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水性环保型涂料的清洁涂装工艺探讨

2014-08-20 15:52:52      点击:

我国实施《清洁生产促进法》已近2年。清洁生产的实质是一种从源头削减污染和预防污染为主要特征的环境战略;清洁生产能有效地减少产品使用过程中污染物的产生和排放;可以减少末端治理费用、降低成本,也是提高企业竞争力的佳途径;清洁生产给我国带来的经济、社会和环境效益是无限的。适应我国加入WTO后提供符合环境标准的清洁产品,从而在国际市场竞争中立于不败之地。
 
  涂装作为产品的防护和装饰措施,具有简便有效的特点,通用性强、使用广泛。然而在涂装施工过程中产生的废液、废气会造成环境污染。对人类生态环境的破坏和对人类本身的危害已逐渐为大家认识。而其传统的治理方法,一般是采用末端治理为主,为了促进开展表面行业清洁生产的实施,涂装行业也应对此传统模式作根本的变革。探讨开展推广环境友好型水性涂料的使用,应是行之有效的方案之一。
 
  1水性环境友好型涂料的发展
 
  环境友好型涂料是使涂装能确保环保要求的涂料,主要有水性涂料、粉末涂料和高固体涂料。当前,我国工业水性涂料的生产和使用,与国外相比差距很大。欧美发达国家水性木器涂料的销售量已占木器涂料市场的10%以上,占装修木器涂料市场份额的40%以上,而我国水性木器涂料在木器涂料的份额还不到1%。发达国家汽车制造业中汽车底漆采用水性涂料为92%,2000年欧洲中涂漆采用水性涂料为42%,底面漆采用水性涂料为50%。2004年日本水性底色面漆为23%。而国内对水性电泳涂料除具有规模的大厂使用较普遍外,还有很多微型车、卡车等尚在使用水性浸涂漆,配套使用水性涂料的报导不多。
 
  有关资料报道了2010年工业涂料的趋向:粉末涂料将由12%提高到20%;水性涂料占3915%(其中电泳涂料为17%,其他水性涂料为2215%);高固体涂料将由12%降至815%。
 
  从上述数据可知,水性涂料的发展已列于首位。另外,国外设于国内的汽车公司,在设计涂装车间时已考虑到准备使用水性涂料的设施,证实对水性涂料的预见性。
 
  2水性涂料的特点
 
  水性涂料在生产制造及施工应用中以水作为溶剂,使用的设备均可用水清洗;提高固体含量,使价格降低;水性涂料中颜料分散性较溶剂型差,会影响其耐候性;表面张力较溶剂型高,对工件表面的润湿性、展布性差,涂膜易产生针孔、缩孔、气泡及流挂等弊病;水性涂料的水分蒸发慢于溶剂型涂料,闪蒸时间长或需低温烘烤。对含水量较高的水性涂膜需晾干和在低于100℃温度下分段升温保温,待至水分基本去除,才可烘烤;剪切力对水性涂料的稳定性有影响,在循环系统中会随造成剪切力不同而现不同的黏度和流速。

3水性涂料的施工
 
  水性涂料的施工方法与常规施工方法无太大差异,应结合工件形状、防腐要求、外观装饰等具体情况,选用刷涂、浸涂、
辊(筒)涂、淋涂、辊涂等。对铸件采用浸涂,出槽后要充分流平,但浸涂所形成的涂膜不均匀。
 
  将薄片工件采用水性丙烯酸涂料以辊涂方式涂漆,以215m/min线速度,在230℃下3~4min固化后,能达到预期的涂膜。
 
  水性涂料的喷涂方法有如下几种:
 
  (1)空气喷涂,适用于黏度小于30s(涂-4杯)的涂料;
 
  (2)空气辅助无气喷涂(或称混气法),适用于黏度大于30s(涂-4杯)的涂料,已在木制家具业普遍使用;例如:水性醇酸磁漆的
施工条件为:涂料黏度:20~24s(涂-4杯);直流电压:45~60kV;固化条件:表干30min后于80℃、20~30min烘干。 
 
  4水性涂料的施工要求
 
  水性涂料的施工要求虽与有机溶剂型涂料要求基本相同,但仍有其特殊性。
 
  4.1涂装前表面处理
 
  木制品经去污或打磨后,表面无木屑粉尘;塑料件经清洁处理后,表面应无脱膜剂类残余污物及毛刺。同时,还需根据不同类型塑料材质进行表面活化或功能化处理;金属件在经过脱脂的基材上进行相应转化膜处理,采用喷砂(抛丸)的表面,要求达到
Sa21~2级,粗糙度50μm。
 
  4.2涂料过滤
 
  采用一般空气喷涂施工的涂料要经过180~200目滤网过滤,采用空气辅助无气喷涂施工的涂料应使用220目滤网过滤。
 
  4.3涂料黏度
 
  水性涂料施工黏度的高低,会造成涂膜出现流挂、桔皮等弊病,因此要根据不同施工方法和不同材质进行调节和控制。刷涂时黏度应为22~28s,浸涂时黏度在40~50s之间,一般喷涂时在15~25s,静电喷涂时宜在18~24s之间。
 
  4.4环境条件
 
  采用喷涂方法施工时,对环境的温度和湿度的变化比较敏感。其环境的佳条件为相对湿度(65±3)%,温度(23±3)℃。
 
  4.5环境空气洁净度
 
  闪蒸或晾干(预烘)过渡室要求10万级,对有装饰要求的喷涂室为1万级。
 
  4.6水质要求
 
  用于稀释涂料的水质,去离子水pH=7,电导率220S/cm;自来水pH=7,电导率170S/cm。
   4.7烘干
 
  由于水性涂料涂膜中含水量较高,一般情况下,不能直接进入高温烘烤,因此要自行蒸发或先在50℃及90℃温度下分段升温,然后进入工艺温度烘干,而对浸涂的工件,在出槽后尚需流平。
  5水性涂料的涂装  
5.1木制品的涂装
  早在1988年美国南加利福尼亚对木器家具厂提出使用水性涂料,经过这些年的研究发展,已获成功。国内木器生产厂也已逐渐推广,水性涂料主要类型有:水性聚酯、丙烯酸及聚氨酯水分散体涂料、双组分聚氨酯和丙烯酸聚氨酯涂料。单组分和双
组分聚氨酯涂料在目前应用相当广泛,水性木器涂料的综合性能已接近聚氨酯聚酯涂料。
 
  涂装工艺:底材打磨———涂底漆———打磨———刮腻子(2~3道,每道干燥2~3h)———打磨(600~1000#砂纸)———
涂底漆———罩面漆(1~3道,每道间隔015h,前二道干燥后打磨采用1000#砂纸)———干燥(自干或低温烘干)。
 
  水性底漆,提高木材浸润性,增大附着力;面漆的施工可采用刷涂或喷涂,涂料经200目滤网过滤;涂料黏度为18~22s。
 
  家具涂装施工时涂膜要薄,防止流挂,采用多层薄涂,干燥时间按生产厂规定。
  5.2塑料制品的涂装

以塑料取代木材、金属的趋势日益增加。在汽车零部件中,塑料比例已占25%以上。塑料底材表面处理主要有清洁处理和表面活性化,其目的是为提高底材与涂膜的附着,表面的油污可视塑料类型选用低级醇类和芳香烃及酮系溶剂。表面活性的方法有氧化处理、铬酸处理、电晕处理及等离子处理等。此外,由于塑料制品在压制成型后产生残余应力或局部结晶化,涂装时会发生开裂或细纹且不利于涂料润湿,可以分别采用退火或吹离子风来消除。这在开发和应用水性涂料中尤为重要。而表面功能化则是赋予底材导电,真空喷涂金属、紫外线保护层等特殊功能。近年来,国外推出塑料用的水性涂料,其主要品种有单组分
水性丙烯酸醇酸涂料、水性丙烯酸聚酯涂料、单组分及双组分水性聚氨酯涂料、水性环氧酯涂料等。  
 
    美国伊士曼公司出售含有一定量有机溶剂的PP专用水性底漆。常用的ABS、PC塑料制品涂装工序为:底材打磨或修整(适用于有毛刺或表面有缺陷的零件,包括填腻)———预处理(退火处理、醇类溶剂清洗或活性化处理、干燥)———消除静电(静电除尘)———涂底漆———晾干———烘干———静电除尘———涂色漆———晾干、流平———烘干———冷却———检
验。涂料施工一般喷1~2道,每道膜厚10~15μm。膜层过薄,影响流平;膜层过厚,会产生流挂、缩边等现象。
 
  5.3汽车涂装
 
  欧洲汽车涂料中,除电泳漆外,中涂及面漆水性化比例很高。一半以上轿车厂的涂装线使用了水性中涂,六成的轿车厂使用
水性底色漆(其中水性金属闪光底色漆的应用也很广泛,水性罩光漆也处于在试用完善中)。
  美国通用汽车公司的德国欧宝公司的艾森纳赫厂是涂装工艺全部实现水性化的家工厂。在日本本田、日产等汽车公司已有40%~50%涂装线采用水性涂料,涂料品种为水性丙烯酸聚酯型及水性聚酯氨基中涂漆,固体分为60%,涂料黏度40s(涂
-4杯),固化条件140℃、30min,其性能接近溶剂型。
 
  国外轿车的涂装工艺为:电泳涂层(18~20μm)———水性中涂层(25~40μm,150℃、30min)———水性底色涂层(25~
40μm,80℃、10min,本色或金属色)———有机溶剂或粉末罩光涂层或水性罩光涂层(35~40μm)。
 
  水性中涂漆主要有聚酯和聚氨酯漆,固体分为50%~60%,烘干条件分别为:140℃、20min、80℃、15min。水性面漆、底色
漆主要有丙烯酸和聚氨酯漆。
 
  2002年DuPont公司为Volvo汽车公司开发了一种水性珍珠白色涂料采用三涂一烘(3C1B)工艺。即“湿碰湿”涂3道固化1
次的施工,即在标准喷漆线上完成3层涂料1次固化的喷涂作业。据介绍,该工艺对施工环境温湿度条件较宽。
 
  国内轿车的涂装工艺(本色漆轿车):电泳涂层+水性中涂+高固体分有机溶剂型本色漆层。由于我国地域辽阔,南北气候差别很大,在现有改进的水性涂料施工工艺的温湿度适用范围,温度20~30℃相对湿度50%~85%,据介绍,东北地区基本上可满足,
而我国南方地区在高温高湿的夏季,仍需采用特殊办法,上述3C1B工艺可获解决,但底色漆预烘干问题尚待研究。
 
  国外对水性涂料的喷涂都采用自动静电喷涂,而国内仍以使用手动喷涂为主。

对水性涂料的喷涂也有采用将工件加热至35~40℃或将涂料加热至35~40℃进行的。
   6水性涂料
 
  水性涂料是当前发展迅速的环保型涂料,但在亚洲使用比例极低,仅为3%(欧洲为42%)。水性涂料在投入生产使用中投资较高,如设备的耐腐蚀、烘干室、强冷设备、生产场地温湿度条件控制调节设备等。但在现有设备上加以改造,也是可行的,在
减少污染治理费用、降低材料消耗、保障操作人员健康等方面,能在短期内得到回报。
 
  涂料生产厂要加快新型水性涂料的开发,提高现有水性涂料质量,减少涂装作业中的细小气泡和烘干过程中产生的气泡,降
低固化温度和缩短闪干时间,提高光泽、硬度、外观装饰性及高温回粘等,以符合更广泛的使用要求。