探讨高固低粘树脂在环保车用涂料中的应用

方岸¹， 聂鹏¹ ，李梦杰²

（1、清远雅克化工有限公司，广东清远  511540；2、广东誉测检测技术有限公司，广东清远  511540）

摘要：针对现有环保法规要求，溶剂型涂料中挥发性有机物排放满足VOC＜420g/L，即可以认定为环保型涂料，免征消费税。本文采用雅克化工最新研发生产的YZ-H738高固低粘树脂，制备VOC小于420g/L的2K中涂底漆，用于减少施工时的VOC排放，达到对环境友好之目的。

关键词：VOC排放，高固低粘树脂，2K中涂底漆

1  前言

随着现代工业和社会的发展，以及人们环保意识的不断提高，涂料产业也在朝着环境友好方向发展。国家财政部与国家税务总局联合发布了“关于对涂料征收消费税的通知”为促进节能环保，经国务院批准自2015年2月1日起对涂料征收消费税，在生产、委托加工和进口环节征收，适用税率均为4% 。同时表示，对施工状态下挥发性有机化合物(VOC)含量低于420 g/L(含)的涂料免征消费税。

目前涂料行业环保方向有两个，一个是推动涂料体系水性化，另一个是走高固低粘的体系。

对于涂料水性化，仍然有众多现实困难需等待解决，比如水性涂料目前高昂的价格，较差的性价比、冬季施工难、工人操作不习惯、客户产线施工 “油改水”带来的庞大设备改造费用等问题，以及后期水性涂料涂层的保光保色、耐候性等潜在的风险。很多客户目前对水性涂料的接受度有限，短时间完全水性化不现实。

由此，高固低粘、满足VOC排放需求型的涂料，将是今后重点的发展的另一方向。高固低粘涂料一般采用特殊改性树脂制造而成，此类树脂本身具有粘度低，固含量高的特点。因此涂料亦具备高固低粘的特性，后期喷涂施工时，稀释剂添加量较少即可达到满意的施工粘度，从而达到节能减排，满足环保需求之目的。由于VOC指标是以单位体积施工工作液的排放为指标，而不是常见的施工固含量来判定，所以对于高光素色面漆及清漆，由于自身比重小，相对来讲VOC要求较为容易做到，但2K中涂底漆由于颜填料吸油量大，及添加比例高，造成自身比重较大，VOC指标相对难以做到。为此，针对于2K中涂底漆的高固低粘的环保要求，雅克开发了一支专用树脂YZ-H738。

2 实验部分

2.1实验原料

羟基丙烯酸树脂YZ-H738，固含量75%，粘度3000-5000mPa.s(25℃)，羟基含量为4.2%（固体计），清远雅克化工有限公司；聚氨酯分散剂，AFCONA产品；金红石钛白粉，四川龙蟒；颜填料，市售；防沉剂，德固赛；混合溶剂，自配；流平剂，毕克化学；催干剂，有机锡类，市售；消泡剂，毕克化学。

2.2 仪器设备

搅拌砂磨分散机，烘箱，涂4#粘度杯，比重杯，精密电子称，喷枪，漆膜划格器，气动打磨机，400目圆形砂纸，漆膜冲击器，刮板细度计，铅笔硬度计等。

2.3中涂底漆的制备

① 参考配方如下表所示：

表1  2K中涂底漆参考配方
材料类别		重量（g）
研磨部分	YZ-H738树脂	25.0
	聚氨酯分散剂	0.5
	金红石钛白粉	25.0
	颜填料	23
	防沉剂	0.3～0.5
	混合溶剂	8.0
后补加部分	YZ-H738树脂	16
	流平剂	0.05～0.1
	催干剂	0.01～0.05
	消泡剂	0.2～0.3
	混合溶剂	适量
总计		约100

② 实验工艺

按照表1所示参考配方，依次加入YZ-H738树脂、聚氨酯分散剂、金红石钛白粉、颜填料、防沉剂、混合溶剂，以500r/min的转速分散15分钟后，上研磨机研磨至细度小于20μm即可出料；按配方所示，在搅拌的情况下，依次加入后补加部分，即可制得中涂底漆。

2.4 涂料各项指标要求及对比测试结果

为了对比2K中涂底漆的性能优劣，我们找来了市售普通的溶剂型2K中涂底漆，以及市售的水性2K中涂底漆，以此对比并检测各项指标。

如下表所示：

序列	测试指标	技术要求	实测结果			检测方法
			（VOC达标） 2K中涂底漆	（普通溶剂型） 2K中涂底漆	（水性） 2K中涂底漆
1	固体含量	原漆，固化剂	79.7% ，70%	65.1%，55%	64.3%，68%	GB/T1725
2	原漆粘度	25 ℃，涂4#杯，S	80.7	271	138	GB/T1723
3	原漆细度	≤20μm	OK	OK	OK	GB/T1724
4	各组分比重	实测值 （g/ml）	原漆1.485 固化剂1.06 稀释剂0.877	原漆1.407 固化剂0.98 稀释剂0.908	原漆1.378 固化剂1.09 水0.985	GB1756-79
5	调漆比例	原漆：固化剂：稀释剂	4:1:0.4	4:1:1.6	6:1:1.2	----
6	施工粘度	25 ℃，涂4#杯，S	23.2	16.6	24.3	GB/T1723
7	施工固含量	实测值	72.0%	48.8%	55.4%	GB/T1725
8	施工工作液比重	实测值 （g/ml）	1.33	1.15	1.23	GB1756-79
9	VOC	理论值（g/L）	372.3	589.2	---	---
10	VOC	第三方检测机构 实测值（g/L）	401	522	274（扣水法）
11	干燥条件	实测	80℃*30min	80℃*30min	80℃*30min	---
12	漆膜外观	漆膜平整光滑，湿喷湿实喷，（ 板垂直放立）	OK，漆膜有较好的光泽	OK，漆膜光泽较低	OK，漆膜光泽很低	外观目测 GB/T13452.2
13	附着力	打磨钢板，≤1级	0级	1级	1级	GB/T9286
14	冲击强度	50kg.cm	正反冲 OK	正冲OK，反冲NG	正冲OK，反冲NG	GB/T1732
15	柔韧性	1mm	OK	OK	NG	GB/T1731
16	硬度	≥HB	OK	OK	OK	GB/T6739
17	打磨性	易打磨，打磨时易出粉，且不粘砂纸，打磨后表面平整	OK	OK	OK	GB/T1770
18	配套性	与使用方不经打磨的车身电泳漆，双组份 环氧底漆间附着力良好（≤1级），与使用 方面漆之间的层间附着力良好（≤1级）	0级	1级	1级	GB/T9286
19	填充性	填充性良好，能对细小打磨砂痕填充平整	很好	良好	一般	目测

由上表所示，虽然水性涂料的VOC数据最小，但柔韧性，附着力，遮盖性均不如溶剂型涂料；对于市售普通的溶剂型2K白中涂，VOC数据已经远远超过420g/L的指标，虽然施工性良好，但不满足环保法规要求；而环保型2K白中涂能在满足VOC＜420g/L的前提下，施工性良好，满足了客户产线需求，目前已经在主机厂正式量产，并深受客户好评。

2.5施工现场案例

雅克化工采用YZ-H738树脂为主体，生产的环保型2K白中涂，搭配雅克化工生产的2K雪山白面漆，在华东某主机厂生产的效果图。

2K面漆采用的主体树脂为雅克的YZ-H728树脂，是另一款高固低粘的羟丙树脂，侧重于外观视觉效果，及优良的耐候性。

 

图一：待喷涂车身，已做好前处理                   图二：喷涂环保型2K白中涂，已烘烤完毕

图三：产线工人进行打磨作业                   图四：打磨完毕，局部细节

 

图五：喷完2K白色面漆，烘烤完毕效果图                   图六：测试整体漆膜附着力，0级 

 2.6 结果与讨论

1）、 主体树脂的选择与性能的影响

主体树脂是涂料的核心组成部分，要实现2K中涂底漆满足VOC＜420g/L指标，理论上主体树脂就必须尽可能的选择高固低粘类型的，也就是固含量尽可能越高越好，粘度越低越好。中涂底漆作为一种承上启下的中间层涂料，还要满足一定的干燥速度与机械性能，对金属底材或电泳底漆有良好的附着力作用。目前市面上大部分超高固含的羟丙树脂，都有分子量偏小带来的干速慢等弊病，在打磨时漆膜易受热发软回粘，造成打磨易粘砂纸等问题；而快干的大分子羟丙树脂，虽然满足的施工所需的干燥速度与良好的漆膜机械性能，但是与高固低粘的初衷背道而驰，不利于环保。

雅克化工研发生产的YZ-H738树脂，固含量75%，粘度为3000-5000mPa.s(25℃)，羟基含量为4.2%（固体计），YZ-H738树脂具有较快的干燥速度，以及对金属底材，以及其他配套层的良好附着力，另外该树脂对各种颜填料有很好的润湿作用，与固化剂的配比适应宽，经过多次反复实验，确认其满足实验要求。

2）、  颜填料的选择与对性能的影响

颜填料需要满足较低的吸油量、良好的遮盖力、性价比、化学性质稳定等要求，除了主体颜料钛白粉以外，通常中涂底漆常用的颜填料有滑石粉、重钙粉（碳酸钙）、沉淀硫酸钡，高岭土，云母粉，磷酸锌，三聚磷酸铝等等。

车辆涂料要求漆膜具有良好的耐水性，那一些天然矿物粉类的颜填料，比如说高岭土，重钙粉，容易吸水受潮，故而弃用；吸油量越低越好，滑石粉，云母粉也基本弃用；经过删选，颜填料最终选择沉淀硫酸钡和磷酸锌两种，吸油量适中，化学性质稳定，具有一定的耐酸碱性。

3）、 流平剂、消泡剂的选择与对性能的影响

本次实验选择毕克化学的有机硅类流平剂，因为硅类流平剂具有很多优点，例如流平效果好且速度快，抗缩孔，对底材的污染处有一定的容忍度，因此应用非常广泛。值得注意的是，硅类流平剂往往容易稳泡，配方里需要控制添加量，以减轻漆膜起“痱子”等不良隐患。

为了进一步杜绝起泡现象，配方里还可以补加消泡剂来加速体系的脱泡、破泡速度，减少“痱子”现象。

4）、 防沉剂的选择与对性能的影响

防沉剂市面上有很多类型的产品，例如聚酰胺蜡浆、气相二氧化硅、膨润土等。本次实验选择气相二氧化硅作为防沉剂，相对来说，它化学性质稳定，对体系增稠效果不明显，适合高固低粘的需求。膨润土容易吸水，对原漆增稠明显，同时对漆膜的附着力影响较大，显然不合适。聚酰胺蜡浆价格昂贵，一般用于金属闪光漆里的银粉、珠光粉防沉，实色漆出于性价比原因，一般也不会选用。

5）、 混合溶剂的选择与对性能的影响

因产品特性高固低粘，所以有机溶剂添加极少，如果选择快干，很容易造成漆膜表干速度过快，造成起“痱子”等不良现象。为防止此类弊病，混合溶剂一般比较慢干（DBE\环己酮\三甲苯），用于原漆生产时调漆稀释，及施工喷涂稀释用。

6）、 固化剂的选择与对性能的影响

固化剂选进口某品牌HDI异氰酸酯，100%固体份且粘度较低，用无水丁酯及PMA稀释成70%浓度备用（25℃，涂4#杯粘度20.5″）。在该体系中，固化剂既有交联固化作用，亦有整体工作液降粘作用（保证不降低固含条件下，起到一部分“稀释剂”的作用）。

3  结语

由于 VOC＜420g/L指标是一个很严格的要求，为了达到这一指标，主体树脂非常关键，必须是高固低粘型，且满足一定的干燥速度，对金属底材或电泳底漆有良好的附着力作用。经过市场验证，雅克化工研发生产的YZ-H738主体树脂，完全符合此类要求。