靜電噴涂白色不飽和聚酯底漆的研制

李相權(quán)，陳文斌 （成都優(yōu)品涂料有限公司，四川成都 610501）

靜電噴涂白色不飽和聚酯底漆的研制

李相權(quán)，陳文斌 （成都優(yōu)品涂料有限公司，四川成都 610501）

介紹了靜電噴涂原理。探討了影響白色不飽和聚酯底漆靜電噴涂的主要因素，并指出在木器家具行業(yè)中運(yùn)用靜電噴涂能產(chǎn)生極好的經(jīng)濟(jì)效益。

靜電噴涂；白色不飽和聚酯底漆；電阻值；噴涂黏度

0 引言

在木質(zhì)家具生產(chǎn)中，涂料涂裝對(duì)家具的最終品質(zhì)起到關(guān)鍵作用。采用傳統(tǒng)空氣噴涂時(shí)，涂料的上漆率較低，涂料浪費(fèi)嚴(yán)重，涂裝環(huán)境差，這不僅大大增加了生產(chǎn)成本，而且增加了后續(xù)涂料廢渣處理的難度和費(fèi)用。隨著人們環(huán)保意識(shí)的不斷增強(qiáng)，高耗能、低能效的傳統(tǒng)空氣噴涂工藝逐漸被淘汰，新型噴涂工藝及設(shè)施得到不斷的推廣和應(yīng)用。20世紀(jì)90年代，某些臺(tái)資家具企業(yè)首先將靜電噴涂用于餐椅及吉他的噴涂上，實(shí)現(xiàn)了涂裝自動(dòng)化。靜電噴涂克服了傳統(tǒng)空氣噴涂存在的缺點(diǎn)，如污染嚴(yán)重、涂料利用率低、對(duì)復(fù)雜工件的全面涂裝存在明顯的死角、涂裝效率較低、二次清潔成本較高等，同時(shí)具有涂裝質(zhì)量好、作業(yè)環(huán)境好、節(jié)省涂料等優(yōu)點(diǎn)，使上漆率和生產(chǎn)效率大大提升，綜合效益非常明顯，在家具領(lǐng)域中得到了很好地應(yīng)用。

靜電噴涂與傳統(tǒng)空氣噴涂比較見(jiàn)表1。由表1可見(jiàn)：傳統(tǒng)空氣噴涂的涂裝效率僅為30%～40%，操作人員的技術(shù)熟練程度和環(huán)境等因素對(duì)涂裝質(zhì)量的影響也較大；采用靜電噴涂后，涂料的利用率可提高到90%，涂膜的均勻性和外觀質(zhì)量明顯提高，因此采用靜電噴涂可以大大提高經(jīng)濟(jì)效益。

表1 靜電噴涂與傳統(tǒng)空氣噴涂的比較Table 1 The comparison between electrostatic spraying and traditional air spraying

1 靜電噴涂原理

靜電噴涂是通過(guò)專(zhuān)用設(shè)備產(chǎn)生高壓靜電，在噴頭與工件間形成一個(gè)電場(chǎng)，使帶電的涂料液滴受電場(chǎng)作用附著在工件表面的噴涂工藝。靜電噴槍的槍嘴附近有一個(gè)電極針，與槍體內(nèi)或外部靜電發(fā)生器相連，作為陰極，被噴涂工件及流水線(xiàn)接地，作為陽(yáng)極。當(dāng)靜電發(fā)生器工作時(shí)，電極針帶電，與被涂工件之間形成電場(chǎng)，涂料經(jīng)噴嘴噴出霧化成小液滴，電極針使漆霧中的每個(gè)液滴帶上負(fù)電荷，在電場(chǎng)力及初始動(dòng)能的作用下，涂料液滴飛向被涂工件，自動(dòng)吸附在被涂工件表面，形成均勻的涂膜，同時(shí)因靜電環(huán)抱現(xiàn)象，工件的背面也能涂上涂料。由于電場(chǎng)的作用，使涂料的濺落大為降低，有效地防止了涂料的噴逸，提高了涂料的利用效率，從而減少涂料的浪費(fèi)和對(duì)環(huán)境的污染，降低生產(chǎn)成本。根據(jù)靜電涂裝原理，微粒在電場(chǎng)中載電荷的能力與涂料的導(dǎo)電性有關(guān)，涂料是否適用于靜電涂裝，即涂料電阻是否符合靜電涂裝的要求，將直接影響到涂料在靜電涂裝中的載電荷能力、霧化效果和涂裝效率。通常情況下，涂料電阻越大，涂料微粒載電荷能力越差，越不易帶上電荷，靜電霧化及涂裝效率越差；涂料電阻越小，涂料微粒載電荷能力越好，靜電噴涂效果好，但涂料電阻過(guò)低，在高電壓下，容易產(chǎn)生漏電現(xiàn)象，對(duì)設(shè)備的絕緣性和防火方面的要求相應(yīng)提高，施工時(shí)存在安全隱患。以下討論了影響白色不飽和聚酯底漆靜電噴涂的主要因素。

2 試驗(yàn)部分

2.1 主要原材料

不飽和聚酯樹(shù)脂、流平劑、消泡劑、分散劑、防沉防流掛劑、鈦白粉、填料、防綠化劑、硬脂酸鋅、藍(lán)水（異辛酸鈷，促進(jìn)劑）、白水（過(guò)氧化甲乙酮液，引發(fā)劑）、苯乙烯等溶劑，均為工業(yè)品。

2.2 白色不飽和聚酯底漆的制備

配方：

制備工藝：將配方的不飽和聚酯樹(shù)脂及分散劑投入分散缸內(nèi)，高速攪拌分散5 min，然后投入鈦白粉、防沉劑、硬脂酸鋅及填料，高速攪拌分散至細(xì)度合格，加入余下的助劑，攪拌均勻，用苯乙烯調(diào)節(jié)黏度，檢測(cè)合格后，過(guò)濾，包裝。

2.3 涂料施工

施工配比為：m（基料）∶m（藍(lán)水）∶m（白水）∶m（稀釋劑）=100∶1.4∶1.8∶40～50，將各組分混合均勻，測(cè)定混合液的電阻值符合要求后，即可進(jìn)行靜電噴涂。

3 結(jié)果與討論

靜電噴涂涂料不但要滿(mǎn)足涂料的最基本性能要求，還要滿(mǎn)足電阻值的要求。所設(shè)計(jì)的涂料配方能滿(mǎn)足靜電噴涂的要求，出現(xiàn)所期望的“靜電”效果，使涂料液滴在電場(chǎng)力的作用下，安全吸引覆蓋在工件上，使涂料得到充分的利用，這是在配方設(shè)計(jì)時(shí)要重點(diǎn)考慮的問(wèn)題。

3.1 不飽和聚酯樹(shù)脂的選擇

在白色不飽和聚酯底漆的各組分中，不飽和聚酯樹(shù)脂是涂料的主體，它的性能基本上決定了固化后涂膜的性能，因此不飽和聚酯樹(shù)脂的選擇是配方設(shè)計(jì)最重要的環(huán)節(jié)。白色不飽和聚酯底漆中粉料較多，如果不飽和聚酯樹(shù)脂的相對(duì)分子質(zhì)量分布過(guò)寬，會(huì)使樹(shù)脂的流動(dòng)性差，不易潤(rùn)濕底材，導(dǎo)致涂膜容易產(chǎn)生橘皮，影響涂膜平整性，造成打磨工作量大增。相對(duì)分子質(zhì)量分布窄、黏度適中、氣干性良好的不飽和聚酯樹(shù)脂可以充分潤(rùn)濕粉料，有利于對(duì)粉料粒子的分散，容易制備細(xì)度好的底漆，在涂裝時(shí)提高對(duì)底材的潤(rùn)濕性，滲透性強(qiáng)，流平性?xún)?yōu)異，可賦予涂料較好的施工性能。因此在配方設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)通過(guò)試驗(yàn)選擇潤(rùn)濕流動(dòng)性好、易霧化、具有一定觸變性、能使流平性和抗流掛性平衡的不飽和聚酯樹(shù)脂。

3.2 流平劑的選擇

為了防止涂膜干燥固化過(guò)程中出現(xiàn)縮孔、針孔、橘皮等弊病，得到平整、光滑、均勻的涂膜，就要添加流平劑。流平劑的種類(lèi)很多，不同的流平劑所呈現(xiàn)的效果不同。其中，短波流平劑有助于消除貝納爾德漩渦所形成的漩渦狀痕跡，并在鋅粉發(fā)花現(xiàn)象發(fā)生時(shí)使涂膜表面均勻；長(zhǎng)波流平劑有助于涂膜達(dá)到平坦的效果；有的流平劑在流平的同時(shí)會(huì)抑制氣泡的產(chǎn)生；有的流平劑穩(wěn)泡性很強(qiáng)。不同流平劑對(duì)靜電噴涂涂膜性能的影響見(jiàn)表2。

表2 不同流平劑對(duì)靜電噴涂涂膜性能的影響Table 2 The infulences of different leveling agents on the film performance with electrostatic spraying

由表2可見(jiàn)：丙烯酸酯流平劑和氟改性丙烯酸酯流平劑與樹(shù)脂相容性有限，可在短時(shí)間內(nèi)遷移到涂膜表面，形成單分子層，改善涂膜的表面流動(dòng)性，保證涂膜平整光滑，同時(shí)不影響層間附著力，且丙烯酸酯流平劑因具有高相對(duì)分子質(zhì)量和非極性結(jié)構(gòu)，有一定的消泡作用，最適合在白色不飽和聚酯底漆中使用；有機(jī)硅流平劑有助于提高涂膜的手感，但其涂膜平坦性較差，且影響層間附著力。而靜電涂裝涂膜處在垂直的狀況下，與平面流平不同，其本身就不利于涂膜的流平。如果是在平面的狀況下，可以通過(guò)靜置時(shí)間的延長(zhǎng)來(lái)提高流平性，而靜置時(shí)間的延長(zhǎng)對(duì)立面流平的幫助不是很大，所以在靜電涂裝涂料配方中應(yīng)該盡量少用或者不使用有機(jī)硅流平劑。本試驗(yàn)主要采用丙烯酸酯流平劑。

3.3 防流掛劑的影響

靜電噴涂白色不飽和聚酯底漆通常是立面施工，濕膜受重力影響必然向下流動(dòng)出現(xiàn)流淌現(xiàn)象，很難得到平整光滑的涂膜，容易出現(xiàn)橘皮狀的波紋或濕膜向下流動(dòng)而形成各種豎條紋，直接影響涂膜的裝飾效果，難以打磨平整，浪費(fèi)大量人力。因此在靜電噴涂過(guò)程中，要提高涂料的施工效果，保持涂膜流平與防流掛的平衡，使干燥后的涂膜平整、無(wú)病態(tài)，這就對(duì)白色不飽和聚酯底漆的防流掛性提出了更高的要求，需要在涂料中加入防流掛劑，賦予涂料適宜的觸變性，改變涂料在高、中、低剪切速率下的黏度，它不僅具有良好的兌稀防沉性，而且在提高防流掛性的同時(shí)，還使體系保持良好的流動(dòng)性和流平性，改善涂料的施工性能。

本試驗(yàn)選擇氣相二氧化硅和聚酰胺蠟防沉劑配用，它們通過(guò)分子鏈的相互纏繞，形成網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)而具有觸變性。當(dāng)涂料噴出后，較弱的剪切力即可破壞網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，纏繞的分子被拉開(kāi)，涂料黏度降低，高度霧化，很容易潤(rùn)濕底材而吸附在基材上；剪切力消失后，分子鏈又重新纏繞形成網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，而使涂料黏度上升防止流掛，但這種重新纏繞的過(guò)程相對(duì)緩慢，黏度恢復(fù)速度較慢，有較長(zhǎng)的時(shí)間使?jié)裢磕ち鲃?dòng)和流平，形成平整光滑的涂膜，但又不會(huì)導(dǎo)致流掛失控，具有良好的防流掛性，且這種網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)還能有效阻止涂膜形成厚邊，改善工件邊角的涂裝質(zhì)量，使涂膜外觀得到很大的改善，具有良好的施工性。

3.4 溶劑的影響

涂料電阻值的大小是靜電涂裝中的重要工藝參數(shù)之一，涂料的電阻太大或太小都會(huì)影響靜電噴涂效果。涂料電阻值適宜，能最大限度地提高涂料的上漆率，獲得滿(mǎn)意的涂裝效果。白色不飽和聚酯底漆的電阻較大，難以滿(mǎn)足靜電噴涂的要求，一般采用稀釋劑增加涂料的導(dǎo)電性。

涂料用溶劑的主要作用是降低涂料的黏度，以達(dá)到施工要求。不同種類(lèi)的溶劑與樹(shù)脂的相互作用不同，以及溶劑本身的揮發(fā)速率和介電常數(shù)也不同，造成使用不同種類(lèi)的溶劑制得的涂料在噴涂和流平干燥過(guò)程中的效果也不同。其中，最大的影響因素是溶劑的介電常數(shù)和沸點(diǎn)。不同種類(lèi)的溶劑，依據(jù)其極性大小，具有不同的電阻率。醇類(lèi)溶劑和醇醚類(lèi)溶劑極性較強(qiáng)，具有較低的電阻率；苯乙烯，以及烴類(lèi)和酯類(lèi)溶劑的極性較弱，具有較高的電阻率。同時(shí)考慮到不同溶劑的溶解力、揮發(fā)速度等因素，要達(dá)到出色的涂膜狀態(tài)，選擇合適的溶劑組合十分重要。

因白色不飽和聚酯底漆主要是立面靜電涂裝，因而要求溶劑不僅具有合理的揮發(fā)速度，在涂料噴涂后應(yīng)快速成膜，減少流掛，還要具有良好的溶解力，提高涂料的施工性能，賦予涂料良好的流動(dòng)性及流平性。涂料的霧化狀況直接影響到靜電噴涂的效果，進(jìn)而影響涂膜的平整和光澤。要獲得良好霧化效果的涂料，應(yīng)選擇高沸點(diǎn)溶劑，否則溶劑會(huì)在霧化粒子飛向工件的過(guò)程中大量揮發(fā)，當(dāng)涂料粒子附著在工件表面形成濕涂膜后，涂料黏度已大大提高，濕涂膜就沒(méi)有流平推動(dòng)力，流動(dòng)性下降，涂膜尚未流平即可能已表干，導(dǎo)致涂膜附著力不好，涂膜表面干枯粗糙，光澤降低，出現(xiàn)橘皮現(xiàn)象。但高沸點(diǎn)溶劑過(guò)多，容易產(chǎn)生流掛。應(yīng)根據(jù)天氣情況合理搭配溶劑，使溶劑具有良好的溶解性和合理的揮發(fā)速度，同時(shí)調(diào)整至合適的電阻值，有利于提高涂料的霧化效果。這不僅能提高涂膜表干速度，同時(shí)也可延長(zhǎng)涂膜表面開(kāi)放狀態(tài)，確保涂膜的流平與防流掛性的平衡，滿(mǎn)足施工要求。

因干燥的木材導(dǎo)電性較差，在靜電涂裝時(shí)，基材表面不容易形成導(dǎo)電層，靜電電荷不容易消失，影響涂裝效率和涂裝效果。雖然通過(guò)控制木材含水率，可以保證在靜電涂裝中得到較好的上漆效果，但其含水率難以控制在一個(gè)合理的范圍內(nèi)，特別是不同部位的含水率都會(huì)不同，噴涂時(shí)容易出現(xiàn)涂膜不均勻現(xiàn)象。因此在施工時(shí)，涂料電阻值應(yīng)偏低（控制在15～40 MQ/cm），涂料微粒帶電荷能力提高，可提高靜電霧化效果，提高涂料的上漆率，保證靜電涂裝效果。

3.5 施工黏度的影響

要達(dá)到最佳的噴涂效果，在涂料配制過(guò)程中，要注意調(diào)整好涂料施工黏度與涂料電阻值的平衡關(guān)系。涂料的施工黏度對(duì)靜電噴涂效果的影響見(jiàn)表3。

表3 施工黏度對(duì)靜電噴涂效果的影響Table 3 The infulence of application viscosity on the effect of electrostatic spraying

由表3可見(jiàn)：靜電噴涂白色不飽和聚酯底漆的最佳施工黏度是12～16 s，施工黏度偏低時(shí)，涂料容易流掛，涂膜豐滿(mǎn)度差，且涂料的靜電上漆率低，得不到理想的平整狀態(tài)；施工黏度太高時(shí)，涂料微粒粗大，分散性差，噴涂效果不好，涂膜的平坦均勻性差，易出現(xiàn)橘皮現(xiàn)象，影響涂膜外觀。涂料施工黏度只是其中的一個(gè)影響因素，施工現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境、設(shè)備類(lèi)型、操作人員、溫度、濕度等都有很大影響，需要在實(shí)踐中不斷摸索和總結(jié)，獲得最佳施工工藝。

3.6 其他影響靜電噴涂效果的因素

一般來(lái)說(shuō)，在噴涂過(guò)程中，當(dāng)涂料粒徑過(guò)大時(shí)，涂料顆粒的質(zhì)量會(huì)超過(guò)空氣動(dòng)力和靜電力，具有較大的動(dòng)能，不容易吸附到工件上，造成涂膜的流平性變差，容易產(chǎn)生橘皮現(xiàn)象，因此在白色不飽和聚酯底漆生產(chǎn)過(guò)程中要嚴(yán)格控制其細(xì)度。

工件表面不光滑也會(huì)影響涂膜的流平性，容易產(chǎn)生橘皮，因此在施工前需要將工件進(jìn)行打磨處理，使工件表面平整，同時(shí)及時(shí)除去掛具上黏附的漆膜，不然工件不易吸附涂膜，造成橘皮等弊病。

家具工件的形狀各異，要考慮各方面因素的影響，才能達(dá)到理想的靜電噴涂效果。由于靜電場(chǎng)的尖端效應(yīng)，對(duì)形狀復(fù)雜、具有凹坑的部位會(huì)產(chǎn)生電場(chǎng)屏蔽，形成的涂層較薄，需要手工補(bǔ)噴。每個(gè)家具企業(yè)應(yīng)根據(jù)自己的產(chǎn)量、涂裝工藝、工件形狀來(lái)選擇適合自身的靜電涂裝設(shè)備，并在使用過(guò)程中對(duì)工作參數(shù)進(jìn)行定期檢查，防止出現(xiàn)故障，影響涂裝效果。

Development of White Unsaturated Polyester Primer with Electrostatic Spraying

Li Xiangquan，Chen Wenbin
（Chengdu Youpin Paint Co.，Ltd.，Chengdu Sichuan，610501，China）

The principle of electrostatic spraying was introduced. The main factors influencing electrostatic spraying of white unsaturated polyester primer were discussed. It was also pointed out that using electrostatic spraying could achieve great economic benefits in the wood furniture industry.

electrostatic spraying；white unsaturated polyester primer；resistance value；spraying viscosity

TQ 630.7

A

1009-1696（2016）05-0014-04

2016-02-22

李相權(quán)，男，技術(shù)總監(jiān)，主要從事醇酸樹(shù)脂、固化劑及家具涂料的研制，已發(fā)表論文三十余篇。