发动机专用水性涂料的研发

0 引言
随着涂料工业的发展,涂料在制造和施工过程中由于排放大量的有机溶剂而对环境造成巨大的污染。为了限制溶剂型涂料使用带来的大量VOC 排放,国际组织及各国制定出各种法规及规定加以限制溶剂型涂料的使用。汽车用发动机原来一直使用溶剂型涂料,有丙烯酸环氧漆、单组分丙烯酸面漆、单组分丙烯酸聚酯、环氧富锌漆、环氧树脂粉末涂料、丙烯酸罩光清漆、有机硅高温漆等。玉柴作为国内最大的发动机制造厂之一,为了适应市场的需要提出水性涂料的开发,本公司为配合其作了大量的试验。
目前发动机的涂装使用涂料总量不是很大,但作为一个小类产品,发动机采用的涂料有它自已的特殊要求,一个发动机装配有各种材质的配件,包括铸铁、镀锌件、橡胶塑料件、胶管、不锈钢件、还有铝合金件,所以开发的水性漆要对各种材质都有较好的附着力。另外因为涂装完后的整机还有一部分不锈钢或胶的配件没有喷漆,所以组装完成后还需要局部喷涂罩光清漆,喷涂水性漆后还要考虑与罩光清漆的配套性问题。同时做完整体涂装后要求整机作耐盐雾试验达到96 h。一开始本公司选用水性环氧树脂作为成膜物质,主要也是考虑到耐盐雾性能。经过试用,水性环氧树脂在外观上没有光泽,后改用水性聚氨酯树脂作为主要的成膜物质。
本公司开发的水性发动机专用配套涂料经过多次实验室的检测和在玉柴发动机上作喷涂试验,最终选用水性聚氨酯类的单组分树脂作为漆用树脂,下面介绍水性环氧及水性聚氨酯涂料与溶剂型涂料在关键指标上的比较及研发过程。

1 试验部分
1.1 试验用原材料
水性环氧树脂及水性环氧固化剂、水性聚氨酯树脂、BYK 及EFKA 的多种助剂、AMP-95、乙二醇丁醚、三聚磷酸二氢铝、云母粉、硫酸钡、膨润土等
1.2 产品主要技术指标
产品主要技术指见表1。

1.3 发动机专用水性环氧涂料的制备
环氧树脂涂料具有优异的附着力、耐磨性、耐化学药品性等特点,是工业防腐涂料领域应用最广泛、最重要的涂料品种之一。国外自20 世纪50 年代就开始环氧树脂涂料的水性化研究。水性环氧树脂体系既有水稀释型的,又有水乳型的。由于使用的环氧树脂相对分子质量大,仅凭水分的挥发就可以表干,通常表干时间为0.5 h;另外,由于固化剂需要从水相迁移到环氧树脂乳液中,从而降低了反应物浓度,延长了涂料适应期;并且由于环氧树脂是水分散体形式,固化剂不必起乳化剂的作用,就可以做得亲油一些,改善其与环氧树脂的相容性,改进了成膜过程,提高了涂膜的耐水性和耐腐蚀性,所以本公司开发的水性环氧涂料既具有较好的物理性能,又具备较高的耐盐雾性能。
1.3.1 水性环氧涂料基本配方
A 组分:水性环氧乳液为30%~ 40%;pH 调节剂为0.5%~ 1.0%;消泡剂为1%~ 3%;分散剂为1%~2%;防沉剂为2%~ 3%;填料为15%~ 20%;颜料为5%~ 10%;水为15%~ 25%
B 组分:水性环氧固化剂为10%~ 15%;乙二醇丁醚为5%~ 10%;分散剂为1%~ 2%;防锈颜料为15%~25%;制作含铝粉的面漆时将铝粉加入B 组分。
1.3.2 水性环氧涂料检测情况及整车喷涂后情况
铁红色经过120 h 耐盐雾检测合格,其他指标均能满足发动机的要求,经过与工厂协商后上机进行了1 台试喷(在出口发动机上试用,颜色为铁灰色),施工后整机因没有光泽,整体感觉不好,后面进行罩光清漆的施工,与清漆的配套不好,喷漆后表面出现大量的气泡,整机重新除漆后再重喷。试验不成功。
1.4 水性聚氨酯涂料的制备
单组分水性聚氨酯涂料是应用最早的水性聚氨酯涂料,具有很高的断裂延伸率(可达800%)和适当的强度(20 MPa),并能常温干燥。为进一步提高单组分水性聚氨酯涂料的机械性能和耐化学品性,引入反应性基团进行交联或复合改性基料来提高涂料性能,选用多官能度的反应物,如多元醇、多异氰酸酯和多元胺等合成具有交联结构的水性聚氨酯分散体;添加内交联剂,如碳化二亚胺、甲亚胺和氮杂环丙烷类化合物;采用热活化交联和自氧化交联等。与环氧树脂复合,将环氧树脂较高的支化度引入到聚氨酯主链上,可提高乳液涂膜的附着力、干燥速率、涂膜硬度和耐水性;与聚硅氧烷复合制备低表面能、耐高温、耐水、耐候性和透水性良好的复合乳液;与丙烯酸复合,将聚氨酯较高的拉伸强度和抗冲强度、优异的柔性和耐磨损性能与丙烯酸树脂良好的附着力和外观、低成本相结合,制备高固含量、低成本的聚氨酯-丙烯酸(PUA)复合乳液。
1)水性聚氨酯涂料配方
水性聚氨酯树脂:40%~50%;AMP-95:0.5%~1.0%;分散剂:2%~5%;消泡剂:5%~8%;防沉剂:2%~5%;颜填料:20%~30%;水:20%~30%;增稠剂:1%~2%。
2)水性聚氨酯涂料重点作了耐盐雾检测,而后根据水性环氧涂料喷涂过程出现的附着力及施工配套的问题进行了多次的重复试验。水性聚氨酯涂料表干后尽快进行溶剂型丙烯酸罩光清漆的施工,表面未出现起泡和咬底的现象。
3)样件喷漆试验过程及结果
厂家技术人员在带来的水性漆中加入自来水、铝粉(厂家自带)后进行搅拌、稀释。水性漆气味可以很小。用空气喷枪,在缸盖切割件、钢板和马口铁表面上喷涂水性漆,均未发现起泡现象。喷漆后烘干30 min左右,取样件与现用铸铁色油漆对比,颜色差别不大。在喷有水性漆的缸盖切割件表面上喷涂现用的清漆,涂膜颜色略有加深,颜色更接近现用铸铁色油漆,未见水性漆与现用清漆产生互不相容现象(如起泡等)。
4)试验样件附着力检测
喷水性漆48 h 后,用划格法检查缸盖切割件的涂膜厚度和附着力。

2 结语
通过在发动机上的试用和检测,本公司推荐采用水性聚氨酯系列的涂料作为发动机的涂层,在涂膜性能及外观上都能满足现有发动机的涂装要求。

发表评论

您的电子邮箱地址不会被公开。 必填项已用 * 标注