汽車用水性底色漆中的助劑應(yīng)用http://www.ahfyzs.com/UserHome/720362 據(jù)統(tǒng)計(jì)，在汽車配套涂料系統(tǒng)未實(shí)現(xiàn)水性化之前，溶劑型底色漆（ basecoat ）在汽車車身涂裝過(guò)程中所釋放的 VOC （揮發(fā)性有機(jī)化合物）約占整個(gè)涂裝過(guò)程所釋放 VOC 總量的 50% ，是汽車配套涂料（水性電泳底漆、溶劑型中涂、溶劑型底色漆和溶劑型清漆）中 VOC 含量最高的一部分。底色漆的水性化對(duì)降低汽車涂裝總的 VOC 排放量的作用十分重大。因此，在 20 世紀(jì) 90 年代歐洲已成功開(kāi)發(fā)了水性底色漆，且在汽車涂裝線上與水性中涂一起普遍使用。同時(shí)在美國(guó)和日本水性底色漆的使用也在逐漸擴(kuò)大。
中國(guó)的汽車工業(yè)近年來(lái)發(fā)展十分迅速，汽車涂裝中的環(huán)保問(wèn)題已提上議事日程。國(guó)家環(huán)保局于去年 8 月發(fā)布了《汽車涂裝清潔生產(chǎn)標(biāo)準(zhǔn)》，第一次對(duì)汽車涂裝中的 VOC 排放做出了具體規(guī)定。一些國(guó)際性的汽車制造公司從 2004 年開(kāi)始已先后在國(guó)內(nèi)多條涂裝線上使用進(jìn)口的水性底色漆。目前，一些國(guó)際性的油漆公司已開(kāi)始在中國(guó)生產(chǎn)水性底色漆，不少國(guó)內(nèi)公司也開(kāi)始了水性底色漆的研發(fā)工作。在水性涂料中，助劑的使用比在溶劑型涂料中更為重要。本文就水性底色漆中的助劑應(yīng)用作一些介紹，供有關(guān)讀者參考。 1、水性底色漆的性能要求 以前只在金屬閃光面漆中采用底色漆 - 罩光清漆工藝，現(xiàn)在為提高面漆的裝飾性，對(duì)實(shí)色漆歐洲也采用了底色漆 - 罩光清漆工藝。相比實(shí)色漆而言，含效應(yīng)顏料（鋁粉和珠光粉等）的水性底色漆的要求更高一些。因此本文著重討論這類底色漆。水性底色漆的性能要求主要有以下幾點(diǎn)： （1） 著色顏料分散均勻穩(wěn)定； （2） 效應(yīng)顏料分散均勻，定向排列好：外觀均勻，無(wú)花斑，無(wú)云塊狀色差，隨角異光異色效應(yīng)明顯； （3） 效應(yīng)顏料的抗沉降性好； （4） 對(duì)底材（中涂）的潤(rùn)濕性好； （5） 施工時(shí)和成膜后無(wú)氣泡。 本文將對(duì)提高水性底色漆的上述性能的助劑應(yīng)用作一介紹。 水性底色漆中的顏料分散通?？刹捎脙煞N方法：一種是有樹(shù)脂研磨法，另一種是無(wú)樹(shù)脂研磨法。有樹(shù)脂研磨法的常用潤(rùn)濕分散劑是 DISPERBYK-184 ，它是一種水性工業(yè)涂料中常用的解絮凝型高相對(duì)分子質(zhì)量潤(rùn)濕分散劑，適用于各種有機(jī)和無(wú)機(jī)顏料。對(duì)鈦白粉，也可使用 DISPERBYK-180 。研磨用樹(shù)脂的 pH 應(yīng)預(yù)先調(diào)整為 8 左右。為防止研磨過(guò)程中的泡沫，研磨料中應(yīng)加有消泡劑，如 BYK-011 和 BYK-024 等。在研磨料中也可添加助溶劑，如乙二醇丁醚。 在無(wú)樹(shù)脂研磨法中，應(yīng)使用 DISPERBYK-190 或 DISPERBYK-2010 。它們是 2 個(gè)專為無(wú)樹(shù)脂研磨法開(kāi)發(fā)的水性體系用解絮凝型高相對(duì)分子質(zhì)量潤(rùn)濕分散劑，適用于各種有機(jī)和無(wú)機(jī)顏料。根據(jù)顏料和配漆體系的不同， DISPERBYK-190 和 DISPERBYK-2010 兩者中的一個(gè)效果會(huì)更好些，應(yīng)通過(guò)試驗(yàn)來(lái)選用。無(wú)樹(shù)脂研磨法的研磨料由顏料、去離子水、潤(rùn)濕分散劑和消泡劑所組成。研磨前和研磨過(guò)程中都無(wú)需調(diào)節(jié) pH ，也不加入樹(shù)脂、胺類、有機(jī)助溶劑、增稠劑等其它組分，否則會(huì)影響顏料漿的研磨效果。只有在顏料漿研磨完成后才可以加胺調(diào)節(jié) pH ，加樹(shù)脂、助溶劑等其它組分。無(wú)樹(shù)脂研磨法的研磨料配方舉例見(jiàn)表 1 。 表 1 無(wú)樹(shù)脂研磨法的研磨料配方舉例
注：或用 DISPERBYK-2010 。
3 鋁粉和珠光粉的分散 由于水和鋁接觸會(huì)發(fā)生反應(yīng)而產(chǎn)生氫氣，因此用于水性體系的鋁粉都要經(jīng)過(guò)表面處理或包覆。目前在市場(chǎng)上有很多用不同方法處理的水性體系用的鋁粉，可在水性底色漆中使用。一般來(lái)說(shuō)，以二氧化硅包覆的水性鋁粉（如 Eckart 公司的 StapaHydrolan 系列）和以鉻酸鈍化處理的水性鋁粉（如 Eckart 公司的 Stapa Hydrlux 系列）有較長(zhǎng)期的水中穩(wěn)定性。 鋁粉顏料漿必須用潤(rùn)濕分散劑進(jìn)行分散，才能分布均勻，否則有聚集體顆粒，會(huì)影響最終漆膜中的鋁粉分布和外觀，見(jiàn)圖 1 。
圖 1 鋁粉顏料漿的分散穩(wěn)定性 用硅包覆的鋁粉，如 Stapa Hydrolan 系列，可用 DISPERBYK-180 來(lái)分散。用鉻處理的鋁粉，如 StapaHydrolux 系列，可用 DISPERBYK-192 和 BYK-345 一起來(lái)潤(rùn)濕分散。 BYK-345 是一種有機(jī)硅表面活性劑，能改進(jìn)對(duì)鋁粉表面的潤(rùn)濕。 DISPERBYK-192 除了使鋁粉分散穩(wěn)定之外，還有提高水性鋁粉對(duì)水穩(wěn)定性的作用。水性鋁粉分散漿的參考配方見(jiàn)表 2 。配方中 BYK-420 是一種水性體系用的流變助劑，用于鋁粉的防沉。 表 2 水性鋁粉分散漿的參考配方
云母珠光粉是鋁粉之外的另一種效應(yīng)顏料。云母珠光粉不會(huì)與水反應(yīng)?？捎糜谠颇钢楣夥鄣臐?rùn)濕分散劑除 DISPERBYK-180 和 DISPERBYK-192 之外，還可以用 DISPERBYK-190 。
4 水性底色漆中效應(yīng)顏料的定向和防沉 在金屬閃光底色漆中，效應(yīng)顏料對(duì)底材平行的定向排列對(duì)其外觀質(zhì)量十分重要。在溶劑型底色漆中，效應(yīng)顏料的定向排列主要是靠施工過(guò)程中有機(jī)溶劑（如醋酸丁酯）的迅速揮發(fā)，漆膜的體積收縮以及流變控制組分，如蠟分散體的作用而達(dá)到。但在水性體系中由于水的蒸發(fā)潛熱大，揮發(fā)很慢，到達(dá)工件表面時(shí)濕涂膜中水的含量仍較高，鋁粉很容易活動(dòng)而使定向變差。雖然可以采用吹熱風(fēng)等措施進(jìn)行強(qiáng)迫干燥，加快水的蒸發(fā)，但如果沒(méi)有其它措施，效應(yīng)顏料不能得到好的定向。經(jīng)研究，水性底色漆所用基料樹(shù)脂的流變性和粘彈性對(duì)效應(yīng)顏料的定向排列有十分重要的作用。聚合物的粘彈性中，彈性分量大于粘性分量，其流變性能呈純假塑性流動(dòng)（剪切后粘度恢復(fù)無(wú)滯后現(xiàn)象）的基料將使效應(yīng)顏料有較好的定向排列。 一些能使體系增加假塑性流動(dòng)的水性流變助劑（增稠劑）也有助于效應(yīng)顏料的定向排列，如堿溶脹性丙烯酸酯類增稠劑。 BYK-425 是一種脲改性的聚氨酯型水性體系用流變助劑，能使水性體系呈假塑性流動(dòng)，可在水性底色漆中用于效應(yīng)顏料的定向和防沉。 5 底材潤(rùn)濕劑 良好的底材潤(rùn)濕是涂料能鋪展成膜及流平的前提。液態(tài)涂料的表面張力應(yīng)小于或至少等于底材的表面張力才會(huì)有較好的底材潤(rùn)濕。由于水的表面張力很高（ 72 mN/m ），所以水性涂料只有在降低了表面張力后，才能潤(rùn)濕底材。助溶劑，如乙二醇丁醚的存在，能使水性體系的表面張力降低，但降低的程度還不足以潤(rùn)濕底材，因此在水性底色漆中應(yīng)另加底材潤(rùn)濕劑。 BYK-345 和 BYK-347 是 2 種常用的水性涂料用底材潤(rùn)濕劑。在它們的分子結(jié)構(gòu)中硅氧烷的鏈節(jié)很短，具有表面活性劑的極性和非極性結(jié)構(gòu)，所以也叫有機(jī)硅表面活性劑。與一般的分子鏈較長(zhǎng)的有機(jī)硅助劑和另一類也可用于底材潤(rùn)濕的有機(jī)氟表面活性劑不同， BYK-345 和 BYK-347 在降低涂料和底材之間的界面張力的同時(shí)，不會(huì)穩(wěn)泡。 BYK-347 在施工后基本上趨向于與底材接觸的界面，而 BYK-345 則也有一部分會(huì)趨向于涂膜的氣液界面（表面）。所以使用 BYK-347 時(shí)對(duì)水性底色漆的表面張力影響小，有利于下一道涂料（罩光清漆）的潤(rùn)濕，但對(duì)飛濺的漆霧接受性稍差。而 BYK-345 則在促進(jìn)底材潤(rùn)濕的同時(shí)又能適當(dāng)降低涂膜的表面張力，因而可改善涂膜的漆霧接受性。使用 BYK-345 還是 BYK-347 ，或者兩者合用，可根據(jù)配方和性能要求經(jīng)試驗(yàn)確定。 6 消泡劑 水性涂料比溶劑型涂料容易起泡，因此水性底色漆中必須有消泡劑。常用的消泡劑是 BYK-028 和 BYK-011 ，它們都是比較溫和的消泡劑，與體系的相容性較好，不會(huì)引起縮孔等弊病。對(duì)不含效應(yīng)顏料的底色漆，則可在磨顏料漿時(shí)加入消泡作用較強(qiáng)的消泡劑，如 BYK-012 、 BYK-017 和 BYK-024 ，但它們對(duì)最終涂膜有無(wú)不良影響（如縮孔），應(yīng)在試驗(yàn)中評(píng)定而確定是否使用。 BYKETOL-WS 是一種防止漆膜烘烤時(shí)水分爆泡和消除針孔的助劑，也可根據(jù)需要添加。 表 3 是一個(gè)銀色水性底色漆的試驗(yàn)配方，供讀者參考。 表 3 銀色水性底色漆的參考配方
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