刁 娜

0 水性色漆清洗溶劑的改進(jìn)目的及背景

一汽大眾成都廠在2013年7月更換旋杯霧化器，并發(fā)現(xiàn)霧化器中有很多黑色、紅色及藍(lán)色等彩色漆渣，該漆渣在噴涂過程中導(dǎo)致車身出現(xiàn)臟點(diǎn)。這些漆渣是清洗困難的色漆，其殘留物長時間在霧化器中聚集結(jié)塊后所形成的。

一汽大眾成都廠每月生產(chǎn)車臺數(shù)為50000 臺，每個霧化器所噴涂的色漆量為20000 kg，其中黑色漆用量最大，清洗不凈使得車身出現(xiàn)大量黑色漆點(diǎn)。

本研究目的是加強(qiáng)色漆清洗溶劑對不同廠家藍(lán)色、紅色、黑色色漆的清洗能力，包括對霧化器、旋杯、加料及沖洗管路中的結(jié)塊漆的清洗，同時確保配方的成本不能增加太多。

1 水性色漆清洗溶劑的改進(jìn)機(jī)理及概要總結(jié)

通過紅外光譜（FT-IR）及氣相色譜儀（GC）分析比較了3 家色漆供應(yīng)商所用色漆的主體樹脂成分，分析發(fā)現(xiàn)，B 公司、P 公司與筆者所在公司所用主體樹脂的含量和種類不同，B 公司和P 公司產(chǎn)品的C—N 伸縮振動吸收峰比筆者所在公司的產(chǎn)品更強(qiáng)，其產(chǎn)品中可能含有聚合度更高的氨基樹脂及丙烯酸樹脂，同時P 公司產(chǎn)品中含有更多的自由—OH及—NH，筆者所在公司產(chǎn)品中含有更多的—C=O與—CH2/—CH3；B 公司和P 公司所使用的主體溶劑為醇、醇醚及醚-1#，筆者所在公司使用的溶劑為醚-1#，根據(jù)此分析，進(jìn)行了筆者所在公司清洗溶劑的改進(jìn)工作。

2 水性色漆清洗溶劑清洗能力的評估方法

2.1 滴落法

（1）用涂膜器涂膜，按照標(biāo)準(zhǔn)將色漆涂在100 mm×150 mm 的膠片上，漆膜厚度25 μm，室溫閃干2 min，膠片涂膜后的狀態(tài)如圖1b 所示。

（2）用滴管將清洗溶劑滴落在傾斜45°角的涂膜膠片上（圖1a），清洗溶劑滴落量25 mL。

（3）觀察溶劑對漆膜的潤濕清洗能力。

圖1 滴落方法及涂膜狀態(tài)Figure 1 Dripping and filming

2.2 浸泡溶解法

用涂膜器涂膜，按照標(biāo)準(zhǔn)將色漆涂在100 mm×150 mm 膠片上，漆膜厚度25 μm，室溫分別閃干1 min及5 min，然后在250 mL 清洗溶劑（與水混合后）中浸泡1 min，觀察漆膜的溶解狀態(tài)。

2.3 噴涂計量時間及用量法

（1）將涂膜器涂好的100 mm×150 mm 膠片在60 ℃下烘烤20 min。

（2）記錄對應(yīng)膠片涂膜被噴出清洗溶劑噴落的時間以及清洗溶劑的用量（圖2）。

圖2 噴涂方法及計量Figure 2 Spraying and metering

3 水性色漆清洗溶劑的配方優(yōu)化機(jī)理

3.1 清洗溶劑的配方設(shè)計

最初的清洗溶劑是由親水溶劑、親油溶劑、胺及表面活性劑組成，它是一個穩(wěn)定且單一的體系，呈現(xiàn)透明的狀態(tài)。重點(diǎn)關(guān)注表面活性劑以及溶劑的極性（漢森溶解度參數(shù)）及相似相溶理論，并篩選可用材料。

3.2 可選用溶劑數(shù)據(jù)庫分析

公司可選溶劑的表面能、溶解度及基本特性見表1、2。其表面能及溶解度坐標(biāo)圖見圖3。

表1 可選溶劑的表面能及溶解度Table 1 Solvent surface energy and solubility

表2 可選溶劑的基本特性Table 2 Solvent basic property

圖3 可選溶劑表面能及溶解度坐標(biāo)圖Figure 3 Solvent surface energy and solubility graph

由表1 可見，溶劑表面能大小順序依次為去離子水＞酮＞醚-5#＞醚-3#＞醚-6#＞醚-4#=醇-3#＞醚-2#＞醚-1#＞醇-1#＞長碳鏈烷烴＞醇-2#；溶解系數(shù)大小順序依次為：長碳鏈烷烴＞醇-3#＞醚-3#＞醚-6#＞醚-2#＞醇-1#＞醚-1#＞醚-5#＞醇-2#＞醚-4#＞酮＞去離子水。

4 水性色漆清洗溶劑配方改進(jìn)方案及過程

4.1 第一版、第二版水性色漆清洗溶劑配方

第一版色漆清洗溶劑中含有胺-1#，其熔點(diǎn)為21 ℃，在冬天易結(jié)凍，需要烘烤后使用，因此在第二版配方中將其替換成胺-2#，它的熔點(diǎn)為-70 ℃，且與胺-1#的水溶性相同。除此之外，醇-2#被醇-1#替代，因?yàn)閮烧叩谋砻婺芟嗤?1#親油性更強(qiáng)。

表3 第一版、第二版清洗溶劑的配方Table 3 First and second version flushing thinner formula

由于第二版配方對紅色漆清洗困難，嘗試通過調(diào)整表面活性劑及色漿分散劑進(jìn)行改進(jìn)，經(jīng)多輪驗(yàn)證并沒有顯著的效果。

4.2 第三版水性色漆清洗溶劑配方

繼續(xù)優(yōu)化配方，嘗試調(diào)整溶劑的極性及親油性，醚-1#是一種兼有親水性及親油性的良溶劑，其在色漆清洗溶劑中對樹脂清洗及水油項(xiàng)平衡起著至關(guān)重要的作用。

嘗試在第三版配方中引入不同極性的溶劑，如醚-2#、醚-4#、醚-5#、酮及醇-2#（表4）。根據(jù)漢森溶解度參數(shù)計算偶極矩，并按照設(shè)計方法進(jìn)行清洗能力評估，發(fā)現(xiàn)用醚-2#替換一部分醇-1#后清洗效果得到顯著改進(jìn)，通過比例調(diào)整驗(yàn)證，最終確認(rèn)溶劑替換量為3.5%（表5）。

表4 第三版優(yōu)化配方過程及對應(yīng)清洗效果Table 4 Third version flushing thinner optimizes the formula process and the corresponding cleaning effect

表5 第三版清洗溶劑的配方Table 5 Third version flushing thinner formula

第三版色漆清洗溶劑對所在公司的色漆清洗效果較好，在客戶端得到了正向反饋，對于其他公司的色漆，如B 公司的黑色漆及P 公司的紅色漆等，依然經(jīng)常在旋杯內(nèi)發(fā)現(xiàn)色漆殘留，導(dǎo)致車身臟點(diǎn)。

4.3 第四版水性色漆清洗溶劑配方

如前所述，我公司產(chǎn)品配方中含有更多的—C=O及—CH2/—CH3，而P 公司及B 公司產(chǎn)品中含有更多游離的—OH 及—NH，這意味著P 公司及B 公司產(chǎn)品的主體樹脂中含有更多的氨基樹脂及高聚合度的丙烯酸樹脂。

基于色漆組分的分析，進(jìn)行了第四版清洗溶劑的配方改進(jìn)，嘗試引入特定的溶劑，其極性低于醚-1#，同時親油性強(qiáng)于醚-1#?？梢試L試的溶劑有醇-3#、醚-3#以及長碳鏈烷烴（表6）。通過試驗(yàn)驗(yàn)證，發(fā)現(xiàn)醇-3#不僅能加強(qiáng)對B 公司、P 公司色漆的清洗效果，同時對公司其他顏色色漆的清洗能力亦有改進(jìn)。

表6 第四版溶劑優(yōu)化配方過程及對應(yīng)清洗效果Table 6 Fourth version flushing thinner optimizes the formula process and the corresponding cleaning effect

通過滴落試驗(yàn)進(jìn)行色漆清洗溶劑配比的調(diào)整，一版配方用10%的醇-3#等量替換醚-1#；另一版配方用10%的醇-3#替換5.5%的醚-1#及4.5%醇-1#（表7）。因?yàn)榇?3#具有較強(qiáng)的油溶性，新版清洗溶劑與水按照2∶8 的質(zhì)量比混合后，呈現(xiàn)均勻的白色乳液狀。

表7 第四版色漆清洗溶劑的配方組成Table 7 Fourth version flushing thinner design

5 水性色漆清洗溶劑配方改進(jìn)后的試驗(yàn)結(jié)果

5.1 第二版、第三版清洗溶劑的試驗(yàn)結(jié)果

5.1.1 滴落試驗(yàn)

滴落試驗(yàn)結(jié)果見圖4。由圖4 可見，第三版清洗溶劑比第二版溶劑及K 公司的溶劑有更強(qiáng)的潤濕性，其潤濕面積更大，且滲透處殘留少。

圖4 第二版、第三版及K 公司清洗溶劑對色漆的清洗效果圖Figure 4 The cleaning effect on paint of second and third version and company K flushing thinner

5.1.2 噴涂試驗(yàn)

噴涂試驗(yàn)結(jié)果見表8。由表8 可見，第三版清洗溶劑按照1∶9 及2∶8 比例稀釋后，均比第二版溶劑以及K 公司溶劑清洗速度更快，且用量更少，但此版溶劑成本較高，需繼續(xù)進(jìn)行優(yōu)化。

5.2 第四版清洗溶劑的試驗(yàn)結(jié)果

5.2.1 滴落試驗(yàn)

第二版、第四版清洗溶劑的滴落試驗(yàn)結(jié)果見圖5［m（清洗劑）∶m（水）= 2∶8］。圖5 結(jié)果表明，第四版溶劑比第二版溶劑潤濕性更強(qiáng)，其潤濕面積更大，且滲透處殘留少，對最難清洗的紅色漆改進(jìn)效果明顯。

5.2.2 噴涂試驗(yàn)

噴涂試驗(yàn)結(jié)果見表9～10。由表9、10 可見，第四版清洗溶劑按照1∶9 及2∶8 比例稀釋均比第二版溶劑清洗速度更快，且溶劑用量更少，對于難清洗的紅色漆、黑色漆都有明顯優(yōu)勢。

5.2.3 溶解試驗(yàn)

溶解試驗(yàn)結(jié)果見圖6。由圖6 可見，第四版溶劑比B 公司及C 公司的兩支溶劑有更好的溶解效果，會使得漆膜從膠片上完全剝離，對最難清洗的紅色漆改進(jìn)效果明顯。

表8 第二版、第三版及K 公司清洗溶劑對不同色漆的清洗用量及時間Table 8 The cleaning dosage and time of second and third version and company K flushing thinner

圖5 第二版、第四版清洗溶劑對色漆的清洗效果圖Figure 5 The cleaning effect of second and fourth version flushing thinner

表9 第二版、第四版清洗溶劑對不同色漆的清洗用量及時間Table 9 The cleaning dosage and time of second and fourth version flushing thinner for different colors

表10 第四版及不同公司清洗溶劑對紅色漆的清洗用量及時間Table 10 The cleaning dosage and time of fourth and other company flushing thinner for red paint

圖6 第四版及其他公司清洗溶劑對紅色漆浸泡溶解效果圖Picture 6 Dissolve effect of fourth version and other company flushing thinner for red paint

6 水性色漆清洗溶劑改進(jìn)配方在客戶端表現(xiàn)

第四版清洗溶劑（4-1）及（4-2）的清洗效果都有較大改進(jìn)，根據(jù)成本計算，選用第四版-1 產(chǎn)品進(jìn)行試線（圖7），圖7 表明，第四版-1 產(chǎn)品的清洗效果優(yōu)于第二版溶劑，拆卸旋杯霧化器，可見殘留明顯減少，同時車身臟點(diǎn)個數(shù)降低?？蛻艚o予了充分的認(rèn)可。

圖7 第四版改進(jìn)配方及第二版清洗溶劑對霧化器的清洗效果Picture 7 The cleaning effect on atomizer of second and fourth version flushing thinner

7 水性色漆清洗溶劑改進(jìn)結(jié)論與建議

在配方設(shè)計及應(yīng)用研究時發(fā)現(xiàn)，此項(xiàng)目存在以下難點(diǎn)：

（1）實(shí)驗(yàn)室的模擬與現(xiàn)場實(shí)際噴車的大型設(shè)備不同，需要找尋一種在實(shí)驗(yàn)室能重現(xiàn)出清洗效果的方法。

（2）不同生產(chǎn)廠家的色漆的成分不同，所要配套的清洗溶劑需要對癥下藥，根據(jù)其特有的組分，進(jìn)行有針對性的改進(jìn)。

（3）可選用溶劑的種類很多，需要收集資料，確認(rèn)每種溶劑的溶解性、沸點(diǎn)、極性，以便于更好地適用于現(xiàn)場施工。

針對以上幾個問題，筆者的分析及調(diào)整方案如下：

（1）通過不斷的摸索，在實(shí)驗(yàn)室通過在膠片上涂膜，以代替機(jī)器噴涂，并在一定閃干時間后進(jìn)行清洗溶劑的滴落、浸泡及噴涂試驗(yàn)，通過觀察溶劑滲透膠片、模擬機(jī)器人噴涂方式，以及溶劑對膠片上漆膜的溶解程度，重現(xiàn)出溶劑對不同顏色色漆的清洗效果，來模擬噴車清洗的狀態(tài)。

（2）通過紅外光譜儀，氣相色譜儀對各公司產(chǎn)品進(jìn)行詳細(xì)的樹脂及溶劑組分分析，根據(jù)其樹脂及溶劑類別有針對性地選擇對其溶解性較好的溶劑及表面活性劑改善清洗效果，從剝離及溶解兩個角度進(jìn)行了改善。

（3）通過驗(yàn)證試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，混合溶劑對一些樹脂有更好的清洗能力，胺的類型對清洗效果沒有顯著影響，溶劑的極性及親油性共同決定了溶劑的清洗效果，因此嘗試在配方中引入極性不同的溶劑，例如極性較大的去離子水以及極性較小的醇等，從而增強(qiáng)清洗效果。