淋涂用不飽和聚酯白色底漆的制備

李相權(quán)，李夢雨

（1.安徽名士達新材料有限公司，安徽馬鞍山 243000；2.上海建橋?qū)W院信息技術(shù)學院，上海 201306）

0 引言

目前，節(jié)能減排及可持續(xù)發(fā)展已成為我國國民經(jīng)濟發(fā)展的主要方向，人們對家具產(chǎn)品制造及使用過程中的環(huán)保要求也越來越高，當前家具企業(yè)進行的底漆涂裝以空氣噴涂為主，不但生產(chǎn)效率低下，涂層不均勻使打磨工作量大增，工人勞動強度大，而且噴涂過程中產(chǎn)生的漆霧和揮發(fā)性有機化合物（VOC）嚴重影響作業(yè)場所的空氣質(zhì)量，威脅工人的身體健康，各地方政府也對家具行業(yè)VOC 的排放提出了更高的要求，面對這種嚴峻的環(huán)保形勢，眾多家具企業(yè)受到停產(chǎn)及限產(chǎn)的處理，這促使家具企業(yè)正逐步淘汰高耗能、低能效的傳統(tǒng)涂裝工藝，并嘗試使用新的涂裝工藝及設(shè)施以滿足生產(chǎn)及環(huán)保要求。

淋涂法是涂料從淋漆機上方的機頭流出，落下形成一道連續(xù)完整的漆幕，工件由輸送帶進給，通過淋幕刀下方的漆幕，其表面就會被淋上一層均勻的涂層，多余的涂料經(jīng)回流槽回流至涂料料斗中，再由輸送泵輸送到涂料庫循環(huán)使用。當工件進給速度穩(wěn)定，漆幕連續(xù)均勻時，就能獲得厚度均勻的涂層，淋涂法被廣泛用于板式家具、酒店家具、電視柜茶幾、辦公家具、木門及裝飾掛板等的涂裝。采用淋涂的涂裝方式具有以下優(yōu)勢：

（1） 適合流水線生產(chǎn)，提高涂裝有效性，涂料利用率高，涂裝過程中幾乎沒有涂料損失，淋幕流下的余漆通過收集裝置返回涂料槽后可以循環(huán)使用，它的用漆量可比噴涂節(jié)約30%～40%，油漆利用率達95%以上。

（3） 減少涂裝危害，作業(yè)環(huán)境好，淋涂過程中不會產(chǎn)生漆霧飛濺現(xiàn)象，無廢水及固體廢棄物需要處理，減少VOC 排放50%以上，能夠達到現(xiàn)有行業(yè)排放標準，顯著改善勞動條件，保證了工人的身體健康，有利于環(huán)保治理。

（4） 涂裝效果好，工件涂層均勻且穩(wěn)定，涂膜平整光滑，抗下陷性好，明顯優(yōu)于噴涂施工工藝，輕度打磨即可達到要求，打磨量大大減少，特別是可以采用機械化打磨，降低打磨人員的勞動強度及減少打磨人員，提高打磨效率和質(zhì)量，保障空氣中的灰塵量得到有效控制，減少打磨粉塵對生產(chǎn)的影響，同時由于底層平整度好可以降低面漆桔皮短波值，改善面漆流平效果，提高鮮映性及鏡面效果。

（5） 操作簡單，勞動強度低，工藝參數(shù)易控制，涂層厚度可根據(jù)需要調(diào)整，便于車間涂裝管理，解決家具企業(yè)手工噴涂作業(yè)質(zhì)量不穩(wěn)定的難題，產(chǎn)品的品質(zhì)也更加穩(wěn)定，有效降低返工率，同時也不需要技術(shù)熟練的噴油工人，徹底解決家具企業(yè)招工難，特別是招不到熟練噴油工的難題。

采用淋涂施工的底漆即使是溶劑型涂料，也具有節(jié)能減排的優(yōu)點，對環(huán)境要求也不象水性涂料那樣苛刻，對家具企業(yè)而言是一個既省時又省力的解決方案。但淋涂施工的難點在于消泡性和淋幕的控制，特別是采用不飽和聚酯白色底漆進行淋涂施工時，因配漆時加入藍白水容易引起劇烈反應(yīng)而產(chǎn)生大量的氧氣，導致漆液出現(xiàn)較多泡沫，加上淋涂過程中，涂料需由泵輔助循環(huán)，流動及撞擊都會夾帶大量空氣進入漆液而形成氣泡，給消泡造成極大困難；同時因不飽和聚酯白色底漆的活化期較短，涂料中的雜質(zhì)或表面張力等原因，也會導致淋涂過程中容易出現(xiàn)跳幕、斷幕等不良現(xiàn)象。不同于噴涂施工可以通過調(diào)整施工黏度及噴槍使涂料霧化達到最佳狀態(tài)后才進行噴涂施工，較大的剪切力使充分霧化的漆液中的氣泡在漆液顆粒高速撞擊基材表面時破碎而容易消泡，而淋涂施工過程中的漆液顆粒到達基材表面的速度較低，無法撞碎氣泡而使其殘留在涂膜內(nèi)部，明顯加大了消泡的難度，施工后的氣泡在涂膜干燥過程中無法完全消除，導致板面容易出現(xiàn)針孔及氣泡等缺陷，嚴重影響生產(chǎn)效率及產(chǎn)品品質(zhì)，這些難題一直困擾著家具企業(yè)，未能積極采用淋涂方式進行涂裝作業(yè)。

本研究針對這種狀況，對原材料進行篩選及優(yōu)化，使不飽和聚酯白色底漆能夠滿足淋涂工藝要求，淋涂施工時淋幕穩(wěn)定，有效避免施工過程中出現(xiàn)斷幕，閃幕及氣泡現(xiàn)象，滿足家具企業(yè)的涂裝要求，有利于促進家具涂飾的自動化和機械化，使家具品質(zhì)更有保障，制造成本更可控，使員工作業(yè)環(huán)境更健康安全，是家具企業(yè)解決環(huán)保問題的有效方案。

1 試驗部分

1.1 原材料

不飽和聚酯樹脂、硬脂酸鋅、流平劑、消泡劑、分散劑、防沉流變劑、阻聚劑、鈦白粉、重鈣、滑石粉、苯乙烯、稀釋劑、藍水、白水，均為工業(yè)品。

1.2 不飽和聚酯白色底漆的制備

不飽和聚酯白色底漆的配方見表1。

表1 不飽和聚酯白色底漆的配方Table 1 The formula of unsaturated polyester white primer

制備工藝：將配方量的不飽和聚酯樹脂及分散劑投入分散缸內(nèi)，高速攪拌分散10 min，然后投入鈦白粉、防沉劑、硬脂酸鋅及填料，高速攪拌分散至細度合格，加入余下的助劑攪拌均勻，用苯乙烯調(diào)節(jié)體系黏度，檢測合格后過濾，包裝。

在這4個子系統(tǒng)中，每個子系統(tǒng)都能獨立高效運行。然而，由于子系統(tǒng)間的獨立性，它們之間無法完美地協(xié)調(diào)工作，整個機房/系統(tǒng)并不能達到效率峰值。將這4個子系統(tǒng)與基于網(wǎng)絡(luò)的關(guān)系控制器結(jié)合，則可對所有部件實施優(yōu)化，使它們的協(xié)調(diào)程度達到單個機組的效果。

1.3 性能測試

按m（主漆）∶m（稀釋劑）∶m（藍水）∶m（白水）=100∶40∶1～2∶1～2 的配比，取上述組分混合均勻后，分別進行淋涂及噴涂施工，按標準檢測涂膜性能，結(jié)果見表2。

表2 涂膜性能檢測結(jié)果Table 2 The performance test results of coating film

由表2 可見，淋涂施工的涂膜性能明顯好于噴涂施工，涂膜品質(zhì)更穩(wěn)定，同時節(jié)省涂料及減少打磨工作量，有效提高了工作效率，減少對環(huán)境的污染，有利于改善環(huán)境質(zhì)量。

2 結(jié)果與討論

2.1 不飽和聚酯樹脂的影響

不飽和聚酯樹脂是制備不飽和聚酯白色底漆的主體，它的性能基本上決定了涂料的性能，因此樹脂的選擇是配方設(shè)計中最重要的環(huán)節(jié)之一。本試驗采用實際生產(chǎn)中曾經(jīng)使用過的幾種不飽和聚酯樹脂制備白色底漆進行測試，其對涂料性能的影響見表3。

表3 不飽和聚酯樹脂的影響表3 The influence of unsaturated polyester resin

由表3 可見，不同的不飽和聚酯樹脂的淋涂施工性及涂膜性能也有較大差別，由于各生產(chǎn)廠家選用材料及制造工藝的差異，特別是如果選用的工業(yè)級雙環(huán)戊二烯雜質(zhì)含量較高時，制備樹脂過程中部分雜質(zhì)的反應(yīng)活性較強，將導致一些副反應(yīng)的發(fā)生，生成一些小分子低聚物，在反應(yīng)后期如果不能將這些低分子餾分除去，就會對涂料體系的消泡性及干燥性產(chǎn)生不利影響，配漆時這些小分子聚合物容易產(chǎn)生大量泡沫，特別是在淋涂施工過程中經(jīng)過多次循環(huán)沖刷后，產(chǎn)生的氣泡會更多，這些低分子餾分的存在也容易引起表面張力差異，增加斷幕風險，嚴重影響淋涂施工，同時在樹脂固化時，它沒有參與交聯(lián)固化反應(yīng)而成為游離態(tài)，影響涂膜的干燥性，易產(chǎn)生針孔弊病，嚴重影響涂膜平整性及打磨性。

本試驗選擇的4#不飽和聚酯樹脂基本無穩(wěn)泡的小分子低聚物，具有較好的潤濕顏填料的能力，制漆時樹脂能快速滲透進顏填料顆粒的縫隙中，將顆粒中的空氣置換出來，充分潤濕和分散粉體粒子，減少高速攪拌分散時間，大大降低了罐內(nèi)涂料氣泡，改善開罐效果，在與藍白水混合時，反應(yīng)速度均衡而不劇烈，防止急速反應(yīng)產(chǎn)生大量的氣泡，也能夠加快淋涂施工過程中的破泡速度，避免對淋涂造成不利影響，淋涂后對底材潤濕性好，滲透能力強，可快速將板材表面孔隙中的空氣置換出來而快速流平形成光滑平整的涂膜，消除氣泡及針孔等涂裝弊病，同時因反應(yīng)速率均衡可避免涂料體系黏度增大過快而引起的斷幕現(xiàn)象。

2.2 消泡劑的影響

不飽和聚酯白色底漆固含量高，在涂料的高速分散階段容易將大量空氣引入涂料中，產(chǎn)生氣泡，特別是硬脂酸鋅對分散產(chǎn)生的大量泡沫具有較高的穩(wěn)泡性，通常氣泡較多，這些氣泡不易逸出和消除，加上配漆過程中加入藍白水后同樣易產(chǎn)生反應(yīng)泡沫，極大地增加了消泡難度，而且淋涂施工過程由于泵的輔助循環(huán)，涂料反復流動及撞擊而卷入的空氣也會產(chǎn)生大量氣泡，這些氣泡可以從淋涂機頭出口處破壞漆液簾幕，影響淋涂施工的穩(wěn)定性，也會導致涂膜出現(xiàn)針孔及縮孔等表面缺陷。

不飽和聚酯白色底漆淋涂過程中消泡困難一直是一個較為復雜的問題，需要添加破泡能力強的消泡劑來減少或消除此類現(xiàn)象，因此消泡劑的選擇極為關(guān)鍵。通過選擇具有較低表面張力，不溶于發(fā)泡液體的消泡劑，其形成的細小的顆粒均勻分布在發(fā)泡液體中，使泡沫的表面張力急劇變化，它在氣/液界面間擴散，使氣泡膜壁快速變薄，致使分子膜裂開，最后導致氣泡破滅，不溶的消泡劑再進入另一個泡膜壁的表面，重復上述過程，直到消除所有泡沫。本研究對若干消泡劑品種進行了篩選試驗，結(jié)果如表4 所示。

表4 消泡劑的影響Table 4 Effect of defoamer

由表4 可見，消泡劑對涂料施工性及涂膜性能影響較大，消泡性不好固化后涂膜不平整，形成氣泡或針孔；消泡能力太強則與體系相容性差而易斷幕，導致涂膜出現(xiàn)縮孔等弊病。單一消泡劑很難滿足淋涂施工的要求，通過消泡劑C 與D 搭配使用，發(fā)揮協(xié)同作用，顯示出優(yōu)異的抑泡和脫泡效果，不但能有效抑制在制漆過程及配漆加入藍白水后的反應(yīng)泡，而且可以提高淋涂過程中的脫泡效果，避免淋涂過程中產(chǎn)生大量氣泡，保持淋幕穩(wěn)定，促使淋涂后出現(xiàn)的氣泡迅速從涂膜中釋放出來并迅速流平，有助于消除涂膜的縮孔、針孔及氣泡等弊病。

消泡劑用量太少時，消泡能力差，達不到效果；消泡劑用量過大時，會造成與樹脂體系相容性差，導致出現(xiàn)斷幕及縮孔現(xiàn)象，試驗表明，消泡劑用量在0.2%～0.4%時效果最佳。

2.3 其他助劑的影響

有機硅流平劑由于其表面張力較低，在淋幕過程中，稍微有些風吹草動，就容易引起有機硅在表面分布不均勻，從而引起漆幕的表面張力差，造成落下的漆幕產(chǎn)生較劇烈的表層流動，使低表面張力部位的漆幕變薄而導致破幕，因此應(yīng)盡量避免選用有機硅類流平劑。本試驗選擇添加0.2%～0.4%的有消泡功能的非硅類流平劑，其具有較好的表面狀態(tài)控制能力，基材潤濕性良好，防縮孔能力強，可有效改善涂膜的平坦性，其有限的相容性可降低不飽和聚酯白色底漆與底材間的表面張力，特別是其具有一定的消泡能力，不但能夠減少漆液回流沖濺引起的氣泡，而且能有效改善涂料體系對底材的潤濕性能，淋涂施工后能快速滲入基材表面孔隙中，及早將孔隙中吸附的空氣驅(qū)趕出去，防止成膜過程中由于體系黏度上升阻礙氣體排出而導致的針孔及縮孔弊病，同時由于它同不飽和聚酯樹脂相容性有限，可以在短時間內(nèi)遷移到涂膜表面，形成單分子層，降低濕膜內(nèi)部苯乙烯的揮發(fā)，保持濕膜的表層流動性，延長流動時間，保證涂膜表面張力均勻化，提高抗縮孔能力，消除桔皮等弊病，使涂膜光滑平整，配合合適的消泡劑能夠有效避免氣泡及斷幕現(xiàn)象的發(fā)生，具有良好的涂裝效果。

加入0.01%～0.02%的阻聚劑，能夠延長不飽和聚酯白色底漆的活化期，避免涂料體系黏度增長過快引起斷幕的弊病。

2.4 白水的影響

作為不飽和聚酯白色底漆引發(fā)劑的白水在固化過程中起主要作用，不過由于生產(chǎn)白水的廠家采用的原材料及合成工藝不同，制備的白水成分與性能也有較大差異，如果白水的含水量過高，配漆時容易形成大量氣泡；而部分企業(yè)通過直接添加過氧化氫來提高白水的活性氧含量，在使用此類白水時，過氧化氫會快速分解，未能與樹脂及時反應(yīng)，同樣會產(chǎn)生大量氣泡，對淋涂施工造成不利影響。

應(yīng)選擇正規(guī)大廠生產(chǎn)的合格白水，并在保證涂膜性能的前提下，盡量減少藍白水的用量，不但能減少氣泡的產(chǎn)生幾率，同時可避免漆液黏度增大過快而導致淋涂過程中出現(xiàn)斷幕現(xiàn)象。

2.5 硬脂酸鋅的影響

為了提高不飽和聚酯白色底漆的打磨性，需要在白色底漆中添加硬脂酸鋅，由于硬脂酸鋅本身是具有表面活性的皂化物，一般有較強的穩(wěn)泡作用，特別是當少量硬脂酸鋅溶于涂料體系時就更易于產(chǎn)生泡沫，一旦出現(xiàn)氣泡就極難消除，應(yīng)通過反復試驗選擇合適的硬脂酸鋅，同時在滿足打磨性的前提下盡量減少硬脂酸鋅的用量，降低涂料出現(xiàn)氣泡的風險，避免影響淋涂施工，表5 是不同品牌硬脂酸鋅的測試結(jié)果。

表5 硬脂酸鋅的影響Table 5 Effect of zinc stearate

由表5 可見，不同品牌的硬脂酸鋅性能相差很大，本試驗選擇的硬脂酸鋅D 搭配合適的填料，能明顯減少涂料氣泡，不會影響淋涂施工，具有良好的綜合性能。

3 結(jié)語

通過選擇合適的原材料制備淋涂用不飽和聚酯白色底漆，具有淋幕穩(wěn)定，淋涂不起泡的特點，很好地滿足了家具企業(yè)涂裝工藝的機械化，連續(xù)化的要求，能較好地控制涂裝質(zhì)量，提高工件的合格率及生產(chǎn)效率，同時可以大幅度節(jié)省涂料及人工費用，減少打磨工作量，降低粉塵，明顯改善員工的勞動環(huán)境，特別是減少了涂裝過程中的VOC 排放，能夠滿足環(huán)保法規(guī)的要求，具有較好的經(jīng)濟和社會效益，為提高家具產(chǎn)品的市場競爭力提供有力的保障。