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水性电机外壳专用工业乳胶涂料的研制

水性电机外壳专用工业乳胶涂料的研制

冯鹏程罗小峰朱博雅程于峰

(上海电动工具研究所上海200031)

摘要:通过优选防腐乳液作为基础成膜物质,配合适量的颜填料以及各种涂料助剂制备了一种低VOC 含量的水性电机外壳专用工业乳胶涂料。通过与溶剂型工业涂料的性能对比,表明该水性工业乳胶涂料的性能达到了电机外壳涂料涂装的性能要求。此外,还阐述了该水性电机外壳专用工业乳胶涂料的喷涂工艺要求。

关键词:水性工业涂料乳胶电机外壳 VOC

1 前言

我国电机行业对工业涂料的需求量巨大。但目前绝大部分电机企业主要使用的工业涂料,是可常温干燥的溶剂型醇酸涂料、丙烯酸涂料以及双组份的聚氨酯涂料。随着我国环保法律法规的不断完善和健全,强制性使用环保型工业涂料已经成为大势所趋。而水性工业涂料作为环保型涂料的重点发展方向,在电机行业中的应用具有非常广阔的市场。为响应国家的环保法令以及节能减排的政策规定,针对电机外壳的涂装要求,开发一款低有机挥发物(VolatileOrganic Compounds,VOC)排放并且性能接近溶剂型涂料的水性工业涂料迫在眉睫,意义重大。本文通过优选防腐乳液作为成膜物质,选择合适的颜填料以及涂料助剂制备了一种低VOC含量的水性工业乳胶涂料,并与溶剂型电机外壳用涂料作了详细对比,最后阐述了该水性电机外壳专用工业乳胶涂料的喷涂工艺要求。

2 工业乳胶涂料的制备

2.1 原材料

金属防腐乳液I,固含量为48%,国产;金属防腐乳液Ⅱ,固含量为41.7%,中国台湾长兴;金属防腐乳液Ⅲ,固含量为45%,德国巴斯夫;醇酯十二,市售;丙二醇,市售;95%氨水,市售水性润湿分散剂I,德国科水性润湿分散剂11,德国科宁;钛白粉,800目,市售;沉淀硫酸钡,1250目,市售;重晶石粉,1250目,市售;水性流平剂,德国科宁;水性增稠剂,德国科宁;去离子水,市售;水性消泡剂,德国科宁;水性防闪锈剂,市售;溶剂型电机外壳涂料I,市售;溶剂型电机外壳涂料Ⅱ,市售。

2.2 乳胶涂料的制备

乳胶涂料的制备采用两步法。

1)白浆的制备

按照配方表1将去离子水、丙二醇、润湿分散剂I、润湿分散剂Ⅱ、消泡剂、钛白粉、沉淀硫酸钡和重晶石粉在高剪切条件下搅拌均匀后,在卧式砂磨机中研磨到细度为30“m 即制得白浆料。

表1 白浆的制备配方

水性电机外壳专用工业乳胶涂料的研制

2)乳胶涂料的制备

按照配方表2,在放有一定量金属防腐乳液的搅拌罐中。随着低速搅拌,将所需量的白浆缓慢加入到乳液当中,直至搅拌均匀后,缓慢加入适量的成膜助剂。然后依次加入所需量的去离子水、氨水和水性防闪锈剂后搅拌5~10min;加入适量的水性流平剂搅拌5min后,加入所需量的增稠剂继续搅拌10min即制得水性工业乳胶涂料。

水性电机外壳专用工业乳胶涂料的研制

3 工业乳胶涂料的性能

乳液的性能是影响工业乳胶涂料性能的关键因素。性能较差的乳液只能适合在建筑乳胶漆中使用。本文选取了三种较为典型的金属防腐乳液,分别选自中国大陆、中国台湾长兴和德国巴斯夫。表3列出了三种工业乳胶涂料的性能。

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从表3中可以看出,三种金属防腐乳液的基本物理性能和力学性能相当。粘度在100~l10KU 之间,比较适中。加水10%,可适合喷涂施工。成膜都光滑平整,无流挂现象。铅笔硬度大于HB,附着力不低于2级,冲击强度不低于30cm,柔韧性为lmm,基本上可以达到工业涂装面漆的要求。三种工业乳胶涂料的VOC含量都控制在32g/L (扣水),远低于国家环保总局的HB C12-2002《环境标志产品技术要求水性涂料》规定的100g/L(扣水)的限值,表现出优异的环保安全性。对于耐水性和耐中性盐雾腐蚀性,金属防腐乳液Ⅲ表现出较为出色的性能,可以满足工业设备的轻防腐涂装要求。

表4为所制备的工业乳胶涂料与市售溶剂型电机外壳涂料性能对比数据。相比于溶剂型电机外壳涂料I,工业乳胶涂料的力学性能和耐水性与之相当,但耐中性盐雾腐蚀性240h仍无变化,显示出更加突出的化学抗性。除铅笔硬度和冲击强度不及溶剂型外壳涂料Ⅱ,耐水性和耐中性盐雾腐蚀性都达到了溶剂型电机外壳涂料Ⅱ的指标。这主要是由于溶剂型电机外壳涂料I的基体树脂是醇酸树脂,溶剂型电机外壳涂料Ⅱ的基体树脂是双组份聚氨酯体系。醇酸树脂的干燥机理是吸氧交联固化,其交联密度受很多因素的限制;而聚氨酯双组份体系则在室温下就可以发生较快的交联固化反应,而且交联密度高,性能优越,但价格较为昂贵。自制的工业乳胶涂料的干燥过程则是集合物理交联和化学交联的双重机制。其中以粒子聚集的物理交联方式为主,官能团之间的室温自交联的化学反应方式为辅。由于所选乳液是疏水改性的苯丙乳液,并且复合了多种具有特殊官能团的功能单体和助剂,赋予乳液优异的成膜性能、干燥性能甚至耐候性。成膜后,2h即可完全实干,短期内即可达到一定的力学强度。

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4 水性工业乳胶涂料在电机外壳中的施工工艺

通过优选金属防腐乳液的基础上,选择合适的颜填料、水性色浆以及各种涂料助剂,经过配方优化制备了深灰色水性工业乳胶涂料。并采用喷涂工艺对电机外壳进行了表面涂装。具体涂装工艺如下:

1)施工前要将电机外壳表面锈迹、油污、灰尘清理干净。

2)开罐后应将涂料充分搅拌均匀,然后用去离子水兑稀至30~40s较为合适,再次搅拌均匀后静置30min后方可喷涂施工。搅拌不均匀可能会导致漆膜产生浮色,而过量的水稀释可能会引起流挂。

3)喷涂所用喷枪只可喷涂水性涂料,否则可能会导致涂料破乳或者絮凝。喷涂压力控制在0.2~0.5MPa比较适宜。注意不得过细雾化,但是也要防止雾化不良。出漆量不宜过大,漆膜厚度在50 u m较为适宜。

4)应选择晴天施工。环境温度5~40oC,相对环境湿度80%以下为佳。不可以在3℃以下和环境湿度大于80%条件下涂装。涂装后的漆膜2h内不可雨淋,更不可用水冲洗。

漆膜2h即可完全实干,电机外壳表面漆膜饱满、光泽度高,无闪锈和浮色发花现象,如图1所示。常温干燥3~7d后,漆膜的机械强度、耐水性和耐中性盐雾腐蚀性都达到了溶剂型电机外壳涂料的产品性能指标。

水性电机外壳专用工业乳胶涂料的研制

图1 水性电机外壳专用工业乳胶涂料喷涂施工前后对比图

5 结语

研制的水性电机外壳专用工业乳胶涂料,力学性能达到了溶剂型电机外壳涂料的指标要求,并且具有较低的VOC含量,符合国家环保总局所制定的环境标志产品要求,在电机行业具有非常广阔的市场需求和巨大的经济效益。

参考文献

[1】涂料工艺编委会.涂料工艺【M】.北京:化学工业

出版社,1997

[2】刘国杰.水分散体涂料[M】.北京:中国轻工业出

版社,2004