CN104327583A - 面向汽车涂装的高性能超低voc排放环保型洗枪溶剂 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种面向汽车涂装的高性能环保型洗枪溶剂组合物，属于汽车涂装用精细及功能化学品领域。不同于现有技术体系，本发明通过引入特种复合表面活性剂组分来改变待清洗漆膜的界面张力，并配合胺类物质的溶解力和去离子水等组分的物理冲刷力，有效解决了现有水性洗枪溶剂技术和产品普遍存在的VOC排放过高、清洗效果较局限、单车耗量过大等问题。本发明相关产品具备超低VOC排放、能有效清洗B1/B2等紧凑型工艺水性汽车涂料、单车耗量显著降低等特点。也因此，可以显著减少汽车涂装作业过程中由于颜色污染导致的车身漆膜缺陷，减少物料消耗和成本，进而显著降低VOC排放。

Description

面向汽车涂装的高性能超低VOC排放环保型洗枪溶剂
技术领域
本发明涉及到一种面向汽车涂装的高性能、超低VOC排放环保型洗枪溶剂，属于汽车涂装用精细及功能化学品领域。
背景技术
在汽车涂装生产中，为了追求卓越的涂膜质量，常常需要对机器喷涂系统的管路，包括CCV阀、齿轮泵、喷杯中的针阀、螺旋管及旋杯等进行反复清洗，当喷涂颜色更换时，清洗更是不可避免的。清洗的作用是将管路、旋杯清洗干净，防止涂料附着在管壁上或是堵塞旋杯出漆孔从而影响后续生产中车的涂装效果，造成缩孔、颗粒或串色等缺陷。合适的清洗溶剂组合物应当满足以下基本条件：(1)洗涤力强；(2)可供在线的各种涂料洗涤用；(3)对现有的各种涂料的外观和性能无不良影响；(4)长时间使用后不导致清洗力降低；(5)毒性小，对皮肤刺激小，气味较淡，对人体安全无害，配方中没有国家禁止使用的原材料。
进入21世纪以来，汽车涂装工艺和材料发生了翻天覆地的变化。出于成本控制、质量提升以及环保诉求等方面的考量，近年来以B1/B2紧凑型工艺为代表的新型水性汽车涂料得到越来越广泛的应用，这也带动了满足水性汽车涂料清洗要求的“水性洗枪溶剂”的快速发展。
纵观国内，目前汽车涂装用的水性洗枪溶剂主要由国际知名汽车涂料公司和国外的专业化学品公司所垄断。技术层面，根据产品自身的单位VOC排放量，目前市面上的主流水性洗枪溶剂可以分为单位VOC排放量在800-900克/升的“全VOC排放”洗枪溶剂、400-500克/升的“中等VOC排放”洗枪溶剂，以及100-200克/升的“低VOC排放”洗枪溶剂。上述产品大多主要以苯类、酮类、酯类、醚类(如乙二醇醚等)等有机成分按照不同比例配制而成，存在如下问题：
(1)单位VOC排放过高，环保性较差
为改善和保护生态环境，世界各地的相关法规陆续颁布和实施，给汽车涂装带来了诸多挑战。西方发达国家普遍要求汽车涂装的VOC排放要求不超过35g/m2，我国也出台了类似的国家标准，而各省市制定的地方标准更是高于国标和欧盟标准。以上海市为例，其地方标准要求现有的汽车涂装车间单位排放不得高于40g/m2，新建涂装车间的单位排放不得高于20g/m2。据统计涂装车间的VOC排放量约占整个汽车生产VOC排放总量的95％。除了涂料本身，生产过程使用的换色洗枪溶剂是另外一个重要的VOC排放体，由此所产生的VOC排放约占到整个涂装工序VOC排放的25-40％。使用上述产品，单由洗枪溶剂消耗所产生的VOC排放不会低于200g/台车，如此之高的VOC排放量显然不利于环境保护。
(2)单纯依靠组分的溶解力，清洗效果有一定的局限性
主要基于“化工溶剂”组分对于树脂等物质固有的溶解能力，上述产品对于“传统涂装工艺水性汽车涂料”多数具有较好的清洗效果，但是对于2008年以来得到快速发展应用的B1/B2、WB HS3C/1B等“紧凑型涂装工艺水性汽车涂料”的清洗效果并不理想。这是因为，B1/B2等“紧凑型”涂装工艺在二次喷涂时(B2工序)涂料里会引入“催化剂”等物质，喷涂后残留在静电旋杯表面和供漆管线内的漆膜相对致密，不易被传统的“化工溶剂”等所溶解并最终清除；上述品类的产品也存在对于不同品牌、不同颜色的水性汽车涂料的兼容性和有效性问题，即不能有效清洗所有品牌、所有色系的涂料，而这恰恰是OEM客户的关键价值主张所在。
(3)单车耗量高，经济性差，并致VOC整体排放量居高不下
正是由于上述品类的洗枪溶剂在性能上存在局限性，汽车生产OEM主机厂普遍通过增加清洗频度和供应流量来保证清洗效果，这最终导致单车耗量的增加。以轿车车身涂装作业为例，用于溶剂型汽车涂料换色中洗的洗枪溶剂单车耗量高达3.5至5.0Kg，用于水性汽车涂料换色冲洗的洗枪溶剂单车用量一般也不低于2.0Kg。
市场在呼唤性能更高、环保性更好的洗枪溶剂产品，以帮助汽车生产制造企业进一步降低物料成本和VOC排放。事实上，包括PPG、GAGE、Henkel和Kluthe在内，很多国际知名化学品公司都进行了很多尝试，也面向市场陆续推出了一系列的产品，但绝大多数皆没有走出现有主要依靠传统化工溶剂类组分的溶解力来解决清洗问题的技术路线。虽然相关产品的单位VOC量排放有所降低(低于100克/升)，但依然存在巨大的改进空间。另外，他们在改善清洗效果局限性方面的进展不大，特别是针对较难清洗的B1/B2紧凑型涂装工艺。
发明内容
本发明的目的是提供水性汽车涂料涂装换色时使用的一种新型洗枪溶剂。该新型洗枪溶剂通过引入特种表面活性剂来改变待清洗漆膜表面的界面张力，配合胺类物质的溶解力和去离子水等组分的物理冲刷力，有效解决了现有技术产品普遍存在的VOC排放过高、清洗效果较局限、单车耗量过高等问题。使用它可以显著减少由色污导致的车身漆膜缺陷，减少物料消耗和成本，并显著降低VOC排放。
该洗枪溶剂含有如下重量份的物质：
化学组分 含量 化学属性 主要功能
H2O 75％-85％ 去离子水 物理冲刷等
二甲基乙醇胺 2％-8％ 胺类 化学溶解等
2-乙基己醇聚氧乙烯醚 10％-20％ 表面活性剂(主) 改变表面张力
乙二醇二甲酸酯 0.5％-2％ 表面活性剂(次) 改变表面张力
2-乙基己醇聚氧乙烯醚和乙二醇二甲酸酯分别作为主、次表面活性剂用于改变待清洗漆膜的表面张力，初步瓦解漆膜，并结合二甲基乙醇胺的化学溶解能力以及水的物理冲刷力进一步清洗旋杯表面的漆膜，清洗效果得到保证。大量的实验证明该产品可以有效清洗B1/B2紧凑型工艺水性汽车涂料，对于不同品牌汽车涂料供应商所供的不同色系的水性汽车涂料也都表现出非常理想的清洗效果。此外，由于显著降低了传统溶剂类化学组分的使用，该款产品的单位VOC排放低至55克/升，达到“超低VOC排放”范畴。综上而言，这是一款兼具出色清洗效果和优秀环保性能的理想产品。
附图说明
图1是清洗效果测试装置示意图，显示了测试开始前玻璃面板支架的摆放位置；
图2是清洗效果测试装置示意图，显示了调整清洗溶剂滴落速率时烧杯和玻璃面板支架的摆放位置。
具体实施方式
为使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体实施方式，进一步阐明本发明。
实施例1清洗溶剂组合物的制备
化学组分 重量(Kg)
H2O 79
二甲基乙醇胺 5
2-乙基己醇聚氧乙烯醚 15
乙二醇二甲酸酯 1
按上述配方在反应釜里调配相应数量的水性洗枪溶剂，过滤并经缩孔试验等检测合格后进行分装。
实施例2清洗效果、VOC释放、单车耗量等综合测试
为了验证本发明所述的高性能、超低VOC排放环保型水性洗枪溶剂所具有的高性能、超低VOC排放环保性，把上述配方制得的洗枪溶剂(XW2400)作为研究对象，以全球三大汽车涂料品牌美国PPG、美国Axalta(前DuPont DPC)、德国BASF的B1/B2紧凑型水性汽车涂料为清洗标的，与美国PPG、美国GAGE、德国Henkel、法国Kluthe等主流知名品牌的同类洗枪溶剂产品进行“单位VOC排放量”、“单车物料消耗”、“清洗效果总体评价”三项指标相关的对比试验。
“单位VOC排放量”、“单车物料消耗”两项指标分别通过SGS第三方检测和北京奔驰的线上使用进行。
“清洗效果评价”通过滴落清洗性能测试法(Purge DripPerformance Evaluation Method)进行。滴落清洗性能测试法是将待测试的清洗溶剂组合物对湿膜基板进行清洗，并将清洗效果与已知的对照清洗溶剂产品进行对比。具体测试参数如下，
测试仪器装置：
√铁架台
√100mL烧杯
√7”*7”*1/8”玻璃面板
√3”通道湿膜涂布器，能进行1.5mil湿式涂覆(0.0015”)(Gardner#AP-3x003S S)
√面板支架(Atlas Material Testing Solutions#19132300)
√数字计时器(精度为1秒或者更好)
√具有80-120CFM气流的通风橱
√50mL滴定管(Fisher#03-700-22C)
√滴定管夹(Fisher#05-779)
√滴液漏斗
测试材料
√本发明的清洗溶剂组合物，对比清洗溶剂与美国PPG、美国GAGE、德国Henkel、法国Kluthe相关产品(具体型号如测试结果表格所示)，各100mL
√测试用水性汽车涂料(含B1/B2紧凑型工艺水性色漆)：ALD645A3W玛瑙红金属面漆、ALD626Y9C朱鹭白金属面漆、A-B530317马拉喀什棕金属面漆、A-B530309哈瓦那灰金属面漆和SGM519F-TJ星河银金属面漆，各100mL
测试条件
√清洗温度：25℃
√湿膜厚度：90μm
√晾干时间(flashtime)：2分钟
√滴落速率：59-61滴/分钟
√总滴落数：10滴
测试步骤
1.用滴定管夹夹紧滴定管，然后固定在铁架台立杆上；
2.如图1所示，将面板支架放置在铁架台底座上，将空白玻璃面板放入支架并调整滴定管高度使得滴定管末端与玻璃面板表面相距2”；
3.用5-10mL待测定的清洗溶剂冲洗滴定管；
4.确保开始测试以前玻璃面板保持光滑清洁，采用下拉式(drawdown)涂覆器将油漆均匀涂覆在玻璃面板中心位置形成薄膜，将面板放置在支架卡槽中固定，等待面板晾干2分钟；
5.在等待面板干燥时，向前移动支架，并将烧杯置于滴定管尖端下，如图2所示；
6.打开滴定管活塞使清洗溶液沿滴定管尖端滴下，调节活塞是的清洗溶液滴下的速率为1滴/秒，利用电子计时器记时；
7.2分钟晾干时间结束后，在清洗溶液滴落间隙，移除烧杯并快速将支架推至滴定管下的初始位置；
8.对滴落的清洗溶液滴计数，当滴落10滴之后，迅速向前移动支架并同时关闭活塞；
9.重复上述步骤，使用上述五种溶剂型油漆涂覆的玻璃面板对本发明的清洗溶剂以及对照清洗溶剂进行测试，采用计算机和本领域技术人员常用的软件对经过滴落清洗的基板进行扫描并计算清洁面积，依据清洁面积评估清洗效果，表明清洁面积越大，则清洗效果越好。
综合测试评价结果如下所示：
实施例3相容性测试
如下制备测试板并观察缩孔缺陷(crater)是否出现，从而测试本发明的清洗溶剂组合物与溶剂型油漆的相容性，测试中使用的涂料包括ALD645A3W玛瑙红金属面漆、ALD626Y9C朱鹭白金属面漆、A-B530317马拉喀什棕金属面漆、A-B530309哈瓦那灰金属面漆和SGM519F-TJ星河银金属面漆，所使用的金属基材面板为马口铁基材面板，烘烤温度为140℃，烘烤时间为30分钟。
1.混合相容性
以25％的体积比将清洗溶剂组合物1与金属面漆相混合，然后将经稀释的油漆喷涂在马口铁基材面板上并于140℃烘烤干燥30分钟。肉眼观察干燥后的金属面漆涂层是否具有缩孔缺陷。
2.覆盖喷涂(overspray)相容性
将金属面漆喷涂在马口铁基材面板上，然后喷洒少量清洗溶剂组合物1至面漆喷涂层上使之变得模糊，并于140℃烘烤干燥30分钟。肉眼观察干燥后的金属面漆涂层是否具有缩孔缺陷。
3.垫底喷涂(underspray)相容性
先用少量清洗溶剂组合物1喷涂在马口铁基材面板上使之表面模糊，然后将金属面漆喷涂在经模糊的金属基材面板上，并于140℃烘烤干燥30分钟。肉眼观察干燥后的金属面漆涂层是否具有缩孔缺陷。
观察结果显示所有经测试的马口铁基材面板上覆盖的金属面漆涂层都没有出现缩孔缺陷。由此可见，本发明的清洗溶剂组合物与溶剂型油漆具有良好的相容性。
综上所述，本发明制得的水性洗枪溶剂XW2400较之其他对照组样品具有明显的比较优势。产品本身的单位VOC排放量低至55克/升，为对照试验样品组第二低，且该数值与最低值非常接近，是“超低VOC排放”洗枪溶剂中的绝对领导者；比较清洗效果，XW2400的表现同样出色，与PPG公司一款“全VOC排放”的产品相当，且好于大多数对照组样品，特别是那些同样定位于“超低VOC排放”范畴的竞争产品；单车物料消耗方面，在保证清洗效果完全达标的前提下，XW2400的单车耗量最少，仅有1.7Kg/台车，远少于对照组的单车消耗均值(2.05Kg/台车)。很明显，优秀的清洗性能使得单车物料消耗显著降低，物料消耗的减少也会进一步降低整个涂装作业过程的VOC排放总量。
总体而言，上述配方制得的水性洗枪溶剂能够达到产品设计要求，在产品本身的单位VOC排放、单车耗量以及清洗性能等方面表现优异，达到国际领先水平。

Claims (2)

1.面向汽车涂装的高性能超低VOC排放环保型洗枪溶剂，其特征在于，该洗枪溶剂含有如下重量份的物质：
上述重量份配比的洗枪溶剂具备极佳的清洗效果和超低VOC排放。
2.根据权利要求1所示的洗枪溶剂，其特征在于，该洗枪溶剂含有如下重量份的物质：
上述重量份配比的洗枪溶剂具备极佳的清洗效果和超低VOC排放。
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