商用车钢轮毂用水性涂料的制备

董立志，余杰，刘志刚

（珠海展辰新材料股份有限公司）

轮毂市场目前分为两大类，钢制轮毂以及铝合金轮毂。其中，铝轮毂主要应用于乘用车，钢轮毂主要用于商用车。在钢制轮毂市场，正兴车轮集团有限公司、东风汽车车轮有限公司以及兴民智通（集团）股份有限公司，市场占有率过半。随着国家环保政策的推出，各地推荐使用环境友好型涂料，在商用车零部件领域，已经实现了水性涂料的应用。尤其是钢轮毂领域，使用水性涂料替代溶剂型涂料的案例很多，例如唐山兴民钢圈已经实现了水性化，正兴车轮也都测试了水性涂料的涂装方案。

钢轮毂用水性面漆通常为具有金属银白效果的氨基烤漆，面漆漆膜光泽度在80以上，铝粉排列好，金属效果好。并且由于钢轮毂涂装都有一层电泳底漆，这也要求面漆与电泳底漆之间有良好的附着力。本文主要讲述了钢轮毂用水性涂料的制备。主要探讨不同主体树脂体系，不同氨基树脂，不同铝粉定向剂，不同水性铝银浆对产品性能的影响情况。

1  钢轮毂用水性涂料的制备

实验中选用的主体树脂为江门 6257水性丙烯酸树脂、华科821水性聚酯树脂、万华化学的2057羟基丙烯酸分散体和双键化学的DB3642羟基丙烯酸分散体中的一种或几种。氨基树脂选用湛新的325 、327、303和三木的5717W氨基树脂。铝银浆选用旭阳和族兴的水性铝银浆，包括钝化型水性铝银浆和包膜型水性铝银浆。铝粉定向剂选用BYK的AQUATIX 8421、帝斯巴隆的AQH-800、核心化学的D772。其他助剂及助溶剂选用市面上常用的流通产品。

实验中使用的分散机是标格达的BGD740/1高速分散机，使用的烤箱为标格达的DHG-9075A数显鼓风干燥箱。涂料涂层检测设备均为标格达的仪器设备。

钢轮毂水性涂料配方如表1所示。

表1  钢轮毂水性涂料配方

2  涂层性能影响因素探讨

2.1 主体树脂的影响

主体树脂分别以江门 6257水性丙烯酸树脂、华科821水性聚酯树脂、万华化学的2057羟基丙烯酸分散体、双键化学的DB3642羟基丙烯酸分散体进行测试。氨基树脂均使用湛新的325部分甲醚化氨基树脂；铝粉定向剂AQUATIX 8421、AQH-800各添加1%；水性铝银浆均使用族兴的二氧化硅包覆型水性铝银浆（平均粒径17μm）；烘烤条件：160℃/20min；测试结果见表2所示。

表2  主体树脂的影响

由表2可知，6257和2057初始漆膜金属感最好，这两款树脂银粉排列效果好。821和DB3642的银粉排列效果尚可，板面正常，没有发花等弊病，但银排效果比前者略差。机械性能各组都差不多，但6257和DB3642的耐弯曲性略差，重涂性也略差，821聚酯的耐弯曲性较好。储存稳定性6257和821较好，热储存后漆膜光泽度下降幅度不明显；但2057和DB3642的储存稳定性较差，漆膜光泽度下降，其中DB3642最差，银粉出现反粗；可知水溶型树脂做银粉漆的储存稳定性较好，羟基丙烯酸分散体做银粉漆储存稳定性不佳，但是由于水溶型树脂中含有机溶剂，成品漆的VOC含量比用分散体的高。图1为性能测试照片。

图1 物理性能测试

由图1可知，不同树脂的机械性能不同；在筛选金属氨基烤漆主体树脂时，可根据客户对产品外观、性能和VOC含量要求，选择合适的树脂。

2.2 氨基树脂的影响

氨基树脂分别选用湛新的325 、327、303和三木的5717W氨基树脂，氨基比均采用2.7:1。主体树脂均使用6257树脂；铝粉定向剂AQUATIX 8421、AQH-800各添加1%；水性铝银浆均使用族兴的二氧化硅包覆型水性铝银浆（平均粒径17μm）；烘烤条件：160℃/20min；测试结果见表3所示。

表3  氨基树脂的影响

由表3可知，使用不同氨基树脂，对漆膜的外观、光泽度、附着力无明显影响，对漆膜硬度、柔韧性有影响。其中303氨基树脂为六甲氧基甲基三聚氰胺树脂，产品高度烷基化，与主体树脂发生交联反应所需的温度更高；其余几款为部分甲醚化的高亚氨基三聚氰胺甲醛树脂，其分子中含有羟甲基，反应性更强，所需烘烤温度相对较低。使用303氨基树脂的漆膜柔韧性更好，漆膜硬度稍低；使用其他几款氨基树脂的漆膜则硬度较高。使用325、327氨基树脂的漆膜耐盐雾性比使用303、5717W的更好。

氨基树脂的羟甲基化程度、醚化程度不同，产品性能也不同。在选用氨基树脂时，可根据客户的生产工艺、性能要求，选用合适的树脂。

2.3 铝粉定向剂的影响

铝粉定向剂选用BYK的AQUATIX 8421、帝斯巴隆的AQH-800、核心化学的D772其中的一种或几种。其中AQUATIX 8421为EVA蜡乳液；AQH-800和D772均为聚酰胺蜡浆。氨基树脂选用湛新的325氨基树脂，氨基比采用2.7:1。主体树脂均使用6257树脂；水性铝银浆均使用族兴的二氧化硅包覆型水性铝银浆（平均粒径17μm）；烘烤条件：160℃/20min；各组配方见表4所示。

表4 不同测试方案

测试结果见表5所示。

表5  铝粉定向剂的影响

方案1为对照组。测试结果可知，AQUATIX 8421、AQH-800、D772都有一定铝粉排列作用。其中AQUATIX 8421改善银粉定向排列效果优于AQH-800和D772，但添加8421对漆膜光泽度有小幅度降低，不建议过量添加。

铝粉定向剂都具备一定的防沉降性防沉降性，其中AQH-800优于D772，D772优于AQUATIX 8421。但AQH-800过量的添加会使漆的粘度明显上升。

只添加AQUATIX 8421，漆的热储稳定性不好，热储存后铝粉会反粗，漆膜光泽显著下降。因此在制作银粉烤漆时，建议EVA蜡乳液和聚酰胺蜡浆两类铝粉定向剂搭配使用，各添加1%的效果较好。

下图2是添加不同铝粉定向剂的基础漆热储2周后的照片。左边的是只加2%的8421的基础漆；热储后8421漂浮在基础漆上部。中间的是只加了2%的AQH-800的基础漆；热储后AQH-800均匀的分布在基础漆里。右边的是8421与AQH-800各加了1%；热储后也能均匀分布其中。

图2  不同铝粉定向剂的基础漆热储2周后

2.4 铝银浆类型的影响

主体树脂均使用6257树脂。氨基树脂选用湛新的325氨基树脂。铝粉定向剂AQUATIX 8421、AQH-800各加1%。铝银浆分别使用长沙族兴不同类型的水性铝银浆：ZW1801（SiO₂包膜型，非浮型）、ZWF1801（SiO₂包膜型，漂浮型）；ZWD790（钝化型，非浮型）。烘烤条件：160℃/20min；各组配方见表6所示。

表6 不同测试方案

测试结果见表7所示。

表7  铝银浆类型的影响

通过测试结果可知，漂浮型铝银浆和非浮型铝银浆赋予漆膜不同的外观，漂浮型铝银浆由于漂浮在涂层表面，漆膜更白更亮。但是这两种铝银浆对漆膜的机械性能无明显影响，只是有不同的外观表现。对比SiO₂包膜型和钝化型水性铝银浆，可知这两类铝银浆初期性能无明显差别，但是储存稳定性差别较大。钝化型水性铝银浆的储存稳定性较差，涂料不适合长期存放。推荐使用SiO₂包膜型水性铝银浆，不建议使用钝化型水性铝银浆。SiO₂包裹越致密，涂料的储存稳定性越好，使用前建议从市面上主流铝银浆供应商中筛选测试。

2.5 分散工艺的影响

铝可以和水发生反应，采用二氧化硅包膜可以阻止铝粉与水的反应。但铝银浆自身的二氧化硅保护膜通常很薄；生产过程中分散盘过大的剪切力可能会对保护膜造成破坏，致使裸露的铝粉在碱性条件下与水反应产生氢气。为验证分散盘和转速对铝粉的影响，分别使用带齿金属分散盘和圆盘状的尼龙分散盘，转速分别采用800r/min和1200r/min。分散的时间分别采用30min、60min。涂料做好后，采用下图的装置进行测试。分别取300ml涂料放在容器中，保持50℃热储，持续进行1周。涂料热储过程中，包膜受到破坏的铝粉与水反应产生氢气，导致瓶中气压增大，使下腔的水被挤压到上腔。测量上腔的排水量即表示产生氢气的量；排水量越大，表示铝粉包膜被破坏的越严重。

测试结果见表8所示。

表8 分散工艺的影响

可知使用带齿的金属分散盘的漆，排水量比用尼龙分散盘的大，差不多是3倍；转速越高，排水量越大；分散时间长的排水量也越大，与分散时间成正比。使用带齿的金属分散盘，转速越高，分散时间越长，对水性铝银浆包膜的破坏性也越大。这要求车间在生产银粉烤漆时，要合理制定生产工艺。分散水性铝银浆时，选用软材质分散盘，保证铝粉能搅拌均匀的前提下适当降低转速（建议不超过600r/min），并且不要长时间搅拌，可以有效降低SiO₂包膜破坏比例，提高涂料储存稳定性，减轻胀气胀桶现象。

下表是钢轮毂用水性涂料在客户现场测试结果，产品满足钢轮毂水性面漆涂装要求，满足客户的性能要求。

表9 钢轮毂水性涂料性能测试结果

3 结语

（1）在筛选钢轮毂用水性氨基烤漆主体树脂时，可根据客户对产品外观、性能和VOC含量要求，选择合适的树脂；如水性聚酯有更好的韧性，水性丙烯酸树脂的银粉排列效果更好，羟基丙烯酸分散体的VOC更低。由于铝粉的存在，要求主体树脂要有较低的酸值。

（2）氨基树脂的羟甲基化程度，甲醚化程度不同，产品性能也不同。在选用氨基树脂时，根据客户的生产工艺、性能要求，选用合适的树脂。烘烤温度高的，要求韧性好的，可使用高度甲醚化的氨基树脂；要求漆膜硬度高的，烘烤温度偏低的，可以使用部分甲醚化高亚氨基的氨基树脂。

（3）在制作银粉烤漆时，建议EVA蜡乳液和聚酰胺蜡浆两类铝粉定向剂搭配使用，建议各添加1%-1.5%。EVA蜡乳液对漆膜光泽度有一定影响，不建议过量添加。

（4）为提高产品储存稳定性，推荐使用SiO₂包膜的水性铝银浆，同时控制好生产工艺，如选用软材质（尼龙）分散盘，适当降低转速（建议不超过600r/min），并且不要长时间搅拌。

（5）随着水性涂料原材料不断发展与进步，钢轮毂用水性涂料的漆膜性能和施工性能可以达到国标要求和行业要求，客户现场能够正常涂装。

本文来源：2022水性二十年纪念册