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联固化学:水性双组分工业漆痛点难点解决方案

来源: 黄山联固新材料科技有限公司 2021-10-13 13:57

慧正资讯: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。

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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,创新使用內乳化技术,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:Banco2093和Banco2095。二者性能对比见表1。

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表1:两套低VOC、高性价比环氧分散体方案:2093、2095

Banco2093粘度只有700cp.s,VOC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。Banco2093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.s,VOC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,可使表干时间可进一步减少,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:Banco2091A+Banco927。Banco2091A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℃30min,320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。

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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。

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图3:水性环氧DTM的光泽随适用期不断减少

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表2:Banco970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、减少人力等等的考虑,越来越多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。环氧底漆推荐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的“湿碰湿”。如下图5做的“湿碰湿”,23℃100RH%微风下,喷涂50um2095+933,流平5min,再喷涂50um2720+3580A中铬黄,流平20min,60℃烘烤30min,20°光泽86.1,60°光泽92.7,板面良好。

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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,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Uacryl2720或者Uacryl2150,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80,60°光泽>90,见图6。

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图6:2720+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Uacryl2766。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HT100、3300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。

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图72766超长适用期原理图以及35℃适用期表现

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图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/CRRCJ44-2019,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。

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图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>85,VOC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10。Uacryl2739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。

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图10:2739+3598A高光高丰满度,150℃2h不黄变

结语

2021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。

关于联固化学

联固化学(AUG)始创于1998年,是一家集研发、生产、销售于一体的国家级高新技术企业,专业提供环保化学材料、专注为涂料、油墨等行业提供高性能、环保、新型和各种精细化工原材料。

联固化学的经营价值观:“善行做人”、“专注做事”

联固化学以水性化技术的实践者与探索者的工匠精神,体现在全体员工的思想和行动中,融汇到为客户的服务和产品体验中!

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