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。
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。
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。
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。
图3：水性环氧DTM的光泽随适用期不断减少
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。
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碳，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。
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。
图72766超长适用期原理图以及35℃适用期表现
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。
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。
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。
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