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2K清漆循环管路堵塞问题解决

李淑贞¹,  华 云²

(1.北汽集团越野车有限公司,北京 100300；2.长城汽车股份有限公司技术中心，河北 保定 071000)   

 

0 引言

    随着环保法规要求的日益严苛，涂装规划及建设选择低VOC 排放的工艺是大势所趋，目前涂装行业比较环保、节能的工艺是紧凑型短工艺—B1B2水性漆工艺，为了提高整个涂层的目视外观性,与此工艺对应的罩光漆多为2K清漆。双组分清漆指丙烯酸涂料或聚氨酯涂料，与传统的硝基或热塑性丙烯酸树脂等汽车涂料相比，其施工固体分高、VOC 排放低、涂膜丰满、装饰性好、耐候性较好、耐酸雨性能卓越、耐擦伤性能优异，从而日渐受到汽车业界的重视。因此B1B2免中涂工艺基本上与2K清漆配套使用。

   2K清漆与1K清漆不仅在组分上有区别，在输送系统上也有不同。2K清漆由清漆系统和固化剂系统组成，其中清漆输调漆系统和1K清漆输调漆系统相似，多选择两线循环系统。固化剂系统因为含有活性NCO官能团，所以循环系统必须充氮气保护并隔绝湿气防止固化堵塞管路。但是在实际生产过程中，2K清漆出现了堵塞情况。以下针对两次2K清漆输调漆系统管路有沉淀或堵塞的原因查找及解决措施进行阐述。

1   问题描述

A生产线：新建生产线采用B1B2+2K清漆工艺，输调漆系统采用常规两线循环。   

1.1  背景

    A生产线2016年年初投产，投产运行半年左右，清漆循环管路堵塞的前一天系统正常运转使用，隔天生产时发现清漆循环管路堵塞非常严重，所在位置接近管路末端。

1.2  原因查找分析

     输调漆系统里可能混进了少量水或者其他不溶物导致管路堵塞。试验过程：向2K清漆中分别加入水、机油、助剂观察状态，与水混合后即开始少量出现白色絮凝沉淀，3 h絮凝明显增多，8 h基本沉淀。清漆加其他液体无明显絮凝、沉淀。

清漆主要由树脂、溶剂、助剂等组成，为了提高清漆的机械性能（硬度）、施工性能（黏度）及涂层的耐候性（人工加速气候老化和人工辐射暴露老化时间），清漆里会添加白炭黑作为助剂。白炭黑是多孔性物质，其组成用SiO₂·nH₂O表示，其中nH₂O是以表面羟基的形式存在，不溶于水、溶剂和酸（氢氟酸除外）。白炭黑有沉淀法白炭黑和气相法白炭黑, 气相法白炭黑全部是纳米二氧化硅, 气相二氧化硅是一种流变助剂，在油性漆里,大部分流变助剂都是形成氢键而起作用的，表面未处理的气相二氧化硅聚集体含有多个彼此形成氢键的键合。氢键键合在油性漆中极易形成三维的网状结构，这种结构受剪切力时会破坏,使黏度下降,涂料恢复良好的流动性；当剪切力消除后,三维结构会自行恢复,黏度上升。在完全非极性液体中,黏度恢复时间只需几分之一s，在极性液体中,黏度回复时间较长。如循环泵停止工作一段时间则会造成油漆絮凝沉淀，故油性漆不允许长时间停泵不工作。另极性的游离水与非极性有机溶剂不相溶形成两相，清漆中如选用的白炭黑不稳定则会游离出极性的游离水，游离水与清漆不溶从而使涂料絮凝、沉积并最终堵塞管路。

1.3 管路堵塞解决方法

输调漆系统里可能混进了少量水或其他不溶物导致管路堵塞，堵塞位置通过疏通清洗已不能解决，需要重新更换堵塞部位的管路才能解决，管路更换由设备承包商做，费用由涂料供应商承担（另一涂料供应商所供的2K清漆未出现类似沉淀现象）。在更换管路后使用近2年期间，加强了调漆间的人员出入及加料管理/原材料的入厂控制等措施，堵塞/沉淀现象未再出现。

2  2K亚光清漆管路沉淀

B生产线：新建生产线采用B1B2+2K清漆工艺，输调漆系统采用两线循环。

2.1 背景调查

B生产线于2015年底投产，生产线投产运行3 a左右。现场2K高光清漆及2K亚光清漆为同一供应商，共用同一个固化剂系统和同种固化剂。因亚光清漆生产量小，故亚光清漆未更新时间接近半年，重新置换新漆后正常喷车，次日因停电2 h系统停止搅拌，重新开启循环3 h后2K亚光清漆循环系统出现高压报警，检查循环系统管路过滤袋及对应机器人入口，发现有白色粉末及胶状沉淀物堵塞。

2.2 原因查找

2.2.1 新旧批次亚光清漆取样沉降对比试验

对新旧批次亚光清漆取样沉降进行对比试验，新旧批次清漆以及混合漆静置168 h均无沉淀现象,说明沉淀不是由漆本身导致的。

2.2.2  2K亚光清漆温度、黏度及助剂添加调查

调查2K亚光清漆日常加料及助剂补加、调整情况，未发现异常，温黏曲线也正常。说明沉淀与2K亚光清漆温度、黏度及助剂添加量无关。

2.2.3 2K亚光清漆系统中可能混入的污染及溶剂、助剂混合试验调查

向3个2K亚光清漆的烧杯中分别加入水、机油和助剂，并观察状态。结果如表1 所列。 

   从以上试验可以得出，2K亚光清漆遇水会产生沉淀。

2.2.4  堵塞物及2K亚光清漆取样委外分析

将堵塞物及2K亚光清漆委托第三方进行成分检测分析，结果见表2。 

从表2可以看出，管路沉淀物中聚乙烯蜡的含量远远超出原漆中聚乙烯蜡的含量。说明聚乙烯蜡发生了变化。

2.2.5  聚乙烯蜡浓度变化原因分析

2K亚光清漆的配方中消光剂成分内含有结晶水——SiO₂·nH₂O，游离态水与2K亚光清漆的吸附沉积因相似相溶，极性的游离水与非极性有机溶剂不相溶。游离水与亚光清漆接触，进入溶剂形成两相，导致消光剂中聚乙烯蜡（消光剂定向）的溶解度平衡失常，造成聚乙烯蜡析出结晶，失去聚乙烯蜡托载的部分二氧化硅在涂料中析出、沉淀。

2.3  结论

  由于亚光清漆含有消光剂成分，与树脂、溶剂等混合为悬浊液。材料中的成分因密度不同，在长时间静置或搅拌、流动不充分的条件下会沉降、析出；随着时间的延续，在循环管路中的物质因长时间挤压、摩擦，材料中的结晶相被破坏，在管路内壁会逐渐粘连、沉积，沉淀富集后导致系统管路堵塞。

2.4 问题解决方案

1）对2K亚光清漆输调漆系统进行彻底排放，疏通亚光清漆系统管路。对循环系统进行彻底清洗、盲端排放。对系统进行缩孔污染检测，检测合格后投入新的亚光清漆，恢复生产。

2）提升2K亚光清漆配方中的原材料助剂的稳定性。

 3）调整2K亚光清漆配方中SiO₂的用量（因亚光漆的亚光效果，不易观察到划痕，可适当降低2K亚光清漆的硬度到2B以上，从而降低SiO₂的用量）。

3 结语

 通过两次不同生产线的2K清漆管路堵塞案例的原因查找分析及问题处理，对于2K清漆系统的管理和原材料要求建议如下：

1）首先加强输调漆间的管理，不允许有外加因素导致材料发生变化；

2）循环系统的循环搅拌参数严格按涂料供应商的要求执行，在长时间不生产或其他工艺参数异常时，要提前做小样试验，避免批量质量问题发生，做好异常对策。

涂料供应商油漆配方中的原材料应选择稳定的助剂、溶剂，确保涂料的稳定性。