新型第5類水性環(huán)氧樹脂體系為基料，添加無毒無污染防銹顏、填料，選擇適宜的助劑，制備了環(huán)保型雙組分低溫烘干型汽車用底漆。研究了水性環(huán)氧體系的成膜性能，環(huán)氧基與胺氫的摩爾比和顏料體積濃度（PVC）對(duì)漆膜耐鹽霧性能的影響。
關(guān)鍵詞：水性環(huán)氧涂料；汽車底漆；環(huán)保
0·前言
自2003年1月1日《中華人民共和國清潔生產(chǎn)促進(jìn)法》實(shí)施以來，2006年1月1日《環(huán)境標(biāo)志產(chǎn)品技術(shù)要求——水性涂料》法規(guī)又相繼實(shí)施，汽車涂裝行業(yè)也從2006年12月1日起實(shí)施《清潔生產(chǎn)標(biāo)準(zhǔn)汽車制造業(yè)（涂裝）》行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。一系列環(huán)保法律、法規(guī)的實(shí)施，加快了涂料朝高固體分、無有害溶劑、無毒、無污染、水性化方向的發(fā)展。本文結(jié)合汽車制造業(yè)現(xiàn)階段涂裝工藝的特點(diǎn)，研究了第5類水性環(huán)氧體系中環(huán)氧樹脂與環(huán)氧固化劑的成膜性能，環(huán)氧基與胺氫的摩爾比和顏料體積濃度（PVC）對(duì)漆膜耐鹽霧性能的影響，開發(fā)了環(huán)保型汽車用水性環(huán)氧樹脂底漆。
1·實(shí)驗(yàn)部分
1.1原材料
水性環(huán)氧樹脂乳液：自制。
水性環(huán)氧固化劑：自制。
顏、填料：鈦白粉、磷酸鋅、三聚磷酸鋁、復(fù)合磷
鈦粉、云母、硫酸鋇等，均為工業(yè)品。
助劑：潤濕劑、分散劑、消泡劑、流平劑、閃蝕抑制劑、防霉劑、偶聯(lián)劑、防沉劑、增稠劑、pH值調(diào)節(jié)劑等。
溶劑：去離子水。
1.2底漆的制備工藝
甲組分：首先用高速分散機(jī)在低速攪拌下，將潤濕劑、分散劑、部分消泡劑加入到水性環(huán)氧固化劑中分散充分；再慢慢投入顏、填料，混合均勻后高速分散充分；然后用砂磨機(jī)研磨至細(xì)度符合要求；最后補(bǔ)加消泡劑（部分）、閃蝕抑制劑、防霉劑、流平劑、偶聯(lián)劑、防沉劑、增稠劑、pH值調(diào)節(jié)劑等，用去離子水調(diào)整到適宜的粘度。
乙組分：水性環(huán)氧樹脂乳液（自制）。
1.3性能檢測及主要儀器、設(shè)備
檢驗(yàn)總依據(jù)：GB/T13493—92《汽車用底漆》。附著力：用QFZ-Ⅱ型漆膜附著力測定儀（天津科聯(lián)材料試驗(yàn)機(jī)廠），按GB1720—79測定。
柔韌性：用漆膜柔韌性測定儀（上海現(xiàn)代環(huán)境工程技術(shù)有限公司），按GB1731—79測定。耐沖擊性：用QCJ型漆膜沖擊器（天津中環(huán)試驗(yàn)機(jī)廠），按GB1732—79測定。
硬度：用QHQ型涂膜鉛筆劃痕硬度測定儀（天津科聯(lián)材料試驗(yàn)機(jī)廠），按GB6739測定。耐鹽霧性：用鹽霧腐蝕試驗(yàn)箱（金壇市金鷹環(huán)境試驗(yàn)設(shè)備有限公司），按GB1771—92測定。
1.4底漆的主要性能指標(biāo)
底漆的主要性能指標(biāo)見表1。
2·配方設(shè)計(jì)
2.1水性環(huán)氧樹脂乳液和水性環(huán)氧固化劑的選擇
2.1.1對(duì)去離子水的容忍度試驗(yàn)
水性環(huán)氧樹脂和水性環(huán)氧固化劑對(duì)去離子水的容忍度是決定制漆性能的關(guān)鍵之一，分別按4∶1、3∶1、2∶1、1∶1、1∶2比例與水混合靜置。不出現(xiàn)破乳、分層現(xiàn)象，靜置時(shí)間越長，表明對(duì)去離子水的容忍度越高。通過試驗(yàn)，選擇1∶1比例（按固體計(jì)約占25%）、靜置3d以上不出現(xiàn)異常現(xiàn)象的環(huán)氧乳液或環(huán)氧固化劑制漆。
2.1.2清漆漆膜性能試驗(yàn)
按環(huán)氧基/胺氫的摩爾比在（0.8~1.2）∶1范圍將不同比例的水性環(huán)氧樹脂乳液和環(huán)氧固化劑混合，可添加適量助劑。噴涂在馬口鐵板上，干燥后觀察漆膜的透明性、檢測漆膜的附著力、硬度、柔韌性、耐沖擊性等指標(biāo)。選擇外觀透明、漆膜性能指標(biāo)高的水性環(huán)氧樹脂乳液和水性環(huán)氧固化劑制漆。
2.2顏、填料的選擇
依據(jù)《環(huán)境標(biāo)志產(chǎn)品——水性涂料》要求，不選擇紅丹、鋅鉻黃、鍶鉻黃、中鉻黃等防銹性能突出但有毒的防銹顏料。選擇磷酸鋅、三聚磷酸鋁、復(fù)合磷鈦粉等環(huán)保型化學(xué)防銹性能好的顏料，主要是在涂層內(nèi)離解出磷酸根離子或三聚磷酸根離子，與基材金屬離子形成致密附著膜，從而抑制腐蝕；選擇云母等物理防銹好的片狀填料，有效減緩空氣中的水、氧氣對(duì)漆膜的透過性從而減緩腐蝕。
2.3助劑的選擇
2.3.1潤濕、分散劑根據(jù)顏填料的種類、粒徑、分散難易程度，主要從成膜物陰、陽離子角度考慮，選擇非離子型潤濕、分散劑。
2.3.2消泡劑
主要從與基料的相容性、抑泡、破泡效果等幾方面對(duì)比選擇。部分消泡劑研磨時(shí)加入，部分消泡劑調(diào)漆時(shí)補(bǔ)加，以發(fā)揮消泡劑的整體抑泡、破泡能力。
2.3.3流平劑
甲、乙兩組分按比例配制好后噴涂于底材上，觀察漆膜是否出現(xiàn)桔皮、縮孔等異�，F(xiàn)象，流平劑用量以不出現(xiàn)桔皮、縮孔等異�，F(xiàn)象的最小用量為宜。
2.3.4抗閃蝕劑
水的表面張力大，在空氣中的揮發(fā)速度相對(duì)溶劑型涂料慢，漆膜表干時(shí)間長，鋼鐵表面極易產(chǎn)生閃銹，在低溫（5℃以下）或高濕（80%以上）條件下更是如此，嚴(yán)重影響漆膜外觀和耐腐蝕性能。常加入亞硝酸鹽、苯甲酸鹽加以防止，考慮到會(huì)影響耐水性等，沒有選用，選用了表面活性劑類型的胺類高分子助劑。在低溫和高濕度環(huán)境條件下都能達(dá)到理想的效果。
2.3.5pH值調(diào)節(jié)劑
由于水性環(huán)氧固化劑與顏、填料一起研磨制得的甲組分體系本身呈堿性，選擇了醇胺類高分子pH值調(diào)節(jié)劑，以保證漆漿體系的長期貯存穩(wěn)定性。同時(shí)還有助于潤濕和分散。
2.3.6增稠劑
根據(jù)現(xiàn)階段汽車制造業(yè)底漆涂裝工藝的特點(diǎn)，大部分是采用濕碰濕一次噴涂、噴涂時(shí)間間隔短、濕漆膜比較厚，水性涂料相對(duì)溶劑型涂料揮發(fā)慢，更易出現(xiàn)流墜、流掛等涂膜弊病，尤其是低溫高濕環(huán)境條件下施工更是如此�？紤]到常用的纖維素等堿溶脹型增稠劑對(duì)漆膜的耐腐蝕性能有影響而沒有選用，選用了聚氨酯締合型增稠劑以改善濕漆膜表干之前的抗流掛性，同時(shí)也增強(qiáng)了施工噴涂時(shí)的可厚涂性。
2.3.7·偶聯(lián)劑
為了增強(qiáng)水性環(huán)氧汽車底漆對(duì)底材的附著力，可考慮添加硅烷類偶聯(lián)劑，最好選用帶環(huán)氧或者氨基等活性反應(yīng)基團(tuán)的，仍需要對(duì)比空白與添加后對(duì)漆膜耐腐蝕性能的影響。
2.4·顏料體積濃度（PVC）對(duì)漆膜性能的影響
通過調(diào)整顏基比配制不同顏料體積濃度（PVC）的產(chǎn)品，對(duì)比耐鹽霧性能的變化：PVC太低，成膜體系中基料粒子包覆顏料粒子后有大量的剩余；PVC太高，成膜體系中基料粒子不能完全包覆顏料粒子，都會(huì)影響漆膜的致密性從而影響漆膜的耐腐蝕性能。根據(jù)GB/T13496—92《汽車用底漆》的要求、權(quán)衡漆膜的綜合性能，配方PVC控制在21.7%~37%為最佳。漆膜耐鹽霧性隨PVC的變化趨勢(shì)見圖1。
2.5環(huán)氧基與胺氫的摩爾比對(duì)漆膜性能的影響
理論上，按環(huán)氧基與胺氫的摩爾比1∶1剛好完全固化反應(yīng)。但通過調(diào)整不同環(huán)氧基與胺氫的摩爾比，對(duì)比漆膜耐鹽霧性能的變化，結(jié)果發(fā)現(xiàn)：環(huán)氧基稍微過量，漆膜耐鹽霧等性能提高，相反，胺氫稍微過量，漆膜耐鹽霧性能等降低，無論哪種組分過量太多，漆膜耐鹽霧性均發(fā)生急劇變化。根據(jù)GB/T13493—92《汽車用底漆》的要求、權(quán)衡漆膜的綜合性能，配方中環(huán)氧基與胺氫的摩爾比控制在0.87~1.15范圍最佳。漆膜耐鹽霧性隨環(huán)氧基與胺氫摩爾比的變化見圖2。
3·結(jié)語
研制水性環(huán)氧汽車涂料與研制溶劑型涂料一樣，與配方體系的基料、顏填料、助劑、溶劑等密切相關(guān)，更要注意水性涂料的固化機(jī)理和施工工藝的特殊性，經(jīng)過多方面反復(fù)試驗(yàn)驗(yàn)證，才能更好地滿足應(yīng)用要求。
