引言

  随着我国工业化进程的加快,环境污染问题日益严重,人们的环保意识也逐渐增强,加上近期的溶剂税相关法案的出台,传统溶剂型涂料面临着严峻的挑战,而水性涂料以其低VOC 和环境友好等优点正进入一个高速发展的阶段。

  铝合金和镁铝合金以其高强度、低密度和可塑性强等优点,被广泛用于航空航天、汽车以及一些特殊工件上。水性环氧具有环境友好、优秀的附着力和耐化学品性能,已被开发用于铝合金和镁铝合金的表面防护。

  本研究探讨了以水性环氧乳液、水性环氧固化剂、颜填料以及助剂等制作了一款适合用在铝合金和镁铝合金基材上的水性环氧底漆。

  1 实验部分

  1.1 原料

  水性环氧固化剂:湛新公司;水性环氧乳液:国产;丙二醇甲醚:市售;氧化铁红:新乡;滑石粉:广福建材;磷酸锌:广西新晶;云母粉:滁州格锐。分散剂:迪高;基材润湿剂:毕克化学;消泡剂:迪高;防闪锈剂:海明斯;杀菌剂:国产;去离子水:自制。

  1.2 基础配方

  根据实验室性能检测数据,结合模拟施工,确定的基础配方。

  1.3 涂料制备

  将去离子水、分散剂以及消泡剂按顺序加入到研磨机中,分散均匀后加入水性环氧固化剂,再加入滑石粉、磷酸锌、云母粉、钛白粉和氧化铁红,待充分分散后研磨至细度≤ 40 μm,过滤出料。

  2 结果与讨论

  2.1 液态环氧和环氧乳液对漆膜性能的影响

  目前比较常用的水性环氧涂料体系大致有两类:一种是强制乳化或自乳化的环氧树脂乳液与水溶性环氧固化剂搭配;另一种是低相对分子质量液态环氧树脂和具有乳化功能的环氧固化剂搭配[2]。这两种方案各有优缺点,本实验选用进口的水性环氧乳液与水溶性环氧固化剂搭配制漆。

  2.2 n(环氧):n(活泼氢)对漆膜性能的影响

  不同的n(环氧)∶n(活泼氢)比例对漆膜的影响明显。按4 组实验比例分别为0.8∶1、1∶1、1.1∶1、1.2∶1 制备清漆,制板检验漆膜性能,实验主要从机械性能和耐液体介质两方面进行评价。

  综合性能以n(环氧)∶n(活泼氢)为1.1∶1 最佳。其他3 组实验的综合性能不够理想。由于水性环氧固化剂具有一定的亲水性,活泼氢过量时漆膜的耐介质性能有所下降,同时未反应的过量固化剂也会导致漆膜较脆,影响机械性能。而环氧乳液过量则会影响交联密度从而降低漆膜性能。

  2.3 PVC 对漆膜性能的影响

  研究表明,颜料体积浓度(PVC)对漆膜性能具有很大影响。选择适宜的PVC,漆膜对介质的吸附性小,能较为显著地提高漆膜的耐化学品性能和防腐性能。实验选取了5 个不同的PVC 进行对比实验,漆膜性能测试结果。由性能数据可以看出,当PVC 为30%时,漆膜的性能最佳。

  2.4 烘烤温度对漆膜性能的影响

  对于车辆涂装许多车辆工厂都有效率要求,烘烤条件是必须被考虑的重要工艺参数。适宜的烘烤时间能增强漆膜的交联密度,提高漆膜的耐盐雾等性能,也可以提高涂装工作效率。本实验选取了80℃ 、90℃ 、100℃、110℃共4 个温度下进行30 min 烘烤的工艺条件实验。

  在100℃和110℃烘烤条件下漆膜性能都比较理想,考虑到节能,推荐烘烤温度设定为100℃。

  2.5 漆膜性能检测

  以水性环氧乳液和水性环氧固化剂为成膜物质,n(环氧)∶n(活泼氢)比为1.1∶1,PVC 为30%,烘烤条件为100 ℃×30 min 的水性环氧底漆漆膜性能检测结果。

  2.6 铝合金和镁铝合金底漆涂装应用

  经过一系列实验调整,配方确定后制漆。选择电动车合金材质工件进行应用测试。喷涂前对底材进行打磨处理,去除工件的氧化层和钝化膜,增加底材粗糙度,有利于增加底漆对底材的附着。喷涂前需要进行除油除尘等底材预处理。调整涂料喷涂黏度,在处理完毕的工件底材上采用空气喷涂,喷涂一道底漆膜厚大概在30~40μm,喷涂后工件放置于通风环境5~10 min 后放入80 ℃烘道烘烤45 min。工件室温养护7 d 后进行性能检测,性能相较表5 漆膜测试结果相差不大,机械性能和防腐性能等已经足够能满足大部分客户的性能要求。能过应用测试结果,确定配方的水性环氧底漆在镁铝合金和铝合金上所表现的性能比较优异。

  从本实验配方在电动车合金材料上所表现的性能来看,完全能满足HG/T4759-2014《水性环氧树脂涂料》标准的要求,据电动车厂家的后期使用反馈,本产品所表现的性能足够满足当前市场需求,综合来看,这款水性环氧底漆在镁铝合金和铝合金上应用具有良好的市场竞争力。

  3 结语

  (1)经实验研究确认,选择水性环氧乳液和水性环氧固化剂为成膜物质,在n(环氧)∶n(活泼氢)为1.1∶1、PVC 为30%、烘烤条件为100 ℃×30 min 时,水性环氧底漆具有优异的综合性能;

  (2)水性环氧底漆适用于铝合金和镁铝合金基材的涂装。

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