水性涂料在工程机械结构件涂装线上的应用

张士伟吕行佟运成

摘要：随着时代的发展，人们越来越关注环境保护。溶剂型涂料含有大量的挥发性有机溶剂（VOC），在施工干燥过程中，这些有机溶剂会挥发，造成了资源的浪费，同时也污染了环境，因此各国都以法规的形式限制VOC的排放。水性涂料具有无色无味、低黏度、快干、高固含量、成本低等优点，并且在制造过程中不使用有机溶剂、施工过程不排放有机溶剂，完全符合国际流行的“4E”原则，因此水性涂料具有良好的发展前景。

关键词：水性涂料；工程机械；结构构件；涂装；应用；分析

引言：随着大气污染问题日益严重，节约资源、绿色发展环保意识的形成，工程机械涂装生产过程的治污减排也越来越迫切。传统的溶剂型涂料含苯系物、酯类以及游离的TDI等大量有机溶剂和有害物质，有机溶剂挥发是涂装行业造成大气污染的主要原因。为达到环保要求，从源头控制和减少挥发性有机物（VOCs）排放，涂装所用的传统溶剂型涂料需逐步向水性化、高固体、粉末涂料及ＵＶ光固化涂料等４个主要方向过渡。

1.水性涂料的成膜机理

1.1物理成膜

物理成膜主要有3个过程：一是水蒸发；二是乳液颗粒靠近变形并变得密集；三是互相扩散，当干燥温度T＞Tg时，最终成膜。乳液成膜过程中，存在一种动力（包括悬浮体系的作用力、范德华力、双电层重叠排斥力、毛细管作用力等），使得粒子流动。

1.2化学成膜

化学成膜主要是通过各种活性基团相互之间反应，从而交联成网状结构的薄膜。水性涂料通常出现的形式是羧酸盐或胺盐，在干燥固化的时候，随着温度的升高导致胺挥发形成胺类衍生物。水性涂料也可以选用胺类固化剂来进行固化成膜。

2.水性涂料的分类

2.1水性环氧涂料

随着社会的进步以及人们环保意识的增强，环氧涂料出现了很多种类的环保涂料，包括粉末、无溶剂以及水性环氧涂料。实用常温固化型的水性环氧涂料大多是双组分水乳化涂料，一个组分是低相对分子质量的环氧树脂，另一个组分是固化剂。通常水性涂料的施工时限较短，常受制于涂膜的光泽，超过时限则涂膜失去光泽，时限很短。Anchor公司的SDarwen用胺加成物代替聚酰胺作为固化剂，制得的水性环氧涂料不仅施工时限延长，而且其防腐性能可以与溶剂型涂料相媲美。水性环氧涂料省资源、低污染水性环氧涂料以水代替有机溶剂。水性环氧涂料的水的来源广泛，可节省大量资源，在生产、运输、涂装过程中，基本上无污染物产生、无火灾危险，因而有益于保护生态环境。水性环氧涂料被涂物件表面经除油、除锈、磷化处理后，不必完全干燥即可涂装。水性环氧涂料当采用电沉积施工时，对被涂物件表面处理有更严格的要求。施工设备、工具均可用水清洗。

2.2水性丙烯酸涂料

丙烯酸类水性涂料在水性涂料中应用较为广泛，在使用过程中能显示出优良的性能，包括：防腐、耐碱、耐水、成膜性好、保色性好、容易配成施工性良好的涂料、涂装工作环境好、使用安全。水性丙烯酸涂料主要有两大类，第1类是水稀释型丙烯酸涂料，第2类是乳液型丙烯酸涂料。制备水稀释型丙烯酸树脂的方法是溶液聚合。该反应过程主要是利用含有羟基等活性基团的不饱和单体与丙烯酸酯单体发生溶液聚合反应，通过向反应液中添加碱性液体发生中和反应，将得到的产物溶解在水中得到目标产物。将水稀释型丙烯酸树脂与氨基树脂、异氰酸酯一起使用，可以得到水性单组分和双组分丙烯酸聚氨酯涂料，通过该方法制得的水性树脂的性能会得到很大提高，甚至可以接近溶剂型丙烯酸树脂。水可稀释性丙烯酸树脂的合成与溶剂型丙烯酸树脂的合成最大的不同在于其聚合反应是在助溶剂中进行的，水是在后期加进去的。

3.水性涂料在工程机械结构件涂装线上的应用

3.1仓储

水的冰点比大多数有机溶剂高，水性涂料的冻融稳定性差，要求运输和仓储温度为10-35℃，尤其是冬季需增加保温措施。如果贮存在低于冰点的温度环境，会改变涂料的溶解特性而导致其中的活性物质沉淀、不均匀。并且此过程是不可逆的，即使经过加温处理，水性涂料也不会恢复到均质状态，其特性已被破坏。需在现有仓库内增加供暖设备，加装接入暖气换热器，关停危险品仓库内所配置的排风装置，保证冬季仓储的温度大于15℃。

3.2涂装前处理

工程机械结构件以热板焊接为主，目前普遍采用自动抛丸的方式进行除锈、除氧化皮处理。结构件在焊接、加工等过程中使用的防飞溅剂、切削液等导致工件表面存在大量油污，因此，抛丸前需用棉纱蘸除油剂，由内到外将待涂装表面连续擦洗两遍，进行表面除油处理。水表面张力（r=72.8mN/m）约为常用有机溶剂的2.5倍，对底材的表面润湿性差，尤其是油水间极性相差大，如工件表面有少量油污极易产生缩孔、附着力差等问题。因此，水性涂料涂装过程中对底材表面清洁度要求更高，需严格控制使工件表面清洁度达到。0-1级（GB/T18570.3），喷射清理等级达到Sa2.5级（GBT8923.1）要求，且抛丸后4h以内必须喷漆，防止二次锈蚀或污染。

3.3涂料调配

参考溶剂型涂料调配方法，用气动搅拌机将水性涂料搅拌7-10min，根据使用量按规定比例称量加入配套固化剂并搅拌均匀，逐步添加适量纯水调配到合适薪度，底漆35士2S（涂一4杯），面漆30士2S（涂一4杯）为宜。使用气动搅拌器充分搅拌7-10min后使用120目铜网过滤静置待用。双组份水性涂料相比溶剂型涂料活化期更短（<3h），因此要随调随用。

3.4底、面漆喷涂

水性底、面漆在相应的底、面漆水旋喷漆室进行，水的汽化潜热为一般有机溶剂的5-7倍，较有机溶剂蒸发慢，且其挥发速度受环境湿度、温度等因素影响明显，为防止产生流挂、光泽不良等质量问题，对喷漆室的温度、湿度、风速等参数要求更加严格，且要求工件表面温度>15℃。经测量，目前喷漆室温度为25±2℃，相对湿度为50±5%，风速为0.3-0.5m/s，工件表面温度为20±2℃，综合条件适宜水性涂料施工要求。

水从液态变为水蒸气其体积膨胀1244倍，使喷漆室中的湿度升高，当湿度达到80%以上或者温度低于15℃，水分挥发速度明显下降，喷涂过程中极易产生流挂影响涂装质量，因此要确保喷漆室送、排风系统运行正常，能够良好通风使涂装过程中产生的水分及时排出，且在温度低于15℃时应打开空调加热系统。

总结：随着水性工业涂料及涂装技术的不断发展，水性涂料施工存在的问题将逐步改善，扩大水性涂料的施工范围（温度、湿度要求），缩短水性涂料中间闪干时间，推行2C1B（两涂一烘）水性涂料紧凑型工艺，涂料直接成本也将逐步降低。面对环保压力和相关政策的引导，工程机械行业涂装切换水性涂料势在必行，水性涂料有利于实施清洁生产、节约资源、改善环境污染，有助于取得良好的经济效益和社会效益。

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