水性双组分工业漆痛难点解决方案

2021-10-21 08:44:20 namei 4


来源:PCI可名文化

近年来随着我国环保政策不断出台和实施,金属涂装市场的油转水工作如火如荼地进行,水性涂料的市场份额在不断提高。一般而言,水性树脂含有亲水基团,耐水差、耐腐蚀性差,另外水的蒸发潜热大导致慢干、施工性差。因此,我国最初大量切换成水性漆的金属涂装市场为低端单组分涂料市场,如脚手架、栏杆等轻防腐钢结构市场。但随着环保政策的不断深入,中高端双组分金属防腐市场对油转水的呼声越来越高,而在切换的过程中,技术上也遇到了各种各样的困难。

联固化学专注水性双组份树脂、固化剂自主研发十余年,通过研发应用销售铁三角在市场上不断联动,顺应市场,推陈出新,不断解决技术问题。本文总结了水性双组分工业漆近几年遇到的痛点、难点,并提出相应的解决方案。

问题1:水性环氧乳液价格高、VOC高难增稠

2021年化工原料深陷涨价狂潮,环氧氯丙烷紧缺导致环氧树脂直线飙涨。另一方面,环氧乳液通常由外乳化油性环氧树脂制得,粘度高(8000-12000cp.s)、VOC较高(130-150g/L),溶剂较多导致增稠困难。为此,联固化学在现有环氧聚合物基础上,重新进行分子设计,创新使用内乳化技术,并进一步优化配方成本,推出了两款快干,性价比高,低粘,VOC低的环氧分散体:Banco 2093Banco2095。二者性能对比见表1

1:两套低VOC、高性价比环氧分散体方案:20932095

Banco 2093 粘度只有700cp.sVOC只有40g/L。溶剂的减少,使其易被聚氨酯增稠剂增稠。特殊单体的存在使其适用期有明显幅度的增加,常温下可达到8h,减少现场施工因适用期过短导致涂料报废的成本风险。Banco 2093在相同固含下,价格较低、快干、早期耐水优秀、耐盐雾良好,300-400h,为钢结构、低端工程机械市场提供高性价比解决方案。

Banco2095粘度在3000cp.sVOC也只有65g/L。虽然它在相同固含下,价格比Banco2093高,但是它在两方面可降低环氧漆的成本:1)当量大,1300g/mol,搭配的固化剂添加量可相应减少,降低配方成本;2)抗流挂优异,普通环氧乳液加固化剂降粘,而Banco2095加固化剂增粘,因此施工时可以兑很多的水降粘,却不影响流挂。测试发现,其兑13%的水依然可以做到120um干膜不流挂,因此施工成本低。此外,由于其乳化结构稳定,Banco2095可研磨、可耐强极性溶剂。树脂配方中加入酒精,可使表干时间进一步减少,非常适合在高湿条件施工、或者湿碰湿场景。其早期耐水优秀,耐盐雾优秀,500-600h,为钢结构、中高端工程机械、轨道交通市场提供高性价比解决方案。

问题2:水性环氧底漆打磨粘砂纸

中高端工程机械、高铁、地铁、大巴漆在喷涂完环氧底漆后,为了保证中涂或者面漆的表面效果,一般会对环氧底漆进行打磨。而水性环氧底漆通常上硬度较慢,打磨容易粘砂纸,导致打磨效率变低,见图1,这在注重精益生产的流水涂装线是不可接受的。为此,联固化学推出快干易打磨环氧配套:Banco 2091A+Banco927Banco 2091A环氧树脂玻璃化温度较高,而Banco927水溶型改性多胺加成物,封端率低,反应活性高。配套涂层硬度上升快,可实现70℃30min320目砂纸打磨不粘砂纸,见图2。另外,该配套虽然快干,但是适用期也可达到4h

问题3:水性环氧底面合一漆光泽不稳定

汽车零配件、室内设备、地下大型管道等对耐候要求不高的场景会选择中光或者高光环氧DTM。而很多中光或者高光水性环氧DTM光泽度会随着适用期、烘烤工艺而不断变化,见图3。光泽的不一致,颜色也并不会一致。最终使得不同喷涂批次的工件、或者大型工件不同区域颜色不一致。为此,联固化学推出长效稳定光泽环氧固化剂Banco970,可做到在不同的干燥条件、适用期内,中高光DTM的光泽稳定,见表2


3:水性环氧DTM的光泽随适用期不断减少

2Banco970适用期、不同干燥条件下的光泽变化

问题4:水性环氧底聚氨酯面漆湿碰湿

基于加快生产节拍、节能减排、减少人力等的考虑,越来越多的工程机械涂装线将传统的两喷两烤(2C2B)改成了两喷一烤(2C1B):在环氧底漆未完全干透时喷上聚氨酯面漆,再进行烘烤,即所谓的湿碰湿湿碰湿工艺对水性漆的应用提出了很大的挑战。水性环氧底漆普遍慢干,在湿的环氧上喷上聚氨酯面漆,脂肪胺会优先和异氰酸酯发生反应,面漆易起痱子,产生聚脲颗粒等表面缺陷。为此,联固化学推出两条技术路线的湿碰湿方案。

技术路线一:使用表干快速的水性环氧底漆,使得脂肪胺锚定在底漆中,减少与面漆的副反应。环氧底漆推Banco2091A+Banco920,利用Banco2091A高玻璃化温度实现快速表干,湿碰湿效果见图4

或者Banco2095+乙醇+Banco920,利用2095加乙醇不破乳的特性,乙醇在高湿条件下把水带出,实现表干。技术路线一要求等底漆表干后再上面漆,底漆表干通常在15-30min,具体表干时间视空气湿度和温度而定。推荐加装通风设备保持低湿度,或者对工件进行预热处理再喷底漆,加速环氧底漆表干。

技术路线二,使用和异氰酸酯固化剂反应缓慢的脂肪胺固化剂,减少湿碰湿副反应。环氧固化剂推荐Banco933,搭配Banco2095+乙醇,不等底漆表干,即可喷面漆,可实现更短时间——5min湿碰湿。如下图5做的湿碰湿23℃100RH%微风下,喷涂50um 2095+933 ,流平5min,再喷涂50um2720+3580A中铬黄,流平20min60℃烘烤30min20°光泽86.160°光泽92.7,板面良好。

问题5:水性聚氨酯厚涂急烘易起痱子

因为NCO易和水反应生成二氧化碳,相对于油性漆,水性聚氨酯面漆从开始推出到现在就一直存在起痱子的风险。有些较差的水性聚氨酯面漆配方,施工时需要把干膜膜厚做到50um以下,流平至少15min以上,等泡脱完后再烘烤,才能保证板面无痱子。水性聚氨酯面漆的这些施工问题一直困扰着一些追求效率、喷涂手法控制不好、涂装线短的客户。为此,联固化学推出Uahard3580A异氰酸固化剂,该固化剂疏水亲油,双组分混合后,和水的副反应较少,搭配高抗痱子羟丙分散体Uacryl 2720或者Uacryl 2150,可轻松做到喷涂90um干膜,不流平,60℃急烘不起痱子,板面效果良好,20°光泽大于8060°光泽>90,见图6

62720+3580A 不流平,直接60℃急烘不起痱子

问题6:水性聚氨酯面漆适用期短、配方成本高

无论是国标要求还是现场施工要求,水性或者油性,中高端聚氨酯面漆都要求常温适用期须达到4h,夏天高温(35℃)适用期达到2h。通常的做法是在固化剂拼入IPDI来延长适用期。但是IPDI成本高,2021年甚至出现了断货的情况。另一方面,水性聚氨酯面漆一直成本居高不下,究其原因,水性异氰酸固化剂价格太高了。为此,联固化学推出了长适用期、可加油性异氰酸酯固化剂的羟丙分散体Uacryl 2766。该产品创新使用了有机包裹层技术,在羟丙分散体的核壳结构外接枝包裹层,利用包裹层的位阻效应,减缓活性羟基和异氰酸酯固化剂的反应,得到长的适用期。分子结构设计原理和适用期粘度变化数据见图7,在不加IPDI的情况下,在25℃下适用期4h光泽不变、粘度不变,在35℃下适用期3h光泽不变、粘度不变。另外该产品乳化性能优异,可搭配油性HDI固化剂,如HT1003300等,无论是做无机色还是有机色,60°光泽均可达到90以上,如图8

7 2766超长适用期原理图以及35℃适用期表现

8 无机/有机色2766+油性HDI固化剂高光照片

问题7:水性聚氨酯面漆VOC高、丰满度差、高温黄变

高端聚氨酯面漆要求板面流平好、20°角光泽高、丰满度好,在一些场景如中车Q/CRRC J 44-2019,还要求动车水性聚氨酯面漆能够耐高温黄变(150℃1h),VOC低。然而水性聚氨酯面漆由于水和异氰酸酯副反应的存在,丰满度比油性的差,耐高温黄变较差,见图9

9:水性聚氨酯耐高温黄变问题(150℃1h

此外,为保证无泡膜厚,通常会在配方中增加慢干溶剂用量来延长漆膜开放时间,使得最终VOC偏高。为此,联固化学推出低VOC、高光泽、耐高温黄变羟丙分散体Uacryl2739。其丰满度高,20°光泽>85VOC只有10g/L。搭配水性异氰酸酯固化剂Uahard3598A,无泡膜厚可轻松控制在干膜120um,耐150℃2h不黄变,见图10Uacryl2739可很好满足高端水性聚氨酯面漆,如水性大巴漆、高铁漆、地铁漆的用户要求。

102739+3598A 高光高丰满度,150℃2h不黄变

结语

2021年是化工行业艰难的一年,国内外疫情持续蔓延,上游原材料工厂停工,进出口贸易受阻,原材料持续价格高位,甚至断货,涂料公司纷纷发出涨价函。油转水在技术困难和价格上扬的双重夹击下艰难前行,好在国家推进蓝天白云保卫战的决心和政策不变,市场持续转水的需求越来越大。联固化学秉承着您的水漆,联固护航的理念,十余年专注于水性双组分工业漆的树脂、固化剂研发和应用,一直致力于为客户提供最实际、最合理、最贴切的创新解决方案。本文分析总结了双组分工业漆近年来在油转水过程中遇到的一些痛点、难点,提供了相应的水性树脂和固化剂解决方案,为中国水性工业漆的持续发展助力。关键词:水性色浆,涂料色浆,纺织色浆,UV,通用色浆,轻防腐色浆,木器漆色浆,乳胶色浆,工业涂料色浆,环保色浆,双组分涂料色浆,2KPU色浆,聚氨酯涂料色浆。




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