淺談包裝桶用水性涂料
文/劉宏生
摘要:總結了包裝桶用涂料產品的優缺點和施工流水線設備的特點。通過樹脂、助劑的選擇和設備調整對水性涂料產品配方進行了研發優化,其現場使用效果良好,同時也總結了施工過程中的關鍵技術點以便現場控制。
關鍵詞:水性氨基;包裝桶;試驗;設備;施工問題解決
0 引言
隨著人們生活水平的提高,對健康和環保的要求越來越高,國家政策鼓勵和支持發展水性環保涂料替代溶劑型相關產品,個別污染嚴重的地區采取強制性措施要求停產整改。包裝桶行業作為傳統的涂料使用行業,隨著環保力度的加大和人們環保意識的提高,開始積極主動地尋找水性涂料產品,市場需求迫切。針對這一特點,總結以往同類涂料產品的優缺點和施工流水線設備的特點,通過樹脂、助劑選擇和設備調整對水性涂料產品配方進行研發優化,同時將施工過程中的關鍵技術點進行總結以便現場控制。
1 試驗部分
1.1 樹脂的選擇
鋼桶制造業用漆需求可歸納為:
1)裝飾性:主要表現為高的光澤度和豐滿度,較長的耐候性和保光保色性;
2)施工性:主要表現為適合桶漆高壓無氣旋桶噴涂流水線作業;
3)實用性:主要表現為高硬度,優良的機械性能,良好的防腐性、耐溶劑性及分色性能;
4)經濟性:由于鋼桶行業價格透明,屬于薄利多銷類產品,桶漆行業一般以價格較低的水性醇酸氨基或水性聚酯氨基類產品為主導,既能夠滿足產品需求又能在價格上讓行業接受。
綜合考慮行業需求,首先考慮光澤度和豐滿度高的水性醇酸樹脂SHG-132。經過制漆測試后發現該樹脂經高溫后略顯黃變,漆膜發脆,干性較差,影響產品的分色性能。為此,又復配了一款過烘烤性好、耐久性高、干性快、光澤偏低的不飽和聚酯樹脂SHG-134。
過試驗篩選,測試2款樹脂在不同比例時的各項性能,總樹脂含量為50%時可以保證漆膜光澤度在90%以上,具體比例及主要性能見表1(標準狀況下檢測)。
從表1 可以看出,隨著SHG-132含量的提高,光澤度和硬度也在不斷提高,但柔韌性變差,表干時間也增加,綜合考慮20/25方案效果最為理想。
表1 不同樹脂比例對漆膜性能的影響
m(132):m(134) |
光澤/% |
表干/min |
擺桿硬度 |
柔韌性/mm |
10:40 |
90 |
30 |
0.68 |
1 |
15:35 |
92 |
35 |
0.71 |
1 |
20:25 |
94 |
38 |
0.73 |
1 |
25:20 |
94 |
46 |
0.77 |
2 |
1.2 分散劑的選擇
為解決涂料的沉淀、絮凝、浮色、發花等問題,改善涂料的貯存穩定性,篩選出符合產品需求的高分子潤濕分散劑,此助劑可以同時提高有機顏料的展色性和潤濕分散性,有效縮短研磨時間,具體數據見表2。
表2 不同分散劑對效果和附著力的影響
分散劑 |
添加量/% |
研磨時間/min |
分散效果 |
附著力/級 |
SHD-20 |
0.4 |
45 |
多花色貯存效果良好,制板良好 |
≤1 |
SHG-26 |
0.4 |
90 |
有機顏料特別是黑和黃浮色,制板易發花 |
≤1 |
SHG-85 |
0.4 |
45 |
黑顏料效果好,但其他有機顏料易浮色 |
≤1 |
從表2可以看出,SHG-20分散效率高,研磨時間短,板面效果好,對此產品體系更為適合。
1.3 流平劑的選擇
流平劑可以改善干燥過程中漆膜的流平性,提高漆膜的抗劃傷性,還能夠作為“濕碰濕”雙色桶涂裝工藝中對應的分色助劑,調整各涂層產品的表面張力,解決施工過程中2種顏色交界處浮色滲色的難題。考慮到產品的配套性和附著力,篩選了一款中短波流平的氟改性丙烯酸酯流平劑解決縮孔、滲色問題,效果顯著。
采用正交互滴的方法進行分色試驗,具體方法為:
1)在試驗板上同時用涂布器刮涂需要分色的一種顏色產品;
2)快速滴加需要分色的另一顏色不同流平劑量的產品;
3)表干10min,觀察漆斑效果,要求邊緣光滑,漆斑無縮小或擴大。
以圖1為例,若藍斑擴大,說明藍漆表面張力小于白漆,配方中需增大藍漆的張力,但往往無法在現場調整藍漆張力,所以如果在現場,則降低白漆的表面張力,分色問題可以有效解決,不同表面張力對分色的影響見圖2所示。
從圖2可以看出,132白與3010藍套色時,由于白漆表面張力小,發生滲色現象。理想的分色效果是邊緣清晰光滑,漆斑不擴散、不縮小,見圖3所示。
圖1 正效試驗效果
圖2 表面張力對分色的影響
圖3 理想分色效果
1.4 流掛篩查
因為桶漆產品是高壓無氣噴涂,一次噴涂成膜偏厚,故需要在研制過程中考慮產品的流掛性,一般選擇流掛儀進行配方的流掛篩查。
1.5 氨基樹脂對光澤及其他性能的影響
在考慮水性漆涂裝性能的同時,也要關注產品使用過程中將會面臨的各種外界因素。由于產品的使用范圍廣,地域跨度大,結合傳統氨基烤漆在具備高硬度的同時也存在柔韌性差、漆膜發脆的缺陷(這種缺陷在溫差較大的環境中會更加明顯),通過氨基樹脂的調整來進行改善和解決。氨基樹脂包括丁醚化三聚氰胺甲醛樹脂、甲醚化三聚氰胺甲醛樹脂、混醚化三聚氰胺甲醛樹脂等,其中甲醚化三聚氰胺甲醛樹脂的水溶解性較好,被廣泛用于水性氨基烤漆的制備中。氨基樹脂的醚化程度和用量對漆膜的光澤和機械性能有較大的影響,為獲得較好的光澤和硬度,對不同醚化程度的甲醚化氨基樹脂進行了考察,確定了其最佳用量,結果見表3~4。
表3 不同醚化程度對漆膜性膜性能的影響
項目 |
氨基樹脂 |
SHG-104 |
SHG-105 |
烘烤條件① |
140℃,10min |
140℃,10min |
光澤(60°)/% |
94 |
92 |
耐沖擊性/cm |
50 |
50 |
鉛筆硬度 |
2H |
H |
注①:由于包裝桶制造行業有成熟的流水線,有效烘烤為140℃,10min,本文不進行試驗性調整。
表4 SHG-104用量對漆膜性能的影響
性能 |
SHG-104用量/% |
10 |
15 |
25 |
30 |
烘烤條件 |
130℃,20min |
130℃,20min |
130℃,20min |
130℃,20min |
光澤(60°)/% |
90.0 |
92.5 |
94.0 |
94.0 |
鉛筆硬度 |
HB |
2H |
2H |
3H |
耐沖擊性/cm |
50 |
50 |
50 |
40 |
附著力/級 |
0 |
0 |
1 |
1 |
耐水性/h |
120 |
168 |
240 |
240 |
耐鹽霧性/h |
72 |
168 |
192 |
192 |
耐乙醇性① |
劃痕 |
無變化 |
無變化 |
無變化 |
注①:用棉簽充分蘸取無水乙醇,在樣板上來回摩擦50次,觀察漆膜表面是否有變色和永久性劃痕,從而定性比較不同方案的交聯密度。
從表3 可以看出,在相同的烘烤條件下,部分醚化的SHG-104樹脂比全醚化的SHG-105氨基樹脂漆膜硬度更高,這是因為SHG-105氨基樹脂的反應活性較低,需要更高的烘烤溫度或酸催化劑才能較好地交聯,而SHG-104氨基樹脂由于含有高亞氨基,在較低的溫度下就能很好地發生交聯反應,從而獲得硬度更高的產品。
從表4可以看出,SHG-104用量在15%~ 25%時漆膜具有較優異的綜合性能,氨基樹脂用量過多對光澤影響不大,而使耐沖擊性和附著力變差;氨基樹脂用量少又會使漆膜的硬度、耐鹽霧和耐乙醇性變差。
1.6 噴涂設備
桶漆的主要施工設備是高壓無氣噴涂機。高壓無氣噴涂機的壓力一般可達到空氣壓縮機的3倍以上,噴槍口徑一般采用隨大原則,即盡量用大口徑的噴槍,這樣可以減少工位,提高生產效率,水性漆噴涂壓力應盡量在0.4MPa以上,這樣霧化效果理想。
2 常見施工問題及解決方案
2.1 流掛
由于高壓無氣噴涂一次性成膜較厚且立面噴涂,水性產品干性較差,極易產生流掛問題。造成流掛的原因是多方面的,具體原因及解決方案有以下幾點。
1)產品觸變性差。需要在配方中適當加入觸變性助劑,但要注意添加量,以免影響漆膜的流平性、施工性和光澤。
2)黏度太低。適當提高黏度即可,水性漆噴涂黏度要遠遠高于溶劑型的,所以要對操作工人進行相關的操作培訓。
3)噴涂設備壓力過大或噴涂時間太長。工人為追求遮蓋力往往把噴涂時間設置得太長,由于溶劑型涂料的施工習慣,切換成水性產品后往往都會把壓力調大,也會造成流掛。
2.2 滲色
這種現象在分色桶中比較常見,且伴隨著噴涂過程隨時會出現,以白腰藍身為例,主要原因有以下幾點。
1)白漆噴涂太厚,導致“濕碰濕”噴涂時藍漆無法蓋住白漆,其根本原因就是噴涂太厚影響了產品的干性,造成滲色。
2)白漆黏度低,適當提高白漆黏度能夠有效解決。
3)2種色漆表面張力差太大,張力不同導致張力小的向張力大的里面滲透,影響分色。具體解決方法是在現場張力較大的顏色中加入降低表面張力的助劑,使2種顏色表面張力相近,達到平衡。現場還可以調整分線槍口,減少對白漆的沖擊,在不調整色漆產品的前提下解決滲色問題。
2.3 縮孔
造成縮孔的原因分為色漆本身和施工過程。現場出現的最大的可能性就是底材處理不干凈,有油污或者設備清洗過程中混入了雜質。現場解決方案一般是加入底材潤濕劑和流平劑,以增加耐污性和表面流平性。
3 結語
一款合格的包裝桶用水性涂料產品不僅要滿足客戶的性能需求,更重要的是要滿足施工涂裝要求。因為黏度、壓力、溫度、噴涂時間、鏈速、槍位、底材等因素都會直接影響噴涂效果,所以要求水性包裝桶用涂料有更廣泛的適用性,要求現場工人有專業的上崗施工培訓,同時還要針對不同廠家、不同底材、不同前處理以及季節溫度變化對配方進行相應的調整,以適應多變的情況。沒有萬能的配方產品,關鍵是要對客戶和產品進行實時有效的把控,要對現場有預見性,有效針對不同客戶調整設計產品配方,以適應多變的現場環境。