,槽液中的涂料不断地被带走而助溶剂挥发较快,槽液会增稠。因此应随时补加原漆、助溶剂和水,保证漆液正常组成及涂装质量。

4.3.7沥漆及烘干

    浸涂后需经过10一15 min(视环境温度高低)的沥漆时间。过长或过短会导致流挂、发花、流痕等现象。沥漆过程中的环境温度与湿度是影响浸涂质量好坏的重要因素之一。若沥漆环境温度过低或湿度过大,则沥漆过程减慢,存漆过多,在进人烘道后的二次流平过程中引起流痕,流挂多。影响外观。实践证明沥漆环境温度应不低于15℃,以25一35℃为宜.相对湿度应不大于80%。沥漆后在140一160℃,烘烤30 min固化。充分固化后冷却下线。

4.4涂装质量控制

4.4.1表面处理的质量

    水溶性涂料涂装要求有严格的涂前表面处理规定,应仔细观测表面处理质量,不允许将表面处理不合格的工件进行涂装。

4.4.2涂料质量检查

    在涂装前由专职人员检测涂料质量。除检查涂料技术指标、使用性、涂装工艺性等性能外,还应进行试涂装,符合要求后再投槽进行涂装生产。

4.4.3施工中的质量控制

根据涂装规程规定对漆液固体含量、粘度、温度进行严格监控;观测环境温度和相对湿度对工艺参数的影响;对浸漆时间、烘烤固化条件及涂膜外观等参数和性能应随时观察,发现问题及时采取措施。

4.5涂膜主要病态的防治

    浸涂施工中涂膜容易产生的主要病态是:被涂装工件下端过厚、局部产生气泡和针孔。

    涂装烘烤固化后产生膜厚差是浸涂施工的正常现象,如涂装后得到干膜厚为20一40um时,工件上下部的允许厚度差应不大于10um,上下偏差大于10um才称为涂膜病态。解决漆膜过厚的措施是在涂料配方设计时调整触变剂品种及用量、降低漆液粘度或提升漆液温度,适当加人助溶剂,保证施工时槽液正常搅拌循环等。

    烘烤固化后涂膜出现气泡和针孔时,应适当调整漆液粘度和温度;增加沥漆时间,防止局部涂膜过厚;控制烘区温度,防止局部温度偏高或偏低;适量增加助溶剂等。


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