我國(guó)實(shí)施《清潔生產(chǎn)促進(jìn)法》已近2年。清潔生產(chǎn)的實(shí)質(zhì)是一種從源頭削減污染和預(yù)防污染為主要特征的環(huán)境戰(zhàn)略;清潔生產(chǎn)能有效地減少產(chǎn)品使用過程中污染物的產(chǎn)生和排放;可以減少末端治理費(fèi)用、降低成本,也是提高企業(yè)競(jìng)爭(zhēng)力的最佳途徑;清潔生產(chǎn)給我國(guó)帶來的經(jīng)濟(jì)、社會(huì)和環(huán)境效益是無限的。適應(yīng)我國(guó)加入WTO后提供符合環(huán)境標(biāo)準(zhǔn)的清潔產(chǎn)品,從而在國(guó)際市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)中立于不敗之地。

    涂裝作為產(chǎn)品的防護(hù)和裝飾措施,具有簡(jiǎn)便有效的特點(diǎn),通用性強(qiáng)、使用廣泛。然而在涂裝施工過程中產(chǎn)生的廢液、廢氣會(huì)造成環(huán)境污染。對(duì)人類生態(tài)環(huán)境的破壞和對(duì)人類本身的危害已逐漸為大家認(rèn)識(shí)。而其傳統(tǒng)的治理方法,一般是采用末端治理為主,為了促進(jìn)開展表面行業(yè)清潔生產(chǎn)的實(shí)施,涂裝行業(yè)也應(yīng)對(duì)此傳統(tǒng)模式作根本的變革。探討開展推廣環(huán)境友好型水性涂料的使用,應(yīng)是行之有效的方案之一。

    1水性環(huán)境友好型涂料的發(fā)展

    環(huán)境友好型涂料是使涂裝能確保環(huán)保要求的涂料,主要有水性涂料、粉末涂料和高固體涂料。當(dāng)前,我國(guó)工業(yè)水性涂料的生產(chǎn)和使用,與國(guó)外相比差距很大。歐美發(fā)達(dá)國(guó)家水性木器涂料的銷售量已占木器涂料市場(chǎng)的10%以上,占裝修木器涂料市場(chǎng)份額的40%以上,而我國(guó)水性木器涂料在木器涂料的份額還不到1%。發(fā)達(dá)國(guó)家汽車制造業(yè)中汽車底漆采用水性涂料為92%,2000年歐洲中涂漆采用水性涂料為42%,底面漆采用水性涂料為50%。2004年日本水性底色面漆為23%。而國(guó)內(nèi)對(duì)水性電泳涂料除具有規(guī)模的大廠使用較普遍外,還有很多微型車、卡車等尚在使用水性浸涂漆,配套使用水性涂料的報(bào)導(dǎo)不多。

    有關(guān)資料報(bào)道了2010年工業(yè)涂料的趨向:粉末涂料將由12%提高到20%;水性涂料占3915%(其中電泳涂料為17%,其他水性涂料為2215%);高固體涂料將由12%降至815%。

    從上述數(shù)據(jù)可知,水性涂料的發(fā)展已列于首位。另外,國(guó)外設(shè)于國(guó)內(nèi)的汽車公司,在設(shè)計(jì)涂裝車間時(shí)已考慮到準(zhǔn)備使用水性涂料的設(shè)施,證實(shí)對(duì)水性涂料的預(yù)見性。

    2水性涂料的特點(diǎn)

    水性涂料在生產(chǎn)制造及施工應(yīng)用中以水作為溶劑,使用的設(shè)備均可用水清洗;提高固體含量,使價(jià)格降低;水性涂料中顏料分散性較溶劑型差,會(huì)影響其耐候性;表面張力較溶劑型高,對(duì)工件表面的潤(rùn)濕性、展布性差,涂膜易產(chǎn)生針孔、縮孔、氣泡及流掛等弊病;水性涂料的水分蒸發(fā)慢于溶劑型涂料,閃蒸時(shí)間長(zhǎng)或需低溫烘烤。對(duì)含水量較高的水性涂膜需晾干和在低于100℃溫度下分段升溫保溫,待至水分基本去除,才可烘烤;剪切力對(duì)水性涂料的穩(wěn)定性有影響,在循環(huán)系統(tǒng)中會(huì)隨造成剪切力不同而出現(xiàn)不同的黏度和流速。

    3水性涂料的施工

    水性涂料的施工方法與常規(guī)施工方法無太大差異,應(yīng)結(jié)合工件形狀、防腐要求、外觀裝飾等具體情況,選用刷涂、浸涂、輥(筒)涂、淋涂、輥涂等。對(duì)鑄件采用浸涂,出槽后要充分流平,但浸涂所形成的涂膜不均勻。

    將薄片工件采用水性丙烯酸涂料以輥涂方式涂漆,以215m/min線速度,在230℃下3～4min固化后,能達(dá)到預(yù)期的涂膜。

水性涂料的噴涂方法有如下幾種:

    (1)空氣噴涂,適用于黏度小于30s(涂-4杯)的涂料;

    (2)空氣輔助無氣噴涂(或稱混氣法),適用于黏度大于30s(涂-4杯)的涂料,已在木制家具業(yè)普遍使用;

    (3)靜電噴涂,由于水性漆的高導(dǎo)電性,應(yīng)選用水性涂料專用的靜電噴漆槍,德國(guó)瓦格納爾、美國(guó)諾信公司等多家公司均能提供。

    例如:水性醇酸磁漆的施工條件為:涂料黏度:20～24s(涂-4杯);直流電壓:45～60kV;固化條件:表干30min后于80℃、20～30min烘干。

    4水性涂料的施工要求

    水性涂料的施工要求雖與有機(jī)溶劑型涂料要求基本相同,但仍有其特殊性。

    4.1涂裝前表面處理

    木制品經(jīng)去污或打磨后,表面無木屑粉塵;塑料件經(jīng)清潔處理后,表面應(yīng)無脫膜劑類殘余污物及毛刺。同時(shí),還需根據(jù)不同類型塑料材質(zhì)進(jìn)行表面活化或功能化處理;金屬件在經(jīng)過脫脂的基材上進(jìn)行相應(yīng)轉(zhuǎn)化膜處理,采用噴砂(拋丸)的表面,要求達(dá)到Sa21～2級(jí),粗糙度50μm。

    4.2涂料過濾

    采用一般空氣噴涂施工的涂料要經(jīng)過180～200目濾網(wǎng)過濾,采用空氣輔助無氣噴涂施工的涂料應(yīng)使用220目濾網(wǎng)過濾。

    4.3涂料黏度

    水性涂料施工黏度的高低,會(huì)造成涂膜出現(xiàn)流掛、桔皮等弊病,因此要根據(jù)不同施工方法和不同材質(zhì)進(jìn)行調(diào)節(jié)和控制。刷涂時(shí)黏度應(yīng)為22～28s,浸涂時(shí)黏度在40～50s之間,一般噴涂時(shí)在15～25s,靜電噴涂時(shí)宜在18～24s之間。

    4.4環(huán)境條件

    采用噴涂方法施工時(shí),對(duì)環(huán)境的溫度和濕度的變化比較敏感。其環(huán)境的最佳條件為相對(duì)濕度(65±3)%,溫度(23±3)℃。

    4.5環(huán)境空氣潔凈度

    閃蒸或晾干(預(yù)烘)過渡室要求10萬級(jí),對(duì)有裝飾要求的噴涂室為1萬級(jí)。

    4.6水質(zhì)要求

    用于稀釋涂料的水質(zhì),去離子水pH=7,電導(dǎo)率220S/cm;自來水pH=7,電導(dǎo)率170S/cm。

    4.7烘干

    由于水性涂料涂膜中含水量較高,一般情況下,不能直接進(jìn)入高溫烘烤,因此要自行蒸發(fā)或先在50℃及90℃溫度下分段升溫,然后進(jìn)入工藝溫度烘干,而對(duì)浸涂的工件,在出槽后尚需流平。

    5水性涂料的涂裝

    5.1木制品的涂裝

 早在1988年美國(guó)南加利福尼亞對(duì)木器家具廠提出使用水性涂料,經(jīng)過這些年的研究發(fā)展,已獲成功。國(guó)內(nèi)木器生產(chǎn)廠也已逐漸推廣,水性涂料主要類型有:水性聚酯、丙烯酸及聚氨酯水分散體涂料、雙組分聚氨酯和丙烯酸聚氨酯涂料。單組分和雙組分聚氨酯涂料在目前應(yīng)用相當(dāng)廣泛,水性木器涂料的綜合性能已接近聚氨酯聚酯涂料。

    涂裝工藝:底材打磨———涂底漆———打磨———刮膩?zhàn)?2～3道,每道干燥2～3h)———打磨(600～1000#砂紙)———涂底漆———罩面漆(1～3道,每道間隔015h,前二道干燥后打磨采用1000#砂紙)———干燥(自干或低溫烘干)。

    水性底漆,提高木材浸潤(rùn)性,增大附著力;面漆的施工可采用刷涂或噴涂,涂料經(jīng)200目濾網(wǎng)過濾;涂料黏度為18～22s。

    家具涂裝施工時(shí)涂膜要薄,防止流掛,采用多層薄涂,干燥時(shí)間按生產(chǎn)廠規(guī)定。

    5.2塑料制品的涂裝

    以塑料取代木材、金屬的趨勢(shì)日益增加。在汽車零部件中,塑料比例已占25%以上。塑料底材表面處理主要有清潔處理和表面活性化,其目的是為提高底材與涂膜的附著,表面的油污可視塑料類型選用低級(jí)醇類和芳香烴及酮系溶劑。表面活性的方法有氧化處理、鉻酸處理、電暈處理及等離子處理等。此外,由于塑料制品在壓制成型后產(chǎn)生殘余應(yīng)力或局部結(jié)晶化,涂裝時(shí)會(huì)發(fā)生開裂或細(xì)紋且不利于涂料潤(rùn)濕,可以分別采用退火或吹離子風(fēng)來消除。這在開發(fā)和應(yīng)用水性涂料中尤為重要。而表面功能化則是賦予底材導(dǎo)電,真空噴涂金屬、紫外線保護(hù)層等特殊功能。近年來,國(guó)外推出塑料用的水性涂料,其主要品種有單組分水性丙烯酸醇酸涂料、水性丙烯酸聚酯涂料、單組分及雙組分水性聚氨酯涂料、水性環(huán)氧酯涂料等。美國(guó)伊士曼公司出售含有一定量有機(jī)溶劑的PP專用水性底漆。常用的ABS、PC塑料制品涂裝工序?yàn)?底材打磨或修整(適用于有毛刺或表面有缺陷的零件,包括填膩)———預(yù)處理(退火處理、醇類溶劑清洗或活性化處理、干燥)———消除靜電(靜電除塵)———涂底漆———晾干———烘干———靜電除塵———涂色漆———晾干、流平———烘干———冷卻———檢驗(yàn)。涂料施工一般噴1～2道,每道膜厚10～15μm。膜層過薄,影響流平;膜層過厚,會(huì)產(chǎn)生流掛、縮邊等現(xiàn)象。

    5.3汽車涂裝

    歐洲汽車涂料中,除電泳漆外,中涂及面漆水性化比例很高。一半以上轎車廠的涂裝線使用了水性中涂,六成的轎車廠使用水性底色漆(其中水性金屬閃光底色漆的應(yīng)用也很廣泛,水性罩光漆也處于在試用完善中)。

    美國(guó)通用汽車公司的德國(guó)歐寶公司的艾森納赫廠是涂裝工藝全部實(shí)現(xiàn)水性化的第一家工廠。在日本本田、日產(chǎn)等汽車公司已有40%～50%涂裝線采用水性涂料,涂料品種為水性丙烯酸聚酯型及水性聚酯氨基中涂漆,固體分為60%,涂料黏度40s(涂-4杯),固化條件140℃、30min,其性能接近溶劑型。

    國(guó)外轎車的涂裝工藝為:電泳涂層(18～20μm)———水性中涂層(25～40μm,150℃、30min)———水性底色涂層(25～40μm,80℃、10min,本色或金屬色)———有機(jī)溶劑或粉末罩光涂層或水性罩光涂層(35～40μm)。

水性中涂漆主要有聚酯和聚氨酯漆,固體分為50%～60%,烘干條件分別為:140℃、20min、80℃、15min。水性面漆、底色漆主要有丙烯酸和聚氨酯漆。

    2002年DuPont公司為Volvo汽車公司開發(fā)了一種水性珍珠白色涂料采用三涂一烘(3C1B)工藝。即“濕碰濕”涂3道固化1次的施工,即在標(biāo)準(zhǔn)噴漆線上完成3層涂料1次固化的噴涂作業(yè)。據(jù)介紹,該工藝對(duì)施工環(huán)境溫濕度條件較寬。

    國(guó)內(nèi)轎車的涂裝工藝(本色漆轎車):電泳涂層+水性中涂+高固體分有機(jī)溶劑型本色漆層。由于我國(guó)地域遼闊,南北氣候差別很大,在現(xiàn)有改進(jìn)的水性涂料施工工藝的溫濕度適用范圍,溫度20～30℃相對(duì)濕度50%～85%,據(jù)介紹,東北地區(qū)基本上可滿足,而我國(guó)南方地區(qū)在高溫高濕的夏季,仍需采用特殊辦法,上述3C1B工藝可獲解決,但底色漆預(yù)烘干問題尚待研究。

    國(guó)外對(duì)水性涂料的噴涂都采用自動(dòng)靜電噴涂,而國(guó)內(nèi)仍以使用手動(dòng)噴涂為主。

    對(duì)水性涂料的噴涂也有采用將工件加熱至35～40℃或?qū)⑼苛霞訜嶂?5～40℃進(jìn)行的。

    6結(jié)語

    水性涂料是當(dāng)前發(fā)展迅速的環(huán)保型涂料,但在亞洲使用比例極低,僅為3%(歐洲為42%)。水性涂料在投入生產(chǎn)使用中投資較高,如設(shè)備的耐腐蝕、烘干室、強(qiáng)冷設(shè)備、生產(chǎn)場(chǎng)地溫濕度條件控制調(diào)節(jié)設(shè)備等。但在現(xiàn)有設(shè)備上加以改造,也是可行的,在減少污染治理費(fèi)用、降低材料消耗、保障操作人員健康等方面,能在短期內(nèi)得到回報(bào)。

    涂料生產(chǎn)廠要加快新型水性涂料的開發(fā),提高現(xiàn)有水性涂料質(zhì)量,減少涂裝作業(yè)中的細(xì)小氣泡和烘干過程中產(chǎn)生的氣泡,降低固化溫度和縮短閃干時(shí)間,提高光澤、硬度、外觀裝飾性及高溫回粘等,以符合更廣泛的使用要求。