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慧正資訊：近年來隨著我國環保政策不斷出臺和實施，金屬涂裝市場的“油轉水”工作如火如荼地進行，水性涂料的市場份額在不斷提高。一般而言，水性樹脂含有親水基團，耐水差、耐腐蝕性差，另外水的蒸發潛熱大導致慢干，施工性差。因此，我國最初大量切換成水性漆的金屬涂裝市場為低端單組分涂料市場，如腳手架、欄桿等輕防腐鋼結構市場。但隨著環保政策的不斷深入，中高端雙組分金屬防腐市場對“油轉水”的呼聲越來越高，而在切換的過程中，技術上也遇到了各種各樣的困難。
聯固化學專注水性雙組份樹脂、固化劑自主研發十余年，通過“研發—應用—銷售”鐵三角在市場上不斷聯動，順應市場，推陳出新，不斷解決技術問題。本文總結了水性雙組分工業漆近幾年遇到的痛點、難點，并提出相應的解決方案。
問題1：水性環氧乳液價格高、VOC高難增稠
2021年化工原料深陷漲價狂潮，環氧氯丙烷緊缺導致環氧樹脂直線飆漲。另一方面，環氧乳液通常由外乳化油性環氧樹脂制得，粘度高（8000-12000cp.s）、VOC較高（130-150g/L），溶劑較多導致增稠困難。為此，聯固化學在現有環氧聚合物基礎上，重新進行分子設計，創新使用內乳化技術，并進一步優化配方成本，推出了兩款快干、性價比高、低粘、VOC低的環氧分散體：Banco2093和Banco2095。二者性能對比見表1。
表1：兩套低VOC、高性價比環氧分散體方案：2093、2095
Banco2093粘度只有700cp.s，VOC只有40g/L，溶劑的減少，使其易被聚氨酯增稠劑增稠。特殊單體的存在使其適用期有明顯幅度的增加，常溫下可達到8h，減少現場施工因適用期過短導致涂料報廢的成本風險。Banco2093在相同固含下，價格較低，快干，早期耐水優秀，耐鹽霧良好，300-400h，為鋼結構、低端工程機械市場提供高性價比解決方案。
Banco2095粘度在3000cp.s，VOC也只有65g/L。雖然它在相同固含下，價格比Banco2093高，但是它在兩方面可降低環氧漆的成本：1）當量大，1300g/mol，搭配的固化劑添加量可相應減少，降低配方成本；2）抗流掛優異，普通環氧乳液加固化劑降粘，而Banco2095加固化劑增粘，因此施工時可以兌很多的水降粘，卻不影響流掛。測試發現，其兌13%的水依然可以做到120um干膜不流掛。因此施工成本低。此外，由于其乳化結構穩定，Banco2095可研磨、可耐強極性溶劑。樹脂配方中加入酒精，可使表干時間可進一步減少，非常適合在高濕條件施工、或者“濕碰濕”場景。其早期耐水優秀，耐鹽霧優秀，500-600h，為鋼結構、中高端工程機械、軌道交通市場提供高性價比解決方案。
問題2：水性環氧底漆打磨粘砂紙
中高端工程機械、高鐵、地鐵、大巴漆在噴涂完環氧底漆后，為了保證中涂或者面漆的表面效果，一般會對環氧底漆進行打磨。而水性環氧底漆通常上硬度較慢，打磨容易粘砂紙，導致打磨效率變低，見圖1，這在注重“精益生產”的流水涂裝線是不可接受的。為此，聯固化學推出快干易打磨環氧配套：Banco2091A+Banco927。Banco2091A環氧樹脂玻璃化溫度較高，而Banco927水溶型改性多胺加成物，封端率低，反應活性高。配套涂層硬度上升快，可實現70℃30min，320目砂紙打磨不粘砂紙，見圖2。另外，該配套雖然快干，但是適用期也可達到4h。
問題3：水性環氧底面合一漆光澤不穩定
汽車零配件、室內設備、地下大型管道等對耐候要求不高的場景會選擇中光或者高光環氧DTM。而很多中光或者高光水性環氧DTM光澤度會隨著適用期、烘烤工藝而不斷變化，見圖3。光澤的不一致，顏色也并不會一致。最終使得不同噴涂批次的工件、或者大型工件不同區域顏色不一致。為此，聯固化學推出長效穩定光澤環氧固化劑Banco970，可做到在不同的干燥條件、適用期內，中高光DTM的光澤穩定，見表2。
圖3：水性環氧DTM的光澤隨適用期不斷減少
表2：Banco970適用期、不同干燥條件下的光澤變化
問題4：水性環氧底聚氨酯面漆“濕碰濕”
基于加快生產節拍、節能減排、減少人力等等的考慮，越來越多工程機械涂裝線將傳統的兩噴兩烤（2C2B）改成了兩噴一烤（2C1B）：在環氧底漆未完全干透時噴上聚氨酯面漆，再進行烘烤，即所謂的“濕碰濕”?！皾衽鰸瘛惫に噷λ云岬膽锰岢隽撕艽蟮奶魬稹Ｋ原h氧底漆普遍慢干，在“濕的”環氧上噴上聚氨酯面漆，脂肪胺會優先和異氰酸酯發生反應，面漆易起痱子，產生聚脲顆粒等表面缺陷。為此，聯固化學推出兩條技術路線的“濕碰濕”方案。
技術路線一，使用表干快速的水性環氧底漆，使得脂肪胺錨定在底漆中，減少與面漆的副反應。環氧底漆推薦Banco2091A+Banco920，利用Banco2091A高玻璃化溫度實現快速表干，“濕碰濕”效果見圖4?；蛘連anco2095+乙醇+Banco920，利用2095加乙醇不破乳的特性，乙醇在高濕條件下把水帶出，實現表干。技術路線一要求等底漆表干后再上面漆，底漆表干通常在15-30min，具體表干時間視空氣濕度和溫度而定。推薦加裝通風設備保持低濕度，或者對工件進行預熱處理再噴底漆，加速環氧底漆表干。
技術路線二，使用和異氰酸酯固化劑反應緩慢的脂肪胺固化劑，減少“濕碰濕”副反應。環氧固化劑推薦Banco933，搭配Banco2095+乙醇，不等底漆表干，即可噴面漆，可實現更短時間——5min的“濕碰濕”。如下圖5做的“濕碰濕”，23℃100RH%微風下，噴涂50um2095+933，流平5min，再噴涂50um2720+3580A中鉻黃，流平20min，60℃烘烤30min，20°光澤86.1，60°光澤92.7，板面良好。
問題5：水性聚氨酯厚涂急烘易起痱子
因為NCO易和水反應生成二氧化碳，相對于油性漆，水性聚氨酯面漆從開始推出到現在就一直存在起痱子的風險。有些較差的水性聚氨酯面漆配方，施工時需要把干膜膜厚做到50um以下，流平至少15min以上，等泡脫完后再烘烤，才能保證板面無痱子。水性聚氨酯面漆的這些施工問題一直困擾著一些追求效率、噴涂手法控制不好、涂裝線短的客戶。為此，聯固化學推出Uahard3580A異氰酸固化劑，該固化劑疏水親油，雙組分混合后，和水的副反應較少，搭配高抗痱子羥丙分散體Uacryl2720或者Uacryl2150，可輕松做到噴涂90um干膜，不流平，60℃急烘不起痱子，板面效果良好，20°光澤大于80，60°光澤＞90，見圖6。
圖6：2720+3580A不流平，直接60℃急烘不起痱子
問題6：水性聚氨酯面漆適用期短、配方成本高
無論是國標要求還是現場施工要求，水性或者油性，中高端聚氨酯面漆都要求常溫適用期須達到4h，夏天高溫（35℃）適用期達到2h。通常的做法是在固化劑拼入IPDI來延長適用期。但是IPDI成本高，2021年甚至出現了斷貨的情況。另一方面，水性聚氨酯面漆一直成本居高不下，究其原因，水性異氰酸固化劑價格太高了。為此，聯固化學推出了長適用期、可加油性異氰酸酯固化劑的羥丙分散體Uacryl2766。該產品創新使用了有機包裹層技術，在羥丙分散體的核殼結構外接枝包裹層，利用包裹層的位阻效應，減緩活性羥基和異氰酸酯固化劑的反應，得到長的適用期。分子結構設計原理和適用期粘度變化數據見圖7，在不加IPDI的情況下，在25℃下適用期4h光澤不變、粘度不變，在35℃下適用期3h光澤不變、粘度不變。另外該產品乳化性能優異，可搭配油性HDI固化劑，如HT100、3300等，無論是做無機色還是有機色，60°光澤均可達到90以上，如圖8。
圖72766超長適用期原理圖以及35℃適用期表現
圖8無機/有機色2766+油性HDI固化劑高光照片
問題7：水性聚氨酯面漆VOC高、豐滿度差、高溫黃變
高端聚氨酯面漆要求板面流平好、20°角光澤高、豐滿度好，在一些場景如中車Q/CRRCJ44-2019，還要求動車水性聚氨酯面漆能夠耐高溫黃變（150℃1h），VOC低。然而水性聚氨酯面漆由于水和異氰酸酯副反應的存在，豐滿度比油性的差，耐高溫黃變較差，見圖9。
圖9：水性聚氨酯耐高溫黃變問題（150℃1h）
此外，為保證無泡膜厚，通常會在配方中增加慢干溶劑用量來延長漆膜開放時間，使得最終VOC偏高。為此，聯固化學推出低VOC、高光澤、耐高溫黃變羥丙分散體Uacryl2739。其豐滿度高，20°光澤＞85，VOC只有10g/L。搭配水性異氰酸酯固化劑Uahard3598A，無泡膜厚可輕松控制在干膜120um，耐150℃2h不黃變，見圖10。Uacryl2739可很好滿足高端水性聚氨酯面漆，如水性大巴漆、高鐵漆、地鐵漆的用戶要求。
圖10：2739+3598A高光高豐滿度，150℃2h不黃變
結語
2021是化工行業艱難的一年，國內外疫情持續蔓延，上游原材料工廠停工，進出口貿易受阻，原材料持續價格高位，甚至斷貨，涂料公司紛紛發出漲價函?！坝娃D水”在技術困難和價格上揚的雙重夾擊下艱難前行，好在國家推進“藍天白云保衛戰”的決心和政策不變，市場持續轉水的需求越來越大。聯固化學秉承著“您的水漆，聯固護航”的理念，十余年專注于水性雙組分工業漆的樹脂、固化劑研發和應用，一直致力于為客戶提供最實際、最合理、最貼切的創新解決方案。本文分析總結了雙組分工業漆近年來在“油轉水”過程中遇到的一些痛點、難點，提供了相應的水性樹脂和固化劑解決方案，為中國水性工業漆的持續發展助力。
關于聯固化學
聯固化學（AUG）始創于1998年，是一家集研發、生產、銷售于一體的國家級高新技術企業，專業提供環?；瘜W材料、專注為涂料、油墨等行業提供高性能、環保、新型和各種精細化工原材料。
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