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水性涂料喷涂工艺及设备设计的研究

时间:2011-05-23 11:29:44 来源: 作者:小辉点击:次

随着涂料工业的发展，涂料的花色、品种、功能越来越多，分工也越来越细。但在涂料的制造和施工过程中因有机溶剂的大量排放而对环境造成巨大的污染。为限制有机溶剂的排放，涂料的高固体化、无溶剂化、水性化已呈日趋壮大之势，业内人士广泛赞同的“4E”涂料（Economy，Efficiency，Ecology，Energy）即指上述涂料。其中，涂料的水性化是近年来发展十分迅速的一个领域[1]，但由于水性涂料与溶剂型涂料相比，存在诸多不同：水性涂料以水为稀释剂，溶剂型涂料以甲苯、二甲苯、醋酸丁酯等有机溶剂为稀释剂；在进行喷涂工艺及设备设计时，需要充分了解水性涂料的特点，根据其特点才能设计出科学合理的喷涂工艺及设备。

2水性涂料的特点[2]

水性涂料与溶剂型涂料相比具有低挥发速率、高表面张力、高导电性、腐蚀性以及易产生气泡的特点，导致水性涂料在施工设备和工艺方面与溶剂型涂料相比有所不同。水性涂料使用的主要溶剂水与溶剂型涂料使用的一些常用溶剂的特性比较见表1。

表1水与常用溶剂主要特性对比[2-3]

水性涂料中水的挥发主要是通过喷漆室的温湿度来进行控制的，而溶剂型涂料可以通过调整稀释剂的挥发速率来调整施工固体含量。水性色漆的施工固体含量通常为20%～30％，而溶剂型色漆的施工固体含量高达60%～70％，因此水性色漆的平滑性较好。涂料流变性的控制技术是水性涂料的设计关键，水性色漆的流变特性如图1所示。

图1水性色漆的流变特性

当水性涂料喷涂时，在高剪切力的状态下，水性涂料的黏度迅速下降，保证涂料具有良好的微粒化效果；当剪切力消除后，迅速恢复高黏度状态，从而保证了金属颜料良好的定向效果以及抗流挂性能。水性涂料与溶剂型涂料相比最大的优点是VOC排放量低。不同工艺体系的VOC排放量见表2。目前欧洲采用“水性中涂＋水性色漆＋双组分罩光清漆”的工艺体系较为普遍，从而满足了欧洲对VOC排放的标准要求。

表2不同涂装工艺体系的VOC排放量对比

3水性涂料的工艺及设备设计需要注意的一些问题

水性涂料涂装工序与溶剂型涂料基本相同，但在设备选用材料和工艺参数设定上需根据水性涂料的特性进行选取，其典型工艺为：

前处理[上线→预脱脂→脱脂→水洗1→水洗2→（去离子水洗1）→（表调）→（磷化）→水洗3→水洗4→（去离子水洗2）→人工吹水→烘干]→强冷→喷底漆→流平→闪干→烘干→冷却（强冷）→喷面漆→流平→闪干→烘干→冷却（强冷）→下线

3.1前处理

各类材料或制品在涂漆以前对其清除各类污物、整平及覆盖某类化学转化膜的所有准备工作，统称漆前表面处理。漆前表面处理技术是涂装技术的重要组成部分，在整个工艺过程中，需要选用清洗剂、表面调整剂、磷化剂、钝化剂、氧化剂等多种精细化工产品，这些化工产品组成复杂、性能差异大，如果选用不当或在使用中各槽液得不到很好的控制和管理，反而对涂层质量产生不利影响[4]。由于水性涂料以水作为稀释剂，水的表面张力为72.6dyn/cm，要比一般有机溶剂大，是涂料常用有机溶剂的2.5倍（见表3），因而难以浸润底材，易产生缩孔，所以一方面通过在水性涂料生产配方中添加表面活性剂来降低表面张力，提高浸润性能，另一方面，在进行工件的前处理时，对工件表面处理的质量要求更高。