客车用水性底盘防锈蜡制备及性能研究

潘　良，高　健，王　升，周宪民，李滢璐

（沈阳帕卡濑精有限总公司，沈阳110042）

0　引言

通常大型客车行驶过程中，客车底盘经常处于复杂恶劣环境，自新车制造、使用直至报废，底盘均起到支撑车身作用，其不仅遭受各种尺寸的高速砂石袭击，也时常受到雨、雪及泥浆侵蚀，如果行驶在坎坷路面，客车底盘也容易出现各种程度擦伤及破坏，上述恶劣使用环节，如果对于客车底盘进行简单的防腐处理难以满足使用要求。

同时客车底盘防锈涂料涂装环节条件较差，其主要体现为3个方面：1）很多客车厂采用敞开涂装车间，车间内温度与外界环境温度相同，冬季施工低温易造成涂料不易干燥或者涂膜开裂；2）一些客车厂客车喷涂完立即进行淋雨试验，这要求涂膜在极短时间内表干或实干，否则涂膜被水冲掉；3）敞开式工作环境，压送风系统作用不明显，喷涂溶剂型底盘防锈涂料过程中，涂料液滴飞溅量及VOC挥发量大。

另外，传统溶剂型底盘防锈涂料VOC含量高，实际使用过程容易造成严重的环境污染，并危害喷涂工人身体健康，随着我国政府日益重视环境保护，并出台各种政策治理环境污染问题，出于降低汽车底盘防锈涂料生产及使用过程中VOC挥发量的目的，因此必须使用环保型涂料。水性底盘防锈涂料主要使用一定比例的水代替有机溶剂，实际生产及使用过程中，VOC挥发量大幅度减少。

1　试验部分

1.1　主要原料与器材

1.1.1　试验原材料

水性树脂：水性醇酸树脂A1、水性丙烯酸树脂A2及水性改性环氧树脂A3；水性流平剂：BYKC1、BYK C2以及道康宁C3；抗闪锈剂：德谦海明斯D1、Halox D2和Halox D3；增稠触变剂：ASE E1、TEGO E2和JC E3色浆：CSE H1、EM H2及T H3；功能助剂：醇类成膜助剂，美国依士曼；水性抗盐雾助剂，道康宁，上述试验原材料均为分析纯。

1.1.2　试验器材

本试验采用的主要仪器设备如表1所列。

1.2　试验方法与技术路线

水性底盘防锈蜡制备流程具体步骤如下：1）将色浆、增稠剂、醇类成膜助剂水性抗盐雾助剂依次加入盛有一定量去离子水的容器1内，以3 000 r/min的转速搅拌40~ 60 min；2）以100 ~ 300 r/min转速条件下，将去离子水加入盛有水性树脂的容器2内，搅拌15 ~ 30 min；3）将聚乙烯蜡乳液、流平剂，抗闪锈剂以及消泡剂依次加入混和水性树脂和去离子水的容器2内，药剂投加时间间隔5 ~ 10 min，然后以1 000 ~ 1 500 r/min转速搅拌10 ~ 15 min，再将容器1混合液体缓慢倒入容器2内，继续搅拌40~ 60 min即可。

1.3　产品性能测试

产品性能测试结果见表２所。

2　结果与讨论

2.1　水性树脂的选择

对于防锈蜡体系来说，主体树脂成膜物对于整体产品性能影响极为显著，因此选择合适的主体树脂尤为重要。依据产品设计要求，初步筛选的树脂成膜物质具体包括水性醇酸树脂A1、水性丙烯酸树脂A2，水性改性环氧树脂A3，然后测试这些树脂性能，其中闪锈试验主要在相应树脂中，加入0.5%的抗闪锈剂后，涂覆在冷轧板上，干燥后观察是否存在闪锈。

根据表2树脂性能测试数据可知：首先水性醇酸树脂A1耐水性差，5 d耐水试验出现明显涂层脱落及开裂情况，并且自身表干速度较慢，加入配套催干剂后，表干时间缩短，仍不满足产品开发要求；其次水性丙烯酸A2耐水性差，5 d耐水试验也出现涂层脱落及开裂；对于水性改性环氧树脂A3来说，综合性能优异，耐水性好，并且表干时间短；因此综合上述情况，确定产品主体树脂为水性改性环氧树脂A3。

2.2　蜡的选择

水性树脂体系中引入一定量的蜡，便于形成致密性涂膜，进而提升整体产品体系的耐水性，因此在一定量的水性改性环氧树脂A3中分别添加聚乙烯蜡乳液B1、石蜡乳液B2以及微晶蜡乳液B3，添加比例为2%、4%及6%，然后利用涂膜刮涂器制备50 μm干膜，具体性能检测数据见表3所列。

由表3可知，水性改性环氧树脂A3中添加不同比例的石蜡乳液B2，涂层出现明显起皱情况。而添加微晶蜡乳液时，耐盐雾时间不足，这主要由于引入微晶蜡乳液B3，抑制原有树脂体系的耐盐雾性能，并且涂层开裂问题显著，表干时间为2 h。使用聚乙烯蜡乳液B1时，添加2%的涂层耐水试验后出现明显的起皱情况，添加量增加至4%、6%时，耐水性改善，老化时间延长至1500 h。因此综合评估上述数据，确定使用聚乙烯蜡乳液B1，其添加比例为4%。

2.3　流平剂的选择

对于水性蜡体系来说，流平剂作为常用性助剂之一，其能促使涂料在干燥成膜过程中形成一个平整、光滑、均匀的涂膜，还可有效降低涂饰液表面张力，提升其流平性和均匀性。

参考客户产品需求，初步确定的流平剂具体包括BYK C1、BYK C2以及道康宁C3，具体在树脂中添加不同比例的流平剂，基于确保喷涂操作质量的目的，重点考量成膜均匀性，并评估引入成分对树脂盐雾性能的影响，其中盐雾试验主要使用A3树脂，添加一定比例的润湿剂，冷轧板涂覆干膜50 μm，见表4。

根据表4试验数据可知，与其他类型流平剂相比，BYK C1添加量为0.2%时，成膜均匀性好，盐雾时间达到480 h。而BYK C2使用过程中，盐雾时间可达到480 h，但成膜出现一定程度缩孔，道康宁C3成膜也存在缩孔，盐雾时间为336 h，所以综合上述情况，流平剂确定为BYK B1，添加比例为0.2%。

2.4　抗闪锈剂的选择

水性涂料具体以水作为主要溶剂，其对于人体及环境危害相对较小，但具体施工较为方便，安全性高，储存运输极为方便。但钢铁表面喷涂水性涂料，干燥过程中由于有水和氧的存在，极容易发生腐蚀，因此需要在水性涂料中添加一定量的抗闪锈剂。本试验选择抗闪锈剂为德谦海明斯D1、Halox D2和Halox D3，然后在水性改性环氧树脂A3添加不同比例的抗闪锈剂，同时考量成膜状态，具体在冷轧板上涂膜100 μm湿膜，然后观察成膜状态。抗闪锈剂性能测试结果见表５。

根据表5试验数据可知，德谦海明斯D1使用时，并未出现闪锈，但蜡膜出现缩孔情况。同时Halox D2添加量分别为0.1%、0.3%及0.5%时，均未出现闪锈，而且成膜均匀性好。另外，树脂中添加Halox D3，出现闪锈，并且蜡膜缩孔较为明显。根据上述数据，最终确定产品抗闪锈剂为HaloxD2，考虑成本因素，确定具体添加量为0.1%。

2.5　触变增稠剂的选择

触变增稠剂作为涂料广泛使用的助剂之一，其能够确保喷涂膜厚以及防止蜡液流淌[1]。本试验选择的增稠剂为ASE E1、TEGO E2或JC E3，重点考量喷涂流挂性能，假使黏度过高易导致蜡液流平缺陷，黏度过低易出现流淌，并且黏度及蠕变率也应适当考虑，见表６。

根据表6相关数据可知，对于ASE E1、TEGO E2和JC E3来说，添加量为0.1%、0.2%及0.3%时，树脂体系黏度均呈现上升趋势，而蠕变率明显减少。同时树脂中添加ASE E1及TEGO E2后，30 d后蜡液便发生明显凝胶情况，而JC E3添加量为0.1%、0.2%及0.3%时，120 d蜡液均未出现明显变化。根据产品蜡液黏度要求，确定产品使用的增稠剂为JC E3，而实际添加量为0.1%。

2.6　消泡剂的选择

涂料生产会形成大量泡沫，其不仅影响生产放料速度，也会使得涂料涂膜表面出现明显缺陷，所以要求选择适当的消泡剂[2]。对于本产品体系来说，消泡剂要求抑泡和消泡作用均较为突出，特别是持久性消泡能力，同时也不会显著降低涂料表面张力，确保整体体系具备较高的相容性，防止出现涂膜缺陷情况[3]。

本试验采用的消泡剂分别为BYK F1、BYK F2以及澳汉F3，然后在现有树脂体系中分别添加0.1%、0.2%及0.3%的消泡剂，再利用涂膜刮涂器制膜，膜厚为50 μm，具体评估消泡剂类型及使用量对蜡膜性能的实际影响，测试结果见表7。

根据表7数据可知，添加BYKF2时，涂膜过程均未形成微泡，而成膜表干后出现明显缩孔。而添加澳汉F3时，涂膜均产生大量微泡，而且实际成膜表干后发生缩孔。添加BYK F1，涂膜过程并未出现微泡，成膜表干时，添加不同比例的涂膜并未出现有缩孔。BYKF10.3%及0.4%添加时，存在一定量的质点，而0.2%BYK E1涂膜并未出现上述问题。因此确定消泡剂为BYK F1，最佳添加比例为0.2%。

2.7　色浆的选择

普通色浆具体将有机或无机颜料进行充分分散、润湿，制成浆状后加到胶体系统中，其能克服多种颜色传统磨浆法的不足，获取优异的颜料相容性。依据底盘使用要求，选择黑色色浆，具体为CSE H1、奕美EM H2及彩溢TH3，并在水性底盘蜡中添加不同比例的色浆，在冷轧板上涂膜150 μm湿膜，然后观察色浆颜色遮盖情况，具体数据见表8。

根据表8数据可知：奥唯特CSE H1添加量为0.1 %时，试片明显露底，添加量为0.2 %时，试片部分露底，添加量为0.3 %时，试片遮盖良好。奕美EM H2添加量为0.1 %时，试片出现明显露底，而添加量为0.2 %及0.3 %时，试片出现部分露底。而彩溢T H3添加量为0.1 %、0.2%及0.3 %时，3组试片均出现明显露底。综合上述数据，确定色浆为奥唯特CSE H1，添加量为0.3%。

2.8　产品性能验证

依据上述配方添加比例及相应的工艺条件，添加一定量的纯水、0.6%醇类成膜助剂及0.5%水性抗盐雾助剂，从而制备水性底盘防锈蜡成品。该成品具体性能检测参数见表9，目前这款水性蜡产品已通过中通客车线上试验。

3　结语

综上所述，本试验产品为水性底盘防锈蜡，并且各种原材料均为环保材料，生产及使用过程中VOC挥发量远低于传统溶剂型底盘防锈涂料。涂膜实际表干时间短，室温条件下表干时间为30~ 45 min，有效缩短底盘喷涂至淋雨试验的间隔时间，有助于保证正常生产节拍。同时涂膜硬度较为适中，并带有一定的柔韧性，可有效降低砂石高速撞击对于底盘漆膜表面的破坏。最后涂膜实际防腐效果尤为突出，长期处于雨水、冰雪等复杂环境下，仍可表现良好的耐水性及耐介质性。

参考文献略