寒冷地区快干汽车涂料喷涂“流挂”分析及解决方案

寒冷地区快干汽车涂料喷涂“流挂”分析及解决方案
□ 周晓红，岳文慧，孙振红，王承伟，姚改宁
(西北永新化工股份有限公司，兰州 730046)

0 前　言
汽车车身面漆是车辆最外层的涂层，它直接关系到车辆腐蚀保护特别是外观装饰性能，一般都希望汽车涂层具有极好的光泽度、丰满度和鲜映性。在如此光亮的表面，涂膜的任何缺陷都暴露无疑。在西北部寒冷地区，冬季(11月份现场实测)外界环境温度降到-20 ℃左右，被涂车辆的温度约为-27 ℃，在施工中发现丙烯酸改性醇酸类各色快干汽车涂料喷涂时出现涂膜“流挂”等明显外观缺陷。本文以丙烯酸改性醇酸类各色快干汽车涂料为例，就车身涂膜在寒冷地区涂装过程中的“流挂”缺陷，从现场施工角度分析了其产生原因及解决措施，为快干汽车涂料在寒冷地区推广打下坚实的基础。

1　涂膜“流挂”缺陷的描述及产生原因
1.1 涂膜“流挂”缺陷的描述[1]
涂料施涂于垂直面上时，由于其抗流挂性差或施涂不当、涂膜过厚等原因，湿膜向下流动形成各种形状下边缘厚的不均匀涂层称为流挂。流挂是涂料施工过程中比较常见的涂膜弊病，多出现在垂直面、角、合页连接处及水平面与垂直面交接的边缘线处。常见的流挂病态有3种：由整个垂直面上涂料下坠而造成的类似幕帘状涂膜外观称为“幕状流挂”；由局部窄缝或钉眼处的过量涂料造成的窄条状下坠称为“条状流挂”；“泪状流挂”是“条状流挂”的一种特殊形式[2]。
1.2 涂膜“流挂”缺陷产生的原因[1]
（1）喷涂环境不佳，缺乏适当的空气流动和温度。环境温度过低或周围空气中溶剂气含量过高；
（2）喷涂操作不当，喷枪距离被涂物太近，走枪太慢，一次喷涂太厚；
（3）喷枪设定不当，使用大出漆量的喷嘴配上低出气量的空气孔。喷涂气压过低。喷幅已变小而未相应减小出漆量；
（4）湿喷湿喷涂间隔小，晾干时间不足；
（5）所用稀释剂与涂料不配套，挥发过慢，涂料黏度过低；
（6）喷涂不均匀，厚处表干慢，如涂膜下处薄极易流挂；
（7）漆料喷涂于被污染或沾油的表面，或光滑的旧涂膜上，也易发生流挂；
（8）配方设计存在缺陷，如：颜基比不当；体系的表面干燥速度慢；防流挂助剂选用不当等原因都可能引起涂膜流挂现象。

2 寒冷地区涂膜“流挂”缺陷的解决方案
喷涂“流挂”缺陷影响因素广泛而复杂，在对现场人员操作、喷涂工艺及基材处理情况综合分析后，认定影响寒冷地区涂膜“流挂”缺陷的主要诱因是外界环境温度过低（接近-30 ℃），导致溶剂挥发缓慢而引起的涂膜流挂。本研究从配方设计入手，从树脂、颜料、溶剂及助剂４个方面出发，重新完善产品配方，以解决在约-30 ℃的寒冷区域涂膜“流挂”缺陷。
2.1 选用不同树脂体系，减少“流挂”缺陷
选择玻璃化温度较高的丙烯酸改性醇酸树脂制备各色快干汽车涂料。在原各色快干汽车涂料配方中所用的丙烯酸改性醇酸树脂玻璃化温度相对较低，干性较慢，影响涂膜的流挂性能。现选择玻璃化温度较高的另一只丙烯酸改性醇酸树脂提高涂膜干性，降低流挂现象的发生。不同体系树脂对比见表１。

在室外环境温度为-10 ℃，漆浆温度为-17 ℃的情况下，在事先喷好底漆的钢板上喷涂Ⅰ型和Ⅱ型面漆。经验证：其他组分不变的前提下，用玻璃化温度稍高的2#丙烯酸改性醇酸树脂制备的涂膜在光泽度和流挂性方面略好于原配方体系中1#改性树脂。故选择2#丙烯酸改性醇酸树脂制备丙烯酸改性醇酸类各色快干汽车涂料。
2.2 提高颜料分，增加一次成膜厚度
提高颜料分，不仅提高了施工固体分，在寒冷地区喷涂时一次成膜厚，遮盖力增强，而且因密度增加，涂膜密实，分子间间隙减少，避免了喷涂时因遮盖力差补喷第三道面漆，减少了流挂产生的几率。增加填料虽然也能起到降低流挂作用，但因丙烯酸改性醇酸类快干汽车涂料产品多用于室外，会引发涂膜失光、粉化等后遗症，故选择提高颜料分来解决涂膜流挂问题。
颜、填料对比见表2。

由表2所示数据可知：提高填料含量，涂膜厚度相应有所增加，但涂膜人工加速老化720 h有失光、粉化现象。提高颜料含量，涂膜厚度也相应有所增加，且人工加速老化720 h涂膜无变化。综合成本因素，最后选择Ⅰ和Ⅱ方案，在原配方基础上，将颜料提高5%或10%。
2.3 防流挂助剂的选择
在寒冷地区喷涂时，要求快干汽车涂料即具有良好的贮存稳定性，不易沉淀，又要保持施工条件下涂膜流平性和防流挂性的平衡，以提高涂料的施工效果，这就需要在涂料中加入防流挂剂，需要涂料有触变性。可供选择产品有：有机膨润土、气相二氧化硅、聚乙烯蜡、聚酰蜡等等。本研究从防流挂剂的类型与用量出发，不仅要考虑其流挂性，还要考虑对光泽度的影响，对成本的影响，来综合筛选最佳的触变材料。防流挂助剂对比见表3。

通过不同用量的聚乙烯蜡与聚酰胺蜡的对比，结合涂膜光泽度，最后选择Ⅳ和Ⅴ方案。以上两种方案聚酰胺蜡都能使涂膜平整光滑，且不流挂。2.4 合适的溶剂体系，有利于提高涂膜表面干燥速度若涂膜表面干燥太慢，使涂膜具有足够的流平时间，这样往往也会出现流挂问题。因此选择提高涂膜表面干燥速度的低沸点快挥发溶剂作为各色快干汽车涂料的稀释剂，使涂膜喷涂后快速成膜，减少流挂。
不同溶剂体系对比见表4。

经过试验验证，可以得出采用丙酮与乙酸丁酯混合溶剂制备的涂膜在光泽度、低温流挂性方面好于二甲苯与甲苯的混合溶剂，并且气味小。最后，在树脂体系基本确定的前提下，从颜料用量、溶剂体系及防流挂助剂3个方面选择不同正交体系进行了严格的试验筛选，结果见表5。

根据表5，我们选出最佳配方设计为第10号：组合为AⅡBⅡCⅢDⅣ。即见表6。

3 结 语
经过2个多月的努力，试验筛选出了最佳配方。在寒冷地区气温接近-30 ℃条件下进行现场模拟喷涂试验：涂膜光亮，丰满，无任何涂膜弊病。根据此配方及时为客户供货，客户在使用后比较满意，持续订货。寒冷地区低温涂装环境下一般选用冬季配方的涂料，但受限于涂装件结构与体积、工作场地、能源消耗、工厂结构、涂装条件、工艺节奏与过程、涂装操作习惯等因素，在有一定或更高装饰性要求的情况下，需要对通用的冬季配方改进和优化。此次丙烯酸改性醇酸类快干汽车涂料在寒冷地区喷涂中的成功使用，既为我公司在（超）寒冷环境下施工提供了新的成功案例和典范，也可为其他类型产品如重防腐涂料、厚浆涂料等在寒冷地区施工提供参考数据，提升对低温环境的适应性，为西北地区的工业发展做好配套保障。