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1、水性系统施工溶制型系统摘要：介绍了水性涂料的特点,并对喷涂工艺及设备设计时需注意的一些主要问题进行了论 述。关键词：水性涂料；喷涂工艺；设备设计1引言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
2、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项目水甲苯二甲苯沸点/V100.0110.6熔点0-95-25燕劇热術畑12457.22413J3432介电常数fco r）旳2.24爆炸顿限（容圖.0-7
3、.03 0-7.6闪点JCJ/V6-3029-50表1水与常用溶剂主要特性对比2-3点击此处查看全部新闻图片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。漆膜形成 喷涂旌工 循師系统 图1水性色漆的流变特性 点击此处査看全部新闻图片图1水性色漆的流变特性当水性涂料喷涂时，在咼剪切力的状态下，水性涂料的黏度迅速下降，保证涂料具有良 好的微粒
4、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+双组分罩光清漆啲工艺体 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排放量对比王总愉系电泳中洽色滦虽光溝漆VOC排放fi1OED容剂型溶剂型单组分1202CED濬剤型水性W3CED水性4CED水性水性水性5CED水性 （去离子水洗1） （表调）一 （磷化） f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 f冷却（强冷）喷面漆流平闪
5、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
6、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。 表3涂料常用有机溶剂的表面张力名称若称表血张力a .-dvri -bASyn-(cniQ 11a-djn-cm1如卯陌刿C.l 161了岸27182600.11206.260.1120乙醴丁醋27. S5C.IC64J27.M0则斗邻二甲苯32 51C.liOl0.MG2间二甲華31230,11 的丙蠻忑凿2&72对二甲苯U.IC74乙峑甲酯27.950.12S9丁醴己酹24550JA45垠苯3&.9C阳表3涂料常用有机溶剂的表面张力点击此处查看全部新闻图片3.1.1除油钢铁表面除油程度要严格按照GB/T
7、133121991的要求进行检查和控制。本方法是用标 准G型极性溶液滴2滴（0.1mL）在被试表面上，立即用玻璃棒涂成20mmx40mm的覆盖面 积，将特制的A型验油试纸紧贴在溶液膜上，1min后观察变色情况。若A型验油试纸显色 均匀、连续完整，即为合格，反之不合格。无论对溶剂型涂料还是水性涂料，除油质量的好 坏，对产品涂膜的质量都会产生较大的影响，但对于溶剂型涂料喷涂来说，工件表面除油不 太彻底时，涂膜外观缺陷不会立即表现出来，但对水性涂料来说，工件表面除油不彻底，在 其表面就难以形成完整的涂膜，所以，对水性涂料喷涂来说，前处理质量显得更为重要。3.1.2磷化磷化膜的检验要严格按GB6807
8、1986进行，可采用3%氯化钠水溶液于1525C浸渍， 或硫酸铜溶液点滴。也可以涂漆以后进行盐雾试验来考核。硫酸铜点滴液配方如下： CuSO45H2O为41g/L, NaCl为35g/L，0.1mol/L的HC1为13mL/L。水性涂料对磷化膜的要 求与溶剂型涂料基本相同，磷化膜必须均匀完整，细密无挂灰。3.2强冷水的蒸发潜热为2457.22kJ/kg，而涂装常用溶剂的蒸发潜热：二甲苯为343.2kJ/kg, 丁醇 为590.2kJ/kg，酮类为343444kJ/kg，都要比水低得多，所以喷涂同样厚度的涂料对工件的 降温作用水性涂料更大一些，因此认为对于拖拉机底盘、柴油机等主要由铸件构成、涂层
9、以 防腐为主、对涂装表面装饰要求不高的工件，可以不设强冷。3.3喷（底、面）漆喷涂水性涂料所用的一般空气喷枪与溶剂型涂料相同，但对环境条件（主要是温度、湿 度）的要求与溶剂型涂料相比存在一定的差别。在喷漆室中喷涂水性涂料时，水变成水蒸气 体积膨胀1244倍，可以使喷漆室中的湿度瞬间升高，当湿度达到90%以上时涂在被涂物上的 涂膜会流淌下来5。所以，喷涂水性涂料时控制喷漆室的湿度很重要，温度也要保持在不 产生流挂和流淌的范围，一般认为，温度在1530C,相对湿度在60%80%较为适宜。由 于水的腐蚀性比溶剂大，喷漆室尤其是循环水处理系统最好采用不锈钢制成。喷漆室内的送 风必须有适当的调温调湿装置
10、。国内汽车涂装喷漆室冬天都可以调温调湿，夏天却很少有调 温调湿的，因为需要的制冷量太大，所以很少有送冷风的。因此在高温高湿地区，如果使用 水性涂料，必须在喷漆室安装中央空调，夏季也需要送冷风，这样才能保证水性涂料的施工 质量。水性涂料和溶剂型涂料的喷涂环境条件见图2。40 50 60 70 80尚可喷涂环境（有发花和流 挂的冈险）水性中涂、底色氣 漕榛相对握度/怖40 50 60 70 恥尚可喷涂环境 100C） 的烘干炉。是否设置闪干工序，闪干时间和温度的具体参数要根据所使用的水性涂料的性能、 对工件涂层的质量要求和烘干炉要求的温度来确定。一般情况下，湿碰湿工艺、烘炉烘干温 度较高（一般在1
11、00C以上，高于水的沸点温度）、对漆膜光泽和外观要求较高时，应该设置 闪干工序。闪干时间的确定，对生产线而言，闪干时间主要受链速影响。闪干时间短，涂层 内水分和溶剂没有及时挥发出来导致经高温烘烤后出现针孔、痱子等缺陷；闪干时间长，漆 膜表面过干，涂层容易产生橘皮等缺陷。要合理选择闪干时间，但同时需增加加热闪干区， 否则容易出现流挂、气泡等质量问题。3.5烘干同喷漆室的设计原则类似，烘干室中由于空气中水分含量较高也会对设备造成腐蚀，所 以烘房内壁也需采用不锈钢制造。同时，水性涂料中稀释剂的主体是水，水的挥发与喷漆室 的温湿度有较大关系。当湿度一定时，随着温度的升高，水的挥发速率增加；当温度一定时
12、， 则湿度增加，水的挥发受阻；当相对湿度过大时,水分挥发很慢，施工过程中易产生流挂等 漆膜缺陷。由于水的蒸发潜热大（见表1）,是一般溶剂的57倍，烘干室的热容量要适度增 大。同时，水较有机溶剂蒸发慢，致使水性涂料的烘干时间要长，涂膜和被涂物升温不宜过 快。在水性涂料中除用电泳涂装法所得涂膜，受电渗作用使湿涂膜中的含水量很少，可直接 经受高温烘烤外，其它含水量较高的水性涂料涂膜都要靠晾干和分段升温（在100C以下保 温一段时间），使涂膜中的水分基本蒸发掉，才升至工艺温度烘干，不然会由于水分在00C 时激烈沸腾而产生漆膜弊病。水性中涂、面漆和溶剂型中涂、面漆的典型热对流加热的烘干 温度、时间变化曲
13、线见图3和图4。都有这样的经验，在室外风口晾晒衣服干得快，反之，通 风不良干得慢或不能干燥，空气的相对湿度大了，也干得慢。这也是水性涂料干燥的原则。 因而在晾干及烘干室中控制空气的湿度对烘干时间及效果非常重要。运动方向一-升温区罷区升湍区区 温 保区 却一0r图3水性涂料中涂、面漆的固化（烘干）曲线 点击此处杳看全部新闻图片图3水性涂料中涂、面漆的固化（烘干）曲线运动方向風1门形烘干室升混区保温区冷却区%厂11174.7时间加in图4溶剂型中涂、面漆的固化（烘干）曲线点击此处查看全部新闻图片图4溶剂型中涂、面漆的固化（烘干）曲线3.6自动喷涂系统水性涂料的主要溶剂是水，具有高导电性，如果采用溶剂型涂料通常使用的内部加电式 旋杯（见图5），高压静电会从输漆系统泄漏出去，因此水性涂料在应用初期一般使用外部加 电式旋杯（见图6）。图5内部加电式旋杯点击此处杳看全部新闻图片图5内部加电式旋杯图6外部加电式旋杯 点击此处杳看全部新闻图片图6外部加电式旋杯但由于外部加电式旋杯系统中外置的加电手指容易积油漆，导致清洁频次增加；同时手 指对旋杯移动速度和环境湿度较为敏感，会造成油漆利用率降低8%13%，影响油漆外观 质量。随着技术的发展，目前内部加电式旋杯已开始在水性涂料喷涂线上使用，在喷涂开始
