高加工性能卷材涂料底漆的开发与性能研究

日期:2022-12-21  来源:网络

 

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引言

 

卷材涂料是用于涂覆钢板、铝板等基材表面,制成预涂卷材而使用的一种专用涂料。该种涂料于20世纪30年代推向市场,以其价格低廉、施工简便、重复利用率高而受到市场的欢迎。其应用面日渐广泛,产品服役于船舶、家用电器、建筑、汽车等领域。我国在20世纪80年代开始大力发展卷材涂料工业。近些年,国内的卷材涂料市场正逐步扩大。2011-2018年,我国卷材涂料消费量年均复合增长率为13.8%,保持快速增长态势。在市场需求的拉动下,我国卷材涂料行业产量持续上升,年均复合增长率为14.1%,发展态势良好。但我国卷材涂料产量依然小于需求量,2018年市场约有7-8万吨的供需缺口,高端卷材涂料对外依赖度较大。

 

据报道,卷材涂料中应用最多的是聚酯体系,约占60%的比例,其余有PVC塑溶胶、PVDF、有机硅改性聚酯等。聚酯树脂与氨基树脂或封端型异氰酸酯交联固化得到的漆膜硬度高,柔韧性好,应用最广泛。近些年,随着环保政策的日趋严厉,紫外光固化卷材涂料和水性卷材涂料的开发方兴未艾。

 

本文根据涂料用户的实际需求,在单用氨基树脂或封端型异氰酸酯有性能缺陷的情况下,设计开发了一种可应用于热冲压成型工艺的的卷材底漆,产品具有优异的耐深冲性能和折弯性能和耐水煮性能,应用于建筑和汽车领域。

 

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实验部分

 

1.1 参考配方

高加工性能卷材底漆配方如表1所示。

表1高加工性能卷材底漆配方

1.2 制漆方法

将物料1-4加入到料缸中,以500-800r/min的速度分散15min,充分搅拌均匀,边搅拌边加入物料5-7,中速分散20min,砂磨至细度5μm以下,转入调漆缸中,在搅拌状态下加入物料8-15,中速分散15min,用物料16调整黏度,合格后用200目滤网过滤包装。

1.3 样板制作

用0.5mm厚度的3系和4系不锈钢基板,按30cm*20cm规格裁取样板,锉平毛边,用MEK擦拭去除表面油污,备用;调配好卷材底漆后,用刮棒刮涂底漆,制得湿漆膜,放入245℃烘箱中,基板温度240℃,取出并置于冷水槽中冷却至室温,即得到所需的卷材底漆样板,以同样的方法,在底漆表面刮涂自制聚酯体系面漆,即得到复合涂层的样板。

 

 
 

 

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结果与讨论

2.1 成膜物质的选择

此次开发的高加工性卷材底漆,主要目标就是后加工性能优异,0T达到0级,70℃水煮24h不开裂、不脱落。适用于深冲、折弯等后成型工艺。这就要求漆膜的柔韧性好、附着力强。一般来说,聚酯树脂分子中C-0-C键的结构,使其分子链易于翻转、运动,树脂黏度低,漆膜柔韧性好、附着力强。

 

实验选用长兴公司的高相对分子质量线性聚酯树脂,相对分子质量在5000-20000,可用于PET/铝箔等基材的涂装,Tg值47℃,对多种金属有优异的粘结力。本实验即是选用聚酯树脂和环氧树脂混拼作为主树脂的。实验中树脂的组合方案见表2,不同树脂方案的实验结果见表3。

表2不同树脂的组合方案

表3不同树脂方案的实验结果

在本实验中,所使用的环氧树脂是液态的E51树脂,添加量为7%,在漆膜中起到增塑和增加附着力的作用。表4是环氧树脂组合方案,表5是不同组合方案的漆膜性能。

表4环氧树脂组合方案

表5不同环氧树脂添加量的漆膜性能

2.2 高沸点溶剂的选择

聚酯型卷材涂料是一种热固性涂料,须经高温烘烤固化。这就要求所选用的溶剂不仅有足够的溶解力,还要有较高的沸点。一般选择沸程在150-200℃的溶剂。在涂装生产时,是流水线作业,漆膜流平时间很短<2min,这就要求溶剂有极佳的溶解力和较慢的挥发速率,以利于漆膜的流平。高沸点溶剂在烘烤干燥阶段是逐步挥发的,要求低温时挥发的慢一些,高温时挥发的快一些,以利于流平,同时有助于防止因漆膜封闭过早造成起泡的弊病。常用的溶剂有DBE、S-150、PMA、CYC等。溶剂的搭配如表6所示。

表6 溶剂的搭配方案

按照表6的溶剂方案配制涂料,随着DBE的增加,漆膜的光泽提高,在DBE添加量20%时即可获得80GU的漆膜外观(高光底漆),继续增加DBE到30%,覆涂面漆时有起泡的倾向,可能是DBE在底漆膜中残留,涂覆面漆后造成气泡的异常,所以选择方案二为溶剂方案。方案四将PMA替换为CYC,两者的沸点接近,且都能较好地溶解聚酯树脂,得到的漆膜性能也相近,但是CYC气味较重,最终选择含PMA的方案二作为溶剂方案。

2.3 酸催化剂的选择

一般是采用添加酸催化剂的方式来加快反应速率,考虑到涂料的贮存稳定性,酸催化剂是预先封闭的,在高温下解封再发挥催化作用。对甲苯磺酸及其盐类是氨基树脂有效的催化剂,它们在有机溶剂中溶解性很好。常用的如金氏的N-5225,湛新的4045等。酸催化剂对漆膜性能的影响见表7

表7不同酸催化剂对漆膜性能的影响

酸催化剂的解封温度对漆膜状态有一定影响,解封温度低,如80℃解封的催化剂,在烘烤早期阶段就催化漆膜交联固化,漆膜封闭的早,有起泡的风险,尤其是在涂料中使用较多低沸点溶剂的情况下,容易发生这方面的问题。因此,最终选择120℃解封的酸催化剂。

2.4 流平及黏度的调节

卷材涂料是一种装饰型涂料。对流平性的要求很高。除了使用2.2讲到的高沸点溶剂外,还要使用耐高温的流平剂,避免缩孔等弊病,提高漆膜的平整度,同时使用聚氨酯分散剂或其它超分散剂,防止涂料返粗、絮凝,造成颗粒异常。卷材涂料是滚涂施工,要求涂料有一定的黏度,一般要求80-150s为宜。

2.5 性能测试的结果

卷材底漆性能测试结果如表8所示。

表8 卷材底漆性能测试结果

 

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结 语

(1) 本文设计的卷材底漆,附着力好、耐盐雾性能高且后成型性优异,耐深冲、可折弯,0T后70℃水煮24h而不脱落。

(2)讨论了主树脂、交联剂、溶剂、酸催化剂等对涂料性能的影响,并介绍了优选的组合方式:聚酯树脂与环氧树脂冷拼,封端型异氰酸酯与氨基树脂的比例为8/2。

(3)本产品是基于溶剂型树脂开发的,挥发性溶剂较多,为了更好地适应环保政策,后续会朝着水性涂料的方向发展。

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