一种新型的水性双组份金属零部件涂装解决方案

蔡宇

陶氏化学（中国） 投资有限公司

引言

近年来，涂料终端用户对金属基材结构件及各种设备防腐性能要求不断提升，对于涂装要求逐步规范化。政府管理部门对于大气污染治理方针已经明确体现在十三五规划中。各省市均已出台相应执行方案，鼓励低 VOC 工业涂料的推广与使用，以实现各行业的减排目标。与此背景相契合，新国标《低挥发性有机化合物含量涂料产品技术要求》及《工业防护涂料中有害物质限量》的制订为工业涂料 VOC的管控提供了量化依据。新政策、高应用性能以及不同厂家现有生产设备及场地条件等因素的叠加对水性涂料提出了多元化的原材料需求，以及定制化的配方设计挑战。例如对于汽车发动机舱、悬挂相关零部件，轨道交通装备配套如传动装置，化工机械设备的涂装，单组份水性涂料很多时候硬度及耐盐雾无法满足性能要求。

另一方面，双组份水性环氧底漆搭配双组份聚氨酯面漆体系提供更高的整体性能，但不时会受限于原材料成本以及较长的施工周期。此外双组份水性环氧和聚氨酯要求谨慎设计配方，避免活化期过短以及“痱子”等弊病。为克服前述应用中原材料选择的局限，我们在此推荐 MAINCOTE™ AEH- 20 丙烯酸环氧杂化乳液，作为水性双组份高性能金属基材防腐领域全新的选择。 MAINCOTE™ AEH- 20 与水性胺类固化剂交联所形成的涂层可以提供良好的综合性能，包括耐盐雾性能、耐湿热性能、优异的机械性能以及良好的耐候性。同时，MAINCOTE™ AEH- 20 水性双组份涂料可提供长时间的施工适用期，以大大提高双组份混合后使用的便利性。 ^【1】

MAINCOTE™ AEH- 20 丙烯酸环氧杂化乳液与水性胺类或丙烯酸类固化剂固化反应用于双组份涂料应用。如图 1 所示，此杂化乳液中的环氧部分可以与水性胺类固化剂反应，形成涂层的连续相，大分子丙烯酸乳胶颗粒分散在此化学交联网络中。如此形成的涂膜具有致密的网络结构，可以提供良好的阻隔及机械性能。

图 1 MAINCOTE™ AEH- 20 与胺类水性环氧固化剂成膜过程的简易图示

实验部分

原材料

MAINCOTE™ AEH- 20乳液，特好散 TM CA- 2500分散剂, 亚乐顺 TM RM- 12W增稠剂，XIAMETERTM OFS- 6011附着力促进由陶氏公司生产。滑石粉，硫酸钡为国产产品。钛白粉、磷酸锌钼防锈颜料、铁红色浆、炭黑、十二醇酯、润湿剂、消泡剂、及水性环氧分散体（供货形式环氧当量为 1000）为国际厂商产品。

测试方法

涂膜的 60 度角光泽， 依据 GB/T 9754-2007， 使用BYK/Gardner Micro-TRI-Gloss 光泽度仪进行测试。涂膜的抗冲击强度，依据 GB/T 1732-1993 进行测试。

中性盐雾（5% NaCl）测试，依据 ASTM-B117条件在 Q- Fog CCT- 1100盐雾箱中进行测试。

耐高湿环境测试，在 50 oC 恒温 100%高湿箱内进行测试。

耐紫外老化测试。ASTM-G154。 QUV-B 循环条件：60C UV 光照（313 nm 0.77W/m²）4小时，50C 冷凝4小时。QUV-A 循环条件：60C UV 光照（340 nm 0.77W/m²）4小时，50C冷凝4小时。

测试结果总结与讨论

从图 2 中我们可以很容易了解到，相比固态环氧分散体， MAINCOTE™ AEH- 20 明显具有更长时间施工适用期。MAINCOTE™ AEH- 20与固态环氧分散体分别调制清漆，两个清漆的初始光泽相似。MAINCOTE™ AEH- 20的清漆在7小时内光泽无明显下降， 而与此相对应，水性固态环氧分散体的清漆光泽随混合后时间呈现明显下降。在另一组比较实验中我们发现，使用同样的填料及助剂体系，分别用MAINCOTE™ AEH- 20 与环氧分散体制成颜填料体积浓度相等（25PVC）的涂料（配方见表 1）。由这两个涂料制成的漆膜对比来看，AEH-20 在双组份混合后 5小时仍能够保持初始耐冲击性能，而水性环氧的耐冲击性能随时间大幅下降，3小时后已从初始测定值超过50kg.cm下降到大约一半。

图 2 MAINCOTE™ AEH- 20 与水性环氧施工适用期对比。 两种树脂配同样水性聚酰胺固化剂，PVC 相等， 颜填料体积浓度相同。

表 1 MAINCOTETMAEH-20 防腐底漆初始推荐配方

为检验 MAINCOTE™ AEH- 20 的抗腐蚀性能，我们依据 ASTM-B117 对 MAINCOTE™ AEH- 20 固化的涂层进行测试 在单道涂膜，膜厚为50-60um 情况下，涂层在室温干燥7天之后进行中性盐雾测试。我们发现在测试进行 300h 以上，涂层完好无锈蚀、起泡现象发生（图 3A）。进一步对交叉划线加速区进行观察，轻微锈蚀与微泡扩展宽度小于 2mm。而当 MAINCOTE™ AEH- 20 在喷砂钢板上膜厚达到 110um，划交叉线加速进行中性盐雾测试，可以通过 900h （图 3B） 。

我们也对 MAINCOTE™ AEH- 20 耐湿热性能进行了评估。从图 2C 可以观察到MAINCOTE™ AEH- 20经过10天50度下高湿测试，试板板面无生锈、起泡现象。综合以上测试结果可见，AEH-20 所形成涂料具有优良的阻隔性。

图 3. MAINCOTE™ AEH- 20 耐盐雾与耐湿热测试结果

对比 MAINCOTE™ AEH- 20 与 I 型固态环氧分散体，可以看到， MAINCOTE™ AEH-20 在耐冲击方面也具有明显的优势。 MAINCOTE™ AEH- 20 漆膜可以通过添加助溶剂或增塑剂将正冲提高到到 100kg.cm 或更高， 而水性环氧正冲在 80-90kg.cm。在反冲方面， 两种材料存在明显差距。依据我们经验，MAINCOTE™ AEH- 20 的反冲通过调整可以达到 50-60kg.cm，而水性环氧的反冲只能达到 20-30kg.cm。

与水性环氧相比，MAINCOTE™ AEH- 20 树脂中丙烯酸成分赋予其更好的耐候性能。我们制备了相同 PVC、相同颜填料的 MAINCOTE™ AEH- 20 与水性环氧涂料（表2）。从 QUV-A，QUV-B 耐候测试来看， MAINCOTE™ AEH- 20 涂层表现出显著优于水性环氧涂层的耐候性。在 QUV-A 测试组中，300h 光照冷凝循环后，MAINCOTE™ AEH- 20 的铁红涂料和灰色涂料变色值在 1.5-2.1 之间（图 4a，灰色空心三角形与褐色空心正方形）， 而水性环氧灰色涂料的变色达到 4 以上（图 4a，实心三角形），而基于铁红涂料的变色高达8以上（图 4a，实心正方形）。在另一组 QUV-B 测试中，我们发现 300h 循环后 AEH-20 两个颜色涂料的变色值接近，大约为 3（图 4b，空心三角形与空心正方形）。与此对应，水性环氧两个不同颜色涂料的色变值均大于 8（图 4b， 实心三角形与正方形） 。

表 2 MAINCOTE™ AEH- 20 与水性环氧分散体耐候测试配方

图 4a 对于双组份水性涂料 QUV-A 测试结果

图 4b 对于双组份水性涂料 QUV-B 测试结果

结论

本文探讨了应用水性丙烯酸环氧杂化乳液 MAINCOTE™ AEH- 20 所制备的涂料具有良好柔韧性、优良的防腐性能，优异的耐湿热性能以及耐候性。与双组份水性环氧相比，MAINCOTE™ AEH- 20 明显拥有更长的施工适用期。这些均衡的性能以及配方低 VOC含量使 MAINCOTE™ AEH- 20 涂料适用于汽车、机械及轨道交通设备零部件的水性涂装，并将成为水性环氧及聚氨酯体系的有力补充。

致谢

本文作者感谢喻鸣曲、陈辉、付振文、李耀邦、高宇锋、束树军、胡浩、唐佳对于产品推广的大力支持以及相关技术讨论。

注： 本文测试结果为典型值，不构成产品性能规格指标。使用者请自行验证测试结果。

参考文献

[1] Hua, Zhigang; Shu, Hunter; Xu, Allen; Zheng, Barry; Yang, Aaron; Fu, Zhenwen;

Heji, Andrew; Eichman, Henry; Balkerikar, Kiran CoatingsTech (2015), 12(4), 58- 65.