0引 言
近年来，国家对VOC（volatile organic compound, 挥发性有机化合物）排放问题日益重视，陆续出台了相关的政策法规，引起了各行业人员的广泛关注。从2016年提出的“十三五规划”，到2020年的”双碳”（2030年碳达峰，2060年碳中和）目标，都与VOC排放息息相关。而涂料的广泛使用，是VOC排放的重要来源之一。
近年来，我国基础建设发展迅猛，带动了工程机械产业的快速发展。由于工程机械产品的外型尺寸大多庞大，而涂装作为其生产过程中必不可少的一道工序，因而对涂料的需求量巨大。因此，工程机械成为工业涂装VOC治理的重点行业，在国家、省、市的VOC治理文件中被单独列出。减少VOC排放的方法很多，其中最直接有效的就是从源头上减少VOC的产生——开发低VOC涂料。
对于工程机械漆而言，开发低VOC产品，目前的两大主要方向是向水性化和高固体分涂料转型。水性涂料虽然VOC排放较低，但是在施工过程中对工件表面的清洁度要求较高，对喷涂设备要求高，对施工环境的温湿度要求也高。因此，为保证涂装的质量，喷涂生产线的施工设备也要进行改造，这无疑会造成较多的成本增加。因此，虽然目前水性涂料已经在汽车、集装箱、轨道交通等行业有着广泛的应用，但是对于工程机械行业而言，水性涂料受到零件板厚和现有涂装设备的限制，其水性化进程有所制约。而且，目前水性涂料受限于技术问题，其成本相比溶剂型涂料较高，综合性能稍差。
高固体分涂料虽然也属于溶剂型涂料，但是其VOC排放比传统的溶剂型涂料低得多。而且，其施工条件与传统的溶剂型涂料一样，仅需对喷涂设备进行轻微改造，即可直接切换。因此，在当今的VOC减排压力下，开发高固体分涂料具有一定的优势。高固体分涂料目前主要以80%固体分的高固低黏树脂为主体树脂，这种树脂的分子量较低，只需添加较少的溶剂也能达到较低的施工黏度，便可收到较低的VOC排放效果。但是这种高固低黏树脂仍然存在以下问题：第一，漆膜干性较慢，涂装效率偏低；第二，涂料成本较高。80固体分的树脂一般价格很高，而且羟值较高，需要消耗较多的固化剂。在当今工程机械行业竞争激烈的大环境下，降本保质是利益所驱，涂装方面自然就要求物美价廉，因此需要在技术上有所突破，降低高固体分涂料的应用成本，打破其被动推广模式。第三，厚涂喷涂时容易出现流挂、爆泡等问题；第四，漆膜表面的针孔问题；第五，使用高压无气喷涂施工时容易起泡。前三个问题对树脂的搭配选择要求较高，而且VOC减排在目前来说是硬性要求，因此本研究先针对这三个问题进行解决，尝试用干性更快、价格更有优势的70固体分低VOC树脂作为主体树脂来开发高固体分涂料。后面两个问题，通过配方中助剂和溶剂的优化处理，相对而言更容易得到解决。受限于仪器设备和时间问题，本研究暂不作讨论。
在降低VOC排放的同时，配方中使用的原材料毒性问题也值得引起重视。有机锡催化剂，是一种传统的聚氨酯涂料固化促进剂，其催化效果较佳。但是，由于有机锡化学物是一种内分泌干扰物，其毒性较大，对人体和环境都有较大的危害。因此，世界上很多国家都早已制定了相关的法律法规来对有机锡化合物在不同领域的使用加以限制或禁用。我国也在GB/T 18885-2009 《生态纺织品技术要求》标准中对多种有机锡化合物作了严格限制。未来，在涂料行业中的使用限制也将会越来越严格。因此，本研究尝试使用环境友好型催化剂应用于低VOC工程机械漆，并与有机锡催化剂进行性能对比。
对于涂料而言，降低VOC与提高干性，提高干性与保持活化期这两组性能相互之间是比较矛盾的，只能尽可能在这三者中找个平衡点。本研究的目的是在满足VOC排放国标的前提下，可以大幅度的提高干性，并保持较长的活化期。由前面的研究《高性能低VOC汽车修补漆2K清漆的开发与研究》中可知，70%固体分的ACR6736A树脂的VOC较低，而且干性较快、外观优异。而80%固体分的ACR6851A因其超低VOC排放，早已在市场上得到应用，但和其他同类产品一样，因干性问题限制了其广泛应用。因此，本研究使用ACR6736A作为主体树脂，搭配ACR6851A，对配方进行优化设计，制得了一款漆膜干燥速度很快并且能兼顾VOC和活化期的工程机械实色漆，并对其性能进行研究。
1实验部分
1.1 实验原料
羟基丙烯酸树脂（ACR6736A、ACR6851A）：广东迪爱生彤德树脂有限公司；钛白粉（Ti-Pure R902+）：DuPont；碳黑（6#）：Evonik；分散剂（4310）：EFKA；流平剂：YCK；有机锡催化剂（Dabco T-12）：Air Products；环境友好型催化剂（Kat 0243）：Borchers；环境友好型催化剂（Kat 22）：Borchers；聚酰胺蜡浆（NT3600）：深圳罗克斯；固化剂（TMA-100）：Asahi KASEI；二甲苯（XYL）、醋酸丁酯（BAC）：市售。以上均为工业级产品。
1.2 实验配方
色漆的参考配方如表1所示。
表1 2K色漆参考配方
1.3 色漆制备工艺
色漆制备配方如表1所示。
（1）按配方依次加入原料1~5，用快手研磨3~4 h至细度<10 μm，制得色浆。
（2）在所得色浆中，依次加入原料6~9，用分散机以1 000 r/min的转速分散5 min，制得2K色漆的A组份。
（3）按比例将A组份与B组份混合均匀，加溶剂开稀到合适黏度即可进行喷涂。
1.4 性能测试项目及检测标准
主要性能检测项目及其检测标准如表2所示。
表2 性能检测项目及检测标准
2结果与讨论
2.1 不同颜基比对色漆性能的影响
由于VOC减排是涂料行业目前的硬性要求，本研究基于70固体分的ACR6736A树脂作为主体树脂、搭配部分的80固体分的ACR6851A树脂做漆，通过调节树脂和颜料的不同添加量，设定了颜基比（P/B）分别为1.12、0.80和0.70的三个配方，重点对其施工固含和VOC进行研究，并对其光泽和外观等进行研究，测试结果如图1和表3所示。
图1 不同颜基比配方的施工固含对比
由图1可知，在施工黏度22s时， P/B=1.12、P/B=0.88和P/B=0.70时，其色漆对应施工固含分别为67.38%、67.03%和65.18%。根据国标GB/T 23985-2009的方法计算可得，VOC含量分别为415g/L（P/B=1.12）、404g/L（P/B=0.88）和411g/L（P/B=0.70），具体如表3所示。
表3 不同颜基比配方的性能对比
由表3可知，三个配方均能满足国标《GB/T 38597-2020》中规定的工程机械面漆的VOC排放限值（≤420g/L）。其中， P/B=0.88配方的VOC最低，而且其光泽、外观都比较优异。由于VOC排放是本研究中的重点，因此确定以P/B=0.88作为最佳颜基比继续进行配方的优化。
2.2 不同催化剂对色漆性能的影响
传统的T-12有机锡催化剂的催化活性极高，但对人体和环境危害较大。因此，本研究尝试使用两种不同类型的环境友好型催化剂——Kat 0243（有机铋和有机锂）、Kat 22（有机锌），与T-12进行对比，测试结果如表4所示。
表4 不同催化剂性能对比结果
由表4可知，用 T-12催化剂的漆膜的表干、实干和前期硬度增长速度最好，但活化期明显最短，仅有1 h。Kat 22的活化期虽然最长，后期硬度增长也不错，但表干、实干和前期硬度增长均比较差。相对而言，使用Kat 0243催化剂时的干性和活化期比较均衡，前期和后期的硬度增长综合较快，活化期长达3 h，而且20度角光泽最好。因此，综合考虑，使用Kat 0243催化剂，在本研究体系中的效果最好。
2.3 不同蜡浆添加量对色漆性能的影响
聚酰胺蜡由于其独特的网状结构，赋予涂料体系强大的触变性能，具有很好的防流挂和一定的防沉性能，在涂料中发挥重要作用。蜡浆的添加量对于漆膜的性能有重要的影响，如果添加量过低，防流挂作用不明显。如果添加量过高，又可能会对涂料的VOC、漆膜的外观产生一定的影响，同时也会造成涂料成本增加。因此，需要对其最佳添加量进行研究。本研究中使用环保型的NT3600蜡浆，设定了添加量分别为1%、2%和3%的不同配方，并对其性能进行研究，测试结果如表5所示。
表5 不同蜡浆添加量的对比结果
由表5可知，当NT3600的添加量为1%时，防流挂效果已经有一定的提高，光泽和外观基本没有影响。VOC虽然有轻微的增加，但仍然可以满足国标要求。而当NT3600的添加量超过1%时，防流挂效果虽然很好，但对涂料的VOC、对漆膜的20度角光泽和外观都有比较明显的影响。因此，在本研究体系中，NT3600蜡浆的最佳添加量为1%。
2.4 常规低VOC色漆对比
由前面的研究可知本研究中最优的配方搭配为P/B=0.88、使用Kat 0243催化剂、NT3600蜡浆的添加量为1%。在同等颜基比条件下，将优化配方（ACR6736A+ACR6851A）与常规单独用80固体分的树脂（ACR6851A）制成的低VOC色漆作全面的性能对比，测试结果如表6所示。
表6 与常规低VOC色漆性能对比结果
注：干性硬度性能测试室温为26~30℃；相对湿度为30~40%。
由表6可知，无论是自然干燥还是加温烘烤，优化配方色漆的干性、硬度相比常规配方（单独用ACR6851A）色漆均有大幅度的提高。而且，其光泽、防爆泡性、抗流挂性、耐候性等性能均稍好。此外，该油漆的贮存稳定性很好，50℃贮存1个月后，其流动性、色差、光泽均无明显变化。
3结语
针对当前工程机械面漆涂装效率低、成本高和厚涂易流挂等问题，本研究用70固体分的羟基丙烯酸ACR6736A为主体树脂，搭配80固体分的羟基丙烯酸ACR6851A，制得了一款综合性能优异的快干型低VOC排放的2K实色漆，并对配方的优化设计和漆膜性能进行研究，主要结论如下：
（1）当颜基比为0.88、NT3600蜡浆的添加量为1%、使用Kat 0243环保型催化剂时，该色漆的综合性能最优，在大幅度提高漆膜干性的基础上，仍然能保持较低的VOC排放和较长的活化期。在施工黏度22 s (25℃，涂-4杯)时， VOC排放为404 g/L，可满足工程机械漆的VOC排放国标限值（≤420 g/L），而且光泽高、外观优异、防流挂效果好。
（2）与常规单独用80固体分树脂做成的低VOC色漆相比，该色漆的干性、硬度增长速度有大幅度的提升，而且光泽、防爆泡性、抗流挂性、耐候性等性能均较好。
（3）该色漆的贮存稳定性佳，50℃贮存1个月，其色差、光泽、流动性均无明显变化。
作者：刘裕辉，区绍昆（广东迪爱生彤德树脂有限公司鹤山分公司，广东江门529700）
编辑：沈佳俊
来源：涂层与防护
来源：Internet
关键词：
VOC
实色漆
