“濕碰濕”涂裝是指在上道漆膜未完全干透的情況下就進行下道涂料的噴涂，然后進行一次烘烤完成工件的涂裝工藝，此工藝取消了底漆打磨工序，合并了底漆與面漆烘干工序，可以減少設(shè)備投入、場地面積，減少輔料與人員投入、能源消耗，從而降低生產(chǎn)成本。

在工程機械涂裝中較為常見且成熟的“濕碰濕”涂裝工藝為雙組分聚氨酯底漆與雙組分聚氨酯面漆的配合，聚氨酯底漆雖然具有較好的施工性，但價格較高，防腐蝕性能一般，相比較下，環(huán)氧底漆具有更優(yōu)異的防腐性能且價格便宜，然而，由于異氰酸酯固化劑具有很高的反應(yīng)活性，可以與胺、醇、水等發(fā)生親核反應(yīng)，在“濕碰濕”涂裝過程，環(huán)氧底漆的胺類固化劑與聚氨酯面漆的異氰酸酯固化劑優(yōu)先發(fā)生反應(yīng)，加上國內(nèi)工程機械實際施工環(huán)境復(fù)雜，在實際應(yīng)用中常出現(xiàn)面漆咬底、失光和防護性能下降等問題，導(dǎo)致工程機械行業(yè)采用“濕碰濕”涂裝的防護性能得不到穩(wěn)定的保證。因此，如何控制底漆的表干速度和合理的配方是成功使用環(huán)氧“濕碰濕”聚氨酯涂裝的關(guān)鍵。與此同時，水性環(huán)氧“濕碰濕”水性聚氨酯涂裝體系由于VOC的要求，不能通過溶劑的調(diào)整來控制底漆的表干速度，相比溶劑型環(huán)氧“濕碰濕”聚氨酯涂裝體系更難在工程機械進行“濕碰濕”涂裝應(yīng)用。

本文介紹一套防護性能優(yōu)異的水性雙組分環(huán)氧底漆配套水性雙組分聚氨酯面漆的防護涂料體系，涂料體系施工性能滿足“濕碰濕”的涂裝配套工藝要求，復(fù)合涂層的物化性能達到大型機械設(shè)備的技術(shù)要求。

水性環(huán)氧樹脂。3014：江蘇富琪森新材料有限公司；Wantipro^?0903：萬華化學(xué)集團股份有限公司；2EE101W：同德化工有限公司；DB4253：湖北雙鍵精細化工有限公司。水性環(huán)氧固化劑A、B、C：自制。

水性羥基丙烯酸樹脂。PA-4845：廣州冠志新材料科技有限公司；AQUAPAC-8225：江蘇富琪森新材料有限公司；Antkote^?2033：萬華化學(xué)集團股份有限公司；A2646：上海源禾化工有限公司。異氰酸酯固化劑。DesmodurN3390：上海源禾化工有限公司；Aquolin^?268、Aquolin^?280：萬華化學(xué)集團股份有限公司；DNW-5500：廣州佳孚誠貿(mào)易有限公司。

助溶劑。丙二醇甲醚（PM）、二丙二醇甲醚（DPM）、丙二醇丁醚（PnB）、二丙二醇丁醚（DPnB）、丙二醇二醋酸酯（PGDA）：廣州印田新材料有限公司。

有機膨潤土：SD2，廣州市辰輝貿(mào)易有限公司；磷酸鋅：ZMP，杭州海博顏料有限公司；APW-Ⅱ，廣西新晶科技有限公司；硫酸鋇：佛山市欣美化工有限公司；氧化鐵紅：廣州市宏特化工科技有限公司；云母粉：滁州格銳礦業(yè)有限責(zé)任公司；鈦白粉：R902，美國杜邦（中國）有限公司；增稠劑：OMG0630，廣州松尾貿(mào)易有限公司；消泡劑：Tego902w，廣州贊寶貿(mào)易有限公司；分散劑：Tego760w，廣州贊寶貿(mào)易有限公司；流平劑：Tego450，廣州贊寶貿(mào)易有限公司；潤濕劑：Tego4100、Tego280，廣州贊寶貿(mào)易有限公司；防閃蝕助劑：AX-2370，四川蓋特斯新材料科技有限公司；防霉殺菌劑：HF-1，廣州碧馳新材料股份有限公司；低溫潛伏型促進劑：DMP-30，南京百慕達生物科技有限公司；脫水劑：BF-5，佛山市森寶利化工有限公司。

擺桿硬度儀：BGD509/K+P，廣州標格達實驗室儀器用品有限公司；漆膜沖擊器：QCJ型，天津永利達材料試驗機有限公司；附著力測試儀：QFZ-Ⅱ型，天津市科聯(lián)材料試驗機廠；中性鹽霧箱：SH系列，東莞市升鴻檢測儀器限公司。

1.2.1水性雙組分環(huán)氧底漆

按照表1配方，將去離子水和有機膨潤土加入攪拌槽中，轉(zhuǎn)速800~1000r/min條件下使有機膨潤土活化，然后調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速到500~800r/min，加入潤濕分散劑和部分消泡劑，分散均勻后，依次添加磷酸鋅、硫酸鋇、三聚磷酸鋁、氧化鐵紅和云母粉等顏料、填料，再添加防霉殺菌劑，最后添加剩余的消泡劑，攪拌均勻后移至砂磨機進行研磨，研磨速度控制在3000~4000r/min之間，研磨時間控制在0.5~1h，直至漿料的細度≤25μm，即可制得水性防銹底漆色漿。

表1 防銹底漆色漿的配方

在500~800r/min的攪拌速度下，按照表2配方依次加入水性環(huán)氧樹脂、助溶劑（DPM）、水性防銹底漆色漿、潤濕劑、流平劑、消泡劑、增稠劑、防閃蝕助劑和去離子水，混合攪拌均勻即為水性雙組分環(huán)氧底漆甲組分。

在500~800r/min的攪拌速度下，按照配方量加入水性環(huán)氧固化劑A、固化劑C，助溶劑和去離子水，混合攪拌均勻即為水性環(huán)氧防腐蝕底漆的乙組分。

在涂裝前，甲、乙組分按照質(zhì)量比7∶1混合，并用適量的去離子水稀釋至施工黏度，即得水性雙組分環(huán)氧底漆。

表2 水性雙組分環(huán)氧底漆的配方

1.2.2水性雙組分聚氨酯面漆

按照表3配方，將去離子水和潤濕分散劑加入攪拌槽中，轉(zhuǎn)速500~800r/min條件下使?jié)櫇穹稚┚鶆蚍稚?，然后添加鈦白粉，最后添加消泡劑，攪拌均勻后移至砂磨機研磨，研磨速度3000~4000r/min之間，研磨時間0.5~1h，直至漿料的細度≤10μm，即得水性面漆色漿。

按照配方將水性羥基丙烯酸分散體倒入調(diào)漆罐中，在轉(zhuǎn)速300~500r/min條件下添加潤濕劑、流平劑、助溶劑和去離子水，然后加入水性面漆色漿最后，用增稠劑調(diào)節(jié)黏度，分散均勻，用300目濾網(wǎng)過濾，即得水性雙組分聚氨酯面漆甲組分。

在100~300r/min的攪拌速度下，按照配方量將助溶劑和脫水劑混合均勻，然后加入異氰酸酯固化劑，混合攪拌均勻即為水性雙組分聚氨酯面漆乙組分。

在涂裝前，按照配漆質(zhì)量比混合甲、乙組分，并用適量的去離子水稀釋至施工黏度，即得水性雙組分聚氨酯面漆。

表3 水性雙組分聚氨酯面漆的配方

目前大型機械設(shè)備“濕碰濕”涂裝配套工藝如下：工件底材—簡單除油脫脂—拋丸—吹塵—刮膩子—打磨—噴涂水性雙組分環(huán)氧底漆—流平、閃干15~20min—“濕碰濕”噴涂水性雙組分聚氨酯面漆—流平5~10min—復(fù)合涂層60℃烘烤30~40min。

按照GB/T1728—2020的指觸法（乙法）測試漆膜干燥時間；按照GB/T9286—2021的劃格法測試漆膜附著力；按照GB/T1730—2007的科尼格（K?nig）擺（A法）測試漆膜擺桿硬度；參照GB/T1732—2020，延長漆膜養(yǎng)護時間為15d后，測試耐沖擊性；按照GB/T1731—2020測試漆膜柔韌性；按照GB/T1733—1993的浸水試驗法（甲法）測試耐水性；按照GB/T1771—2007測試漆膜耐中性鹽霧性。

實驗選用4款水性環(huán)氧樹脂進行對比，研究結(jié)果如表4所示。

表4 水性環(huán)氧樹脂對漆膜性能的影響

從表4可知，0903表干時間最長，硬度最低；2EE101W表干最快，硬度最高；3014和4253的漆膜表干時間和硬度相當。耐水性測試中，4253制備的漆膜無任何變化，其他漆膜均有發(fā)白現(xiàn)象。養(yǎng)護7d后耐鹽霧性測試中3014和4253表現(xiàn)最優(yōu)，達到960h。耐沖擊性測試除2EE101W外，其他均能通過50cm測試。綜合漆膜的表干時間、初期耐水性、硬度和耐鹽霧性，本實驗選擇DB4253作為底漆的主體樹脂。

在“濕碰濕”涂裝過程中，胺類固化劑與水性環(huán)氧樹脂的搭配非常重要。本實驗采用不同的水性胺類固化劑進行測試，結(jié)果見表5。

表5 胺類固化劑對漆膜性能的影響

由表5結(jié)果可知，固化劑A為大分子鏈芳香胺類固化劑，其與甲組分的環(huán)氧樹脂反應(yīng)速度慢，但由于其分子鏈較大以及苯環(huán)結(jié)構(gòu)，在“濕碰濕”的配套過程基本上不會發(fā)生咬底，固化后漆膜硬度也較高，但柔韌性稍差。固化劑B為水性小分子鏈脂肪胺類固化劑，其碳鏈結(jié)構(gòu)較短，小分子結(jié)構(gòu)特性使其能夠與甲組分的環(huán)氧樹脂快速固化反應(yīng)，同理，在“濕碰濕”配套過程中，也更容易與面漆固化劑異氰酸酯發(fā)生反應(yīng)，所以，出現(xiàn)面漆咬底失光，復(fù)合涂層耐鹽霧性低等問題。固化劑C為水性大分子鏈脂肪胺固化劑，較長的碳鏈結(jié)構(gòu)使得漆膜具有良好的柔韌性，漆膜硬度低，甲、乙組分混合后的反應(yīng)速度較慢，所以在“濕碰濕”的涂裝過程中不容易出現(xiàn)面漆咬底、失光問題。因此，本實驗考慮在甲、乙組分混合時，將固化劑A和固化劑C按質(zhì)量配比3∶2進行復(fù)配，結(jié)果顯示，復(fù)配固化劑能夠確保最終漆膜在機械性能和耐腐蝕性能方面表現(xiàn)最佳，同時兼顧到2種固化劑的特點，底漆和面漆的“濕碰濕”涂裝效果最佳。

理論上1個活化氫是與1個環(huán)氧基發(fā)生反應(yīng)，但是，水性環(huán)氧樹脂為多相體系，固化成膜過程包括水分蒸發(fā)，乳液粒子聚集、變形以及與固化劑相互作用形成三維空間網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)。以固化劑為中心，逐漸向環(huán)氧樹脂微粒內(nèi)部擴散，固化劑分子首先與環(huán)氧樹脂分散相粒子的表面接觸并發(fā)生交聯(lián)固化反應(yīng)，隨著固化反應(yīng)的進行，粒子表面的環(huán)氧樹脂相對分子質(zhì)量和玻璃化轉(zhuǎn)變溫度均逐漸提高，使得固化劑分子向粒子內(nèi)部的擴散速度逐漸變慢。本實驗考察胺類固化劑乙組分與環(huán)氧樹脂甲組分不同質(zhì)量比對漆膜性能的影響，結(jié)果見表6。

表6 胺類固化劑與環(huán)氧樹脂配比對漆膜性能的影響

在“濕碰濕”配套過程中，底漆甲、乙組分質(zhì)量比對漆膜性能影響更為復(fù)雜，一方面，胺類固化劑中含有親水表面活性鏈段，提高環(huán)氧樹脂和胺類固化劑的配比，漆膜表干速度慢，在“濕碰濕”配套時容易受到面漆助溶劑和固化劑的影響出現(xiàn)咬底失光問題，影響施工進度；另一方面，降低環(huán)氧樹脂和胺類固化劑的配比，可以提高底漆干燥速度，但是，過量的固化劑無法快速向環(huán)氧樹脂微粒內(nèi)部擴散參與交聯(lián)反應(yīng)而殘留在漆膜中，會與面漆中的異氰酸酯固化劑發(fā)生交聯(lián)反應(yīng)，同樣會導(dǎo)致水性聚氨酯面漆發(fā)生咬底，出現(xiàn)痱子問題，甚至由于底漆固化劑和面漆固化劑的同時消耗，導(dǎo)致漆膜附著力下降，開裂等。

從表6結(jié)果可以看出，底漆中甲、乙組分的質(zhì)量比對漆膜的干燥時間、機械強度、耐腐蝕性影響明顯，同時，對面漆的“濕碰濕”配套性也有很大影響。綜合考慮，本實驗選擇甲、乙組分的質(zhì)量比為7∶1，此時底漆和面漆“濕碰濕”配套性最好，復(fù)合涂層的綜合性能最佳。

顏基比（P/B）是指涂料中顏料與成膜物不揮發(fā)物的質(zhì)量比，是表征涂料配方設(shè)計的重要參數(shù)之一。水性環(huán)氧底漆中顏基比對配套水性聚氨酯面漆及復(fù)合涂層性能的影響如表7所示。

從表7可以看出，顏基比為1.6~2.0時，隨著顏基比的增加，底漆的表干速度逐漸提升，“濕碰濕”配套的咬底現(xiàn)象減弱，面漆光澤逐漸提高，復(fù)合涂層的耐腐蝕性也逐漸增強，這是因為顏、填料均勻分散在固化后的成膜物中，顏、填料粒子由于具有較大的比表面積，可以與底漆成膜物充分吸附、鍵合，增強了填料粒子與成膜物的界面黏合，有利于填料粒子與成膜物之間的應(yīng)力傳遞，底漆成膜物充分包覆潤濕顏、填料表面，填充顏、填料之間的間隙，在金屬基材表面容易形成一層連續(xù)的致密的涂層，提高與面漆”濕碰濕”配套性。顏基比為2.0~2.4時，底漆的表干速度進一步提升，底漆表干“濕碰濕”配套面漆的咬底現(xiàn)象減弱，但是，面漆的光澤和復(fù)合涂層的耐腐蝕性反而會逐漸下降，表明顏基比進一步提高時，底漆成膜物不能完全包覆住顏、填料粒子，難以形成連續(xù)相的漆膜，導(dǎo)致漆膜致密性下降，從而影響漆膜的防腐蝕性能，同時，雖然底漆和面漆“濕碰濕”具有良好的配套性，但是由于底漆顏基比太高，面漆成膜物部分填充到底漆漆膜中，導(dǎo)致面漆漆膜光澤降低。綜上，當涂層中的顏基比為2.0左右時，底漆和面漆的“濕碰濕”配套性最佳，復(fù)合涂層具有最好的耐腐蝕性。

表7 底漆P/B改變對涂層性能和濕碰濕配套性的影響

底漆干膜膜厚對底漆的表干速度，以及與聚氨酯面漆“濕碰濕”配套的復(fù)合涂層外觀和涂層性能的影響，如表8所示。

表8 底漆漆膜厚度改變對涂層性能的影響

由表8可知，底漆的干膜厚度為30μm時，由于漆膜薄，表干速度快，與面漆“濕碰濕”配套性好，但由于膜厚過薄，導(dǎo)致底漆與面漆配套后的復(fù)合涂層耐鹽霧性能不好。隨著底漆膜厚的提高，復(fù)合涂層的耐鹽霧性逐步提升，但漆膜的表干速度隨之下降，與面漆的“濕碰濕”配套性也受到影響，當?shù)灼岬母赡ず穸冗_到60μm以上，漆膜表干速度超過20min，“濕碰濕”配套的面漆光澤有下降趨勢，底漆干膜厚度達到70μm時，“濕碰濕”配套的面漆已經(jīng)開始出現(xiàn)咬底現(xiàn)象，因此，綜合復(fù)合涂層的耐腐蝕性和“濕碰濕”的配套性考慮，底漆的最佳涂裝干膜厚度為（55±5）μm。

大型機械設(shè)備要求面漆必須具備施工方便、干燥快、裝飾性佳、耐候性和耐化學(xué)性優(yōu)良等特點來應(yīng)對惡劣環(huán)境的侵蝕。本實驗選用4種樹脂進行考察，結(jié)果如表9所示。

表9 水性羥丙樹脂的性能及其對漆膜性能的影響

由表9結(jié)果可知，60℃×30min烘干后1h的耐水性測試，4款樹脂均無明顯變化。對比面漆的耐候性和復(fù)合涂層耐鹽霧性，PA-4845由于其羥基含量較低，漆膜交聯(lián)度不足，導(dǎo)致漆膜耐候性和復(fù)合涂層耐鹽霧性不佳，AQUAPAC-8225羥值略高，所制備的漆膜耐候性和復(fù)合涂層耐鹽霧性能有所提升。Antkote^?2033和A2646羥基含量都超過3.0%以上，制備的漆膜耐候性和耐中性鹽霧性表現(xiàn)俱佳。理論上，樹脂羥基含量越高，與異氰酸酯固化劑發(fā)生反應(yīng)的交聯(lián)程度越高，配制的雙組分聚氨酯面漆防護性能越好，硬度越高，同時，羥值越高需要配套的固化劑用量越多，漆膜的表干時間越長，在“濕碰濕”配套過程中，更容易出現(xiàn)咬底、失光、起泡問題。綜合復(fù)合涂層外觀和防護性能，本實驗選用Antkote^?2033作為“濕碰濕”配套工藝的面漆樹脂。

實驗考察了4款不同改性HDI固化劑對面漆性能的影響，結(jié)果如表10所示。

表10 不同面漆固化劑對漆膜性能的影響

由表10可知，N3390為疏水型脂肪族HDI，存在有穩(wěn)定的異氰脲酸酯環(huán)，其混合分散后會被緊緊包裹在聚氨酯多元醇粒子中，與水隔離性好，但其發(fā)生交聯(lián)反應(yīng)速率較快，活化期較短，在“濕碰濕”涂裝過程中，最容易與底漆胺類固化劑發(fā)生反應(yīng)，從而出現(xiàn)咬底問題。Aquolin?268為磺酸改性親水性HDI，分子鏈含有大量醚鍵，與水作用較弱，耐水性較好，但水分散性較差，在“濕碰濕”涂裝過程中，亦容易與胺類固化劑優(yōu)先反應(yīng)，從而出現(xiàn)咬底問題，同時，Aquolin^?268磺酸改性固化劑的耐黃變性相比其他款固化劑差，耐候性測試變色2級。Aquolin^?280為有機硅改性HDI固化劑，耐水性較好，同時，固化劑中的Si—C基團能夠與面漆中的其他極性基團相互作用形成氫鍵而形成阻礙，能明顯減弱“濕碰濕”涂裝過程中面漆固化劑對底漆的影響。DNW-5500在水中有較好的分散性，與主劑相混起泡少，存在穩(wěn)定的異氰脲酸酯環(huán)，其混合分散后會被緊緊包裹在聚氨酯多元醇粒子中，與水隔離性好，因為其具有核殼結(jié)構(gòu)的特性，其固化反應(yīng)速率緩慢，活化期長，“濕碰濕”涂裝過程中幾乎沒有與胺類固化劑發(fā)生反應(yīng)，然而，由于固化反應(yīng)速率緩慢，復(fù)合涂層烘干后1h耐水性滿足不了大型機械設(shè)備涂裝烘烤后戶外淋雨的技術(shù)要求，因而，考慮將DNW-5500和Aquolin^?280搭配使用，借助Aquolin^?280優(yōu)異的初期耐水性來彌補DNW-5500固化劑的不足，由表10結(jié)果可知，DNW-5500和Aquolin?280搭配使用，質(zhì)量比為2∶1，底漆和面漆“濕碰濕”配套性好，漆膜光澤高，初期耐水性和耐候性能優(yōu)異。

助溶劑能調(diào)節(jié)漆膜干燥速度，避免漆膜在固化過程出現(xiàn)爆泡、痱子等弊病，提高實干。在“濕碰濕”涂裝過程中，底漆處于表干而非實干狀態(tài)，面漆助溶劑的溶解力太強會導(dǎo)致底漆漆膜受助溶劑侵蝕而引發(fā)咬底問題，本實驗選擇了4款環(huán)保助溶劑進行測試，結(jié)果如表11所示。

表11 環(huán)保助溶劑的選擇

從表11可以看出，單獨選用PnB，漆膜干燥速度較快，硬度好，表干10min后直接60℃烘烤30min，復(fù)合涂層出現(xiàn)痱子問題。同時，PnB對底漆有咬底現(xiàn)象，面漆本身的貯存穩(wěn)定性也不佳。而選用相對慢干的助溶劑DPnB、DPM和PGDA，面漆體系貯存穩(wěn)定，DPM和PGDA能明顯改善“濕碰濕”涂裝過程中復(fù)合涂層的痱子問題，添加DPnB的復(fù)合涂層漆膜基本沒有起痱子。DPnB和DPM均有不同程度的咬底問題而PGDA沒有咬底問題。所以，本實驗選用m（DPnB）∶m（PGDA）=1∶1和m（DPM）∶m（PGDA）=1∶1的復(fù)配助溶劑體系，實驗結(jié)果表明，選用DPM/PGDA復(fù)配助溶劑體系的“濕碰濕”配套后的復(fù)合涂層仍存在輕微咬底，效果不如DPnB/PGDA復(fù)合涂層，因此，本實驗確定選用DPnB/PGDA作為復(fù)配助溶劑體系，添加量為配方總量的5%。

本實驗結(jié)合大型機械設(shè)備“濕碰濕”涂裝工藝的特點，通過對主體樹脂及其配套固化劑進行篩選和復(fù)配，調(diào)整配方顏基比、施工膜厚和水性功能助劑，

結(jié)果表明：

（1）底漆甲組分選用水性環(huán)氧乳液樹脂DB4253，乙組分選用Tg高的水性大分子鏈芳香胺類固化劑A和柔韌性佳的大分子鏈水性脂肪胺類固化劑B復(fù)配，復(fù)配質(zhì)量比為3∶2，甲、乙組分按照質(zhì)量比7∶1，得到的漆膜在機械性能和耐腐蝕性能方面表現(xiàn)最佳。

（2）底漆顏基比設(shè)計在2.0左右，涂裝的干膜厚度為（55±5）μm，與面漆“濕碰濕”配套性最好，復(fù)合涂膜的綜合性能最佳。

（3）面漆甲組分選用羥基含量為3.3%的水性羥基樹脂Antkote^?2033，乙組分選殼結(jié)構(gòu)的水可分散HDI固化劑DNW搭配有機硅改性HDI固化劑Aquolin^?280使用，質(zhì)量比為2∶1，與底漆“濕碰濕”配套性好，復(fù)合涂層光澤高，耐中性鹽霧性、初期耐水性和耐候性優(yōu)異。

文章來自《涂料工業(yè)》2022年第12期。