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环保型喷漆漆膜起泡问题的改善

2021年07月23日 丹东机械设备网

环保型喷漆漆膜起泡问题的改善,

环保型喷漆漆膜起泡问题的改善

郑吕凤1,凌辉1,2,3,宁智勇1,张志良1,刘家1( 1. 广东三和化工科技有限公司,广东中山528429; 2. 广东阜和实业有限公司,广东中山528434; 3. 广东新山禾发展有限公司,广东中山528429)

抛射剂是指能将气雾剂容器中的内容物喷射出来的物质。抛射剂可分为氢氟烃、氢氯氟烃、氯氟烃、烃类化合物、醚类化合物和压缩气体6 大类[1]。喷漆中常用抛射剂为烃类化合物( 如LPG) 、醚类化合物( 如二甲醚) 和压缩气体( 如CO2) 中国化工网okmart.com。DME( 二甲醚) 是一种亲水性极强的带极性的低毒化合物,其化学性质比较稳定,物理特性优良,与大多数常用树脂、许多极性及非极性溶剂具有良好的相容性; LPG 由丙烷、异丁烷、正丁烷及它们的混合物组成,稳定性好,不溶于水,与丙烯酸树脂相容性差。与DME 相比,LPG 的气味小,使产品易于雾化,能保证喷漆在较低压力下也可正常使用[2]。因此,不少用户选择LPG 作为喷漆的抛射剂。

本研究的环保型喷漆是指符合“RoHS”标准,且三苯含量≤2 000 × 10 - 6 的喷漆。料气比是指漆料与抛射剂的质量比。在环保型喷漆的调色打样时,选择LPG 为抛射剂、料气比为1. 63∶ 1、涂料黏度控制在14~ 15 s,喷制样板后出现漆膜起泡的异常现象,且光油起泡现象比色漆严重。将抛射剂改为DME 后,环保型喷漆的漆膜平整光滑、无起泡现象。由此可见,引起漆膜起泡的主要因素是LPG 抛射剂。这是因为LPG 与丙烯酸漆的相容性差,使得漆料的润湿流平性变差,气泡难以被流平。

为改善LPG 抛射剂与丙烯酸漆的相容性,解决漆膜起泡问题,需要考虑几方面因素: 一是降低涂料与底材之间的表面张力差,实现涂料对基材良好的润湿性; 二是调整溶剂蒸发速度和降低黏度,以改善涂料的流动性,延长流平时间[3]。以LPG 为抛射剂,本研究研究了料气比、漆料黏度、溶剂和流平剂等因素对环保型喷漆漆膜起泡的影响,以寻求最优配方和灌装方式。

1 实验部分

1. 1 主要原材料

丙烯酸树脂: 工业级,佛山市高明同德化工科技有限公司; 流平剂: 工业级,广州市华夏奔腾实业有限公司; BYK - 104S: 工业级,江门市盛创贸易有限公司; 流平剂( HANSA ADD LSN、HANSA ADD 1010) :工业级,广州市侗富贵化工原材料有限公司; 天那水:自制; 丙二醇甲醚、乙酸丁酯、甲苯: 工业级,深圳市江海天化工产品有限公司; 色浆: 自制; 抛射剂( LPG) :工业级,茂名炼油厂。

1. 2 仪器与设备

分析天平( 精度0. 01 g) : ES4100,德安特电子天平; 砂磨、分散、搅拌多用机: SFJ - 400,上海现代化境工程技术有限公司; 半自动封口充气设备: CJXH -1600A,武汉洁瑞仕机电工程有限公司; 压力表( 0 ~1. 6 MPa) : YZXC - 100,雷达尔仪表有限公司; 涂- 4#杯黏度计: 深圳市科圳仪器设备有限公司; 气雾罐: 广州赛邦印铁制罐有限公司; 阀门及配套按头: 山市联昌喷雾泵有限公司; 半黑半白纸卡: 广州市特沃兹贸易有限公司。

1. 3 环保型喷漆的制备

环保型喷漆漆料的基础配方如表1 所示。

环保型喷漆漆料的基础配方

按表1 将丙烯酸树脂、溶剂、流平剂和分散剂加入反应杯中,搅拌均匀后加入色浆,在一定转速下分散均匀,过滤后灌装至盛有玻璃珠的气雾罐中,加入阀门,进行封口、充填抛射剂,装上按头,即制得环保型喷漆。

1. 4 性能测试

( 1) 漆膜外观: 上下左右摇动罐体约2 min,使漆料充分混合,喷制样板,并目测喷出状态以及漆膜自然干燥后的漆膜外观。

( 2) 漆膜干燥时间: 按GB /T 1728—1979 中乙法( 指触法) 的规定进行测试。

( 3) 漆料黏度: 采用“涂- 4#杯”法检测。

( 4) 喷出速率: 按GB /T 14449—2008 中“5. 8 喷出速率的测定”的规定进行,测试环保型喷漆的5 s喷出速率。

( 5) 喷漆的内压力: 按GB /T 14449—2008 中“5. 1 内压的测试”的规定进行测试,测试30 ℃喷漆的内压力。

( 6) 喷出率: 按GB /T 14449—2008 中“5. 10 喷出率的测试”的规定进行测试。

( 7) 漆膜附着力: 按GB /T 1720—1979 中的规定进行测试。

2 结果与讨论

2. 1 料气比的确定

2. 1. 1 料气比的初步确定

环保型喷漆以丙烯树脂为主要成膜物质,LPG 为抛射剂。LPG 本身与丙烯酸漆的相容性差,若料气比设计不合理,会导致喷出物气泡增多,降低漆料对基材的润湿,使得气泡难以被流平。同时喷漆的料气比会影响喷漆的内压、喷出速率、雾滴平均粒径等喷雾性能[4]。

为验证喷漆的料气比设计是否合理,本研究按照1. 3 中的制备方法,配制环保型光油漆料,通过单一变量法,研究料气比对喷雾性能和漆膜外观的影响,所得结果如图1、图2 所示。

料气比对喷漆的内压力与喷出速率的影响

料气比对漆膜外观的影响

从图1 可看出,随着料气比的增大,内压力下降,5 s 喷出速率增大。从图2 可以看出,图2( b) 与图2( c) 的漆膜起泡现象最轻,图2( d) 次之,图2( a) 漆膜起泡最严重; 整体上黑板区域的气泡比白板区域多。这是因为喷出物中包括漆料、液相抛射剂和气相抛射剂3 部分。增大料气比时,LPG 在喷漆中的含量减少,造成内压力下降,从而降低了漆料在喷出瞬间的分散雾化作用,延长漆料附着到基材的时间,5s 喷出速率变大; 在此过程中,溶解在漆料中的液相LPG 被蒸发成气相的量增加,减少了湿膜中液相LPG 含量。液相LPG 挥发时会带走部分溶剂,因此湿膜中的液相LPG 含量减少,漆膜表干时间就适当变慢,有利于气泡被流平[4]。当料气比为1. 9∶ 1时,内压力较低,机械击碎结构无法充分发挥作用,导致雾化效果变差,影响液相抛射剂蒸发成气相。黑板区域经过表面处理,其对漆料的渗透性比白板区域差,不利于漆膜对基材的润湿性,所以该区域的气泡较多。由此可见,环保型喷漆的料气比为1. 7∶ 1 ~ 1. 8∶1,既合理保证了喷漆的喷雾性能,又有利于改善漆膜起泡现象。

2. 1. 2 料气比的优化

为优选出环保型喷漆的最佳料气比,进一步研究料气比对漆膜表面状态的影响,不同料气比对喷雾性能的影响如表2 所示。

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料气比对喷雾性能的影响

由表2 可以看出,料气比变化时,环保型喷漆的喷出率均≥97%,符合BB /T 0047—2007《气雾漆》中规定喷出率≥96%的要求; 对比表2 中各料气比对应的漆膜状态可知,料气比为1. 73∶ 1时漆膜出现气泡最少,只有部分漆膜边沿有极少气泡。因此,最佳料气比为1. 73∶ 1。

2. 2 漆料黏度的调整

喷漆本身对漆料黏度的要求非常严格,若漆料黏度过高,漆膜难以流平; 若漆料黏度过低,漆膜易流挂。适当地降低漆料黏度,可降低体系的表面张力,有利于改善漆膜的流平性[5]。

按照1. 3 中的制备方法,将料气比控制为m( 光油) ∶ m( LPG) = 1. 73∶ 1,配制不同黏度的环保型光油漆料,研究漆料的黏度对漆膜起泡的影响,所得结果见表3。

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漆料黏度对漆膜表面状态的影响

通过表3 可看出,降低漆料黏度,可改善漆膜起泡问题,但漆料黏度≤12. 5 s 时,漆膜会出现流挂现象。因此适当降低漆料黏度,有利于降低漆膜的表面张力和改善漆膜的流平性,使得气泡易于破泡而被流平,漆膜起泡现象得到改善。由此可见,漆料黏度控制在12. 5 ~ 13. 5 s,可适当改善漆膜起泡问题。

2. 3 溶剂体系的筛选

配方的成分与浓度影响着涂料的溶解力、挥发时间、黏度、漆膜外观和涂料成本等。适宜的溶剂配方不仅可以改善漆膜的外观,而且能降低成本,提高市场竞争力。确定料气比和漆料黏度后,调整溶剂的溶解力和挥发时间,研究溶剂体系( 不同体系如表4 所示) 对光油漆膜表面状态的影响,所得结果见表5。

不同配方的溶剂体系

溶剂体系对漆膜表面状态的影响

由表4 可看出,配方②漆膜起泡现象最为严重,配方③次之,配方①最轻; 配方③漆膜表干时间最慢,配方②次之,配方①最快。这是因为酯类、酮类、苯类等溶剂是溶解丙烯酸树脂的真溶剂,在配方①中添加了大量甲苯,可提高喷漆的溶解性能,使得LPG 与漆料的相容性变好,漆膜变得平整光滑、无气泡,但甲苯属于有毒物质,不符合环保型喷漆的要求; 在配方③中增加了真溶剂丙酮和慢干溶剂丙二醇甲醚的用量,使涂料在干燥过程中具有平均的挥发速度及溶解力,降低溶剂体系的挥发速率,适当延长漆膜表干时间,使得气泡有足够的时间被流平。由此可见,选择配方③溶剂体系能适当改善漆膜起泡问题。

综上所述,将环保型喷漆的料气比优选为1. 73∶1,漆料黏度调整到12. 5 ~ 13. 5 s,增加真溶剂和慢干溶剂用量,漆膜起泡现象有所改善。

2. 4 助剂的选择

为降低涂料与底材之间的表面张力差,实现涂料对基材良好的润湿性,解决漆膜起泡弊病,本实验选择HANSA ADD LSN 和HANSA ADD 1010 2 种助剂,研究其对漆膜起泡的影响,结果如表6 所示。

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助剂对漆膜表面状态的影响

由表6 可看出,添加HANSA ADD LSN 对漆膜起泡现象改善作用不大,且附着力差; 添加HANSA ADD1010,可成功解决环保型喷漆漆膜起泡的问题,且附着力好。因为HANSA ADD LSN 属于改性三聚有机硅氧烷聚醚,虽然是一种流动性和表面改善剂,但其本身具备防粘性能,不利于漆料对基材的润湿性,无法改善漆膜气泡现象,反而造成漆膜附着力差。HANSA ADD 1010属于改性有机硅聚醚,不仅具有极好的润湿性能和较高的铺展性,而且具有极好的消泡性,双管齐下使得漆膜中气泡被快速消除、润湿流平,有效地防止涂膜弊病的产生,保证漆膜外观平整光滑和附着力好。

3 结语

在环保型喷漆的调色打样过程中,以LPG 作为抛射剂,将环保型喷漆的料气比调整为1. 73∶ 1,漆料黏度调整到12. 5 ~ 13. 5 s,增加真溶剂和慢干溶剂用量,漆膜起泡现象有所改善,但不是最好的解决方案。在配方中添加HANSA ADD 1010 助剂,成功解决了漆膜起泡的弊病。

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