輪轂市場目前分為兩大類，鋼制輪轂以及鋁合金輪轂。其中，鋁輪轂主要應(yīng)用于乘用車，鋼輪轂主要用于商用車。在鋼制輪轂市場，正興車輪集團(tuán)有限公司、東風(fēng)汽車車輪有限公司以及興民智通（集團(tuán)）股份有限公司，市場占有率過半。隨著國家環(huán)保政策的推出，各地推薦使用環(huán)境友好型涂料，在商用車零部件領(lǐng)域，已經(jīng)實現(xiàn)了水性涂料的應(yīng)用。尤其是鋼輪轂領(lǐng)域，使用水性涂料替代溶劑型涂料的案例很多，例如唐山興民鋼圈已經(jīng)實現(xiàn)了水性化，正興車輪也都測試了水性涂料的涂裝方案。
鋼輪轂用水性面漆通常為具有金屬銀白效果的氨基烤漆，面漆漆膜光澤度在80以上，鋁粉排列好，金屬效果好。并且由于鋼輪轂涂裝都有一層電泳底漆，這也要求面漆與電泳底漆之間有良好的附著力。本文主要講述了鋼輪轂用水性涂料的制備。主要探討不同主體樹脂體系，不同氨基樹脂，不同鋁粉定向劑，不同水性鋁銀漿對產(chǎn)品性能的影響情況。
1、 鋼輪轂用水性涂料的制備
實驗中選用的主體樹脂為江門 6257水性丙烯酸樹脂、華科821水性聚酯樹脂、萬華化學(xué)的2057羥基丙烯酸分散體和雙鍵化學(xué)的DB3642羥基丙烯酸分散體中的一種或幾種。氨基樹脂選用湛新的325 、327、303和三木的5717W氨基樹脂。鋁銀漿選用旭陽和族興的水性鋁銀漿，包括鈍化型水性鋁銀漿和包膜型水性鋁銀漿。鋁粉定向劑選用BYK的AQUATIX 8421、帝斯巴隆的AQH-800、核心化學(xué)的D772。其他助劑及助溶劑選用市面上常用的流通產(chǎn)品。
實驗中使用的分散機(jī)是標(biāo)格達(dá)的BGD740/1高速分散機(jī)，使用的烤箱為標(biāo)格達(dá)的DHG-9075A數(shù)顯鼓風(fēng)干燥箱。涂料涂層檢測設(shè)備均為標(biāo)格達(dá)的儀器設(shè)備。
鋼輪轂水性涂料配方如表1所示。
表1 鋼輪轂水性涂料配方
2、 涂層性能影響因素探討
2.1 主體樹脂的影響
主體樹脂分別以江門 6257水性丙烯酸樹脂、華科821水性聚酯樹脂、萬華化學(xué)的2057羥基丙烯酸分散體、雙鍵化學(xué)的DB3642羥基丙烯酸分散體進(jìn)行測試。氨基樹脂均使用湛新的325部分甲醚化氨基樹脂；鋁粉定向劑AQUATIX 8421、AQH-800各添加1%；水性鋁銀漿均使用族興的二氧化硅包覆型水性鋁銀漿（平均粒徑17μm）；烘烤條件：160℃/20min；測試結(jié)果見表2所示。
表2 主體樹脂的影響
由表2可知，6257和2057初始漆膜金屬感最好，這兩款樹脂銀粉排列效果好。821和DB3642的銀粉排列效果尚可，板面正常，沒有發(fā)花等弊病，但銀排效果比前者略差。機(jī)械性能各組都差不多，但6257和DB3642的耐彎曲性略差，重涂性也略差，821聚酯的耐彎曲性較好。儲存穩(wěn)定性6257和821較好，熱儲存后漆膜光澤度下降幅度不明顯；但2057和DB3642的儲存穩(wěn)定性較差，漆膜光澤度下降，其中DB3642最差，銀粉出現(xiàn)反粗；可知水溶型樹脂做銀粉漆的儲存穩(wěn)定性較好，羥基丙烯酸分散體做銀粉漆儲存穩(wěn)定性不佳，但是由于水溶型樹脂中含有機(jī)溶劑，成品漆的VOC含量比用分散體的高。圖1為性能測試照片。
圖1 物理性能測試
由圖1可知，不同樹脂的機(jī)械性能不同；在篩選金屬氨基烤漆主體樹脂時，可根據(jù)客戶對產(chǎn)品外觀、性能和VOC含量要求，選擇合適的樹脂。
2.2 氨基樹脂的影響
氨基樹脂分別選用湛新的325 、327、303和三木的5717W氨基樹脂，氨基比均采用2.7:1。主體樹脂均使用6257樹脂；鋁粉定向劑AQUATIX 8421、AQH-800各添加1%；水性鋁銀漿均使用族興的二氧化硅包覆型水性鋁銀漿（平均粒徑17μm）；烘烤條件：160℃/20min；測試結(jié)果見表3所示。
表3 氨基樹脂的影響
由表3可知，使用不同氨基樹脂，對漆膜的外觀、光澤度、附著力無明顯影響，對漆膜硬度、柔韌性有影響。其中303氨基樹脂為六甲氧基甲基三聚氰胺樹脂，產(chǎn)品高度烷基化，與主體樹脂發(fā)生交聯(lián)反應(yīng)所需的溫度更高；其余幾款為部分甲醚化的高亞氨基三聚氰胺甲醛樹脂，其分子中含有羥甲基，反應(yīng)性更強，所需烘烤溫度相對較低。使用303氨基樹脂的漆膜柔韌性更好，漆膜硬度稍低；使用其他幾款氨基樹脂的漆膜則硬度較高。使用325、327氨基樹脂的漆膜耐鹽霧性比使用303、5717W的更好。
氨基樹脂的羥甲基化程度、醚化程度不同，產(chǎn)品性能也不同。在選用氨基樹脂時，可根據(jù)客戶的生產(chǎn)工藝、性能要求，選用合適的樹脂。
2.4 鋁粉定向劑的影響
鋁粉定向劑選用BYK的AQUATIX 8421、帝斯巴隆的AQH-800、核心化學(xué)的D772其中的一種或幾種。其中AQUATIX 8421為EVA蠟乳液；AQH-800和D772均為聚酰胺蠟漿。氨基樹脂選用湛新的325氨基樹脂，氨基比采用2.7:1。主體樹脂均使用6257樹脂；水性鋁銀漿均使用族興的二氧化硅包覆型水性鋁銀漿（平均粒徑17μm）；烘烤條件：160℃/20min；各組配方見表4所示。
表4 不同測試方案
測試結(jié)果見表5所示。
表5 鋁粉定向劑的影響
方案1為對照組。測試結(jié)果可知，AQUATIX 8421、AQH-800、D772都有一定鋁粉排列作用。其中AQUATIX 8421改善銀粉定向排列效果優(yōu)于AQH-800和D772，但添加8421對漆膜光澤度有小幅度降低，不建議過量添加。
鋁粉定向劑都具備一定的防沉降性防沉降性，其中AQH-800優(yōu)于D772，D772優(yōu)于AQUATIX 8421。但AQH-800過量的添加會使漆的粘度明顯上升。
只添加AQUATIX 8421，漆的熱儲穩(wěn)定性不好，熱儲存后鋁粉會反粗，漆膜光澤顯著下降。因此在制作銀粉烤漆時，建議EVA蠟乳液和聚酰胺蠟漿兩類鋁粉定向劑搭配使用，各添加1%的效果較好。
下圖2是添加不同鋁粉定向劑的基礎(chǔ)漆熱儲2周后的照片。左邊的是只加2%的8421的基礎(chǔ)漆；熱儲后8421漂浮在基礎(chǔ)漆上部。中間的是只加了2%的AQH-800的基礎(chǔ)漆；熱儲后AQH-800均勻的分布在基礎(chǔ)漆里。右邊的是8421與AQH-800各加了1%；熱儲后也能均勻分布其中。
圖2 不同鋁粉定向劑的基礎(chǔ)漆熱儲2周后
2.4 鋁銀漿類型的影響
主體樹脂均使用6257樹脂。氨基樹脂選用湛新的325氨基樹脂。鋁粉定向劑AQUATIX 8421、AQH-800各加1%。鋁銀漿分別使用長沙族興不同類型的水性鋁銀漿：ZW1801（SiO2包膜型，非浮型）、ZWF1801（SiO2包膜型，漂浮型）；ZWD790（鈍化型，非浮型）。烘烤條件：160℃/20min；各組配方見表6所示。
表6 不同測試方案
測試結(jié)果見表7所示。
表7 鋁銀漿類型的影響
通過測試結(jié)果可知，漂浮型鋁銀漿和非浮型鋁銀漿賦予漆膜不同的外觀，漂浮型鋁銀漿由于漂浮在涂層表面，漆膜更白更亮。但是這兩種鋁銀漿對漆膜的機(jī)械性能無明顯影響，只是有不同的外觀表現(xiàn)。對比SiO2包膜型和鈍化型水性鋁銀漿，可知這兩類鋁銀漿初期性能無明顯差別，但是儲存穩(wěn)定性差別較大。鈍化型水性鋁銀漿的儲存穩(wěn)定性較差，涂料不適合長期存放。推薦使用SiO2包膜型水性鋁銀漿，不建議使用鈍化型水性鋁銀漿。SiO2包裹越致密，涂料的儲存穩(wěn)定性越好，使用前建議從市面上主流鋁銀漿供應(yīng)商中篩選測試。
2.5 分散工藝的影響
鋁可以和水發(fā)生反應(yīng)，采用二氧化硅包膜可以阻止鋁粉與水的反應(yīng)。但鋁銀漿自身的二氧化硅保護(hù)膜通常很薄；生產(chǎn)過程中分散盤過大的剪切力可能會對保護(hù)膜造成破壞，致使裸露的鋁粉在堿性條件下與水反應(yīng)產(chǎn)生氫氣。為驗證分散盤和轉(zhuǎn)速對鋁粉的影響，分別使用帶齒金屬分散盤和圓盤狀的尼龍分散盤，轉(zhuǎn)速分別采用800r/min和1200r/min。分散的時間分別采用30min、60min。涂料做好后，采用下圖的裝置進(jìn)行測試。分別取300ml涂料放在容器中，保持50℃熱儲，持續(xù)進(jìn)行1周。涂料熱儲過程中，包膜受到破壞的鋁粉與水反應(yīng)產(chǎn)生氫氣，導(dǎo)致瓶中氣壓增大，使下腔的水被擠壓到上腔。測量上腔的排水量即表示產(chǎn)生氫氣的量；排水量越大，表示鋁粉包膜被破壞的越嚴(yán)重。
測試結(jié)果見表8所示。
表8 分散工藝的影響
可知使用帶齒的金屬分散盤的漆，排水量比用尼龍分散盤的大，差不多是3倍；轉(zhuǎn)速越高，排水量越大；分散時間長的排水量也越大，與分散時間成正比。使用帶齒的金屬分散盤，轉(zhuǎn)速越高，分散時間越長，對水性鋁銀漿包膜的破壞性也越大。這要求車間在生產(chǎn)銀粉烤漆時，要合理制定生產(chǎn)工藝。分散水性鋁銀漿時，選用軟材質(zhì)分散盤，保證鋁粉能攪拌均勻的前提下適當(dāng)降低轉(zhuǎn)速（建議不超過600r/min），并且不要長時間攪拌，可以有效降低SiO2包膜破壞比例，提高涂料儲存穩(wěn)定性，減輕脹氣脹桶現(xiàn)象。
下表是鋼輪轂用水性涂料在客戶現(xiàn)場測試結(jié)果，產(chǎn)品滿足鋼輪轂水性面漆涂裝要求，滿足客戶的性能要求。
表9 鋼輪轂水性涂料性能測試結(jié)果
3、 結(jié)語
（1）在篩選鋼輪轂用水性氨基烤漆主體樹脂時，可根據(jù)客戶對產(chǎn)品外觀、性能和VOC含量要求，選擇合適的樹脂；如水性聚酯有更好的韌性，水性丙烯酸樹脂的銀粉排列效果更好，羥基丙烯酸分散體的VOC更低。由于鋁粉的存在，要求主體樹脂要有較低的酸值。
（2）氨基樹脂的羥甲基化程度，甲醚化程度不同，產(chǎn)品性能也不同。在選用氨基樹脂時，根據(jù)客戶的生產(chǎn)工藝、性能要求，選用合適的樹脂。烘烤溫度高的，要求韌性好的，可使用高度甲醚化的氨基樹脂；要求漆膜硬度高的，烘烤溫度偏低的，可以使用部分甲醚化高亞氨基的氨基樹脂。
（3）在制作銀粉烤漆時，建議EVA蠟乳液和聚酰胺蠟漿兩類鋁粉定向劑搭配使用，建議各添加1%-1.5%。EVA蠟乳液對漆膜光澤度有一定影響，不建議過量添加。
（4）為提高產(chǎn)品儲存穩(wěn)定性，推薦使用SiO2包膜的水性鋁銀漿，同時控制好生產(chǎn)工藝，如選用軟材質(zhì)（尼龍）分散盤，適當(dāng)降低轉(zhuǎn)速（建議不超過600r/min），并且不要長時間攪拌。
（5）隨著水性涂料原材料不斷發(fā)展與進(jìn)步，鋼輪轂用水性涂料的漆膜性能和施工性能可以達(dá)到國標(biāo)要求和行業(yè)要求，客戶現(xiàn)場能夠正常涂裝。
本文作者：董立志，余杰，劉志剛（珠海展辰新材料股份有限公司）
本文來源：2022水性二十年紀(jì)念冊
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