卷材涂料配方设计及生产过程中常见问题处理

卷材涂料配方设计及生产过程中常见问题处理

胡宗留1,汪波2
(1.常州市易涂化工有限公司,江苏常州213000;2.中国建筑材料工业地质勘查中心安徽总队实验室,合肥230022)

1 引言
卷材涂料是涂镀行业最常见的一种涂料,其施工方便、环保、效率高等特点使其在日常生活中越来越广泛,卷材涂料体系经过几十年的发展已经形成了相对成熟的体系和配方,目前国内主要是低价竞争、配方混乱,与外资企业无任何竞争力,设计配方思路不明确、不科学等特点,导致卷材涂料最终的性能不稳定,不符合节能环保的特点。本文主要介绍了几类常见的卷材涂料配方体系的设计,以及一些常用的调整方式,科学合理地总结了国内外常见的配方应用体系。

2 卷材涂料中常见的原料
⑴聚酯树脂:聚酯树脂是卷材涂料中最主要的树脂,底、面、背均可使用,一般指标为:酸价3 ~ 5mgKOH/g,羟值65 mgKOH/g,色号≤2#,黏度(格氏管)20 ~ 25 s,聚酯树脂的好坏决定了涂料最终的性能;
⑵氨基树脂:主要用做交联剂,有全甲醚化氨基树脂(HMMM)、部分醚化树脂、脲醛树脂,目前业内主要厂家有氰特、新华、奥斯等;
⑶聚氨酯树脂:封闭型聚氨酯树脂,主要产品有拜耳的3175、无锡阿克力的S-199、常州涂料化工研究院的CX 树脂等;
⑷环氧树脂:主要为609 树脂、604 树脂、601 树脂,主要厂家有三木、昆山国都、无锡蓝星等;
⑸钛白粉:金红石型(面漆)和锐钛型(底漆和背漆),主要厂家有杜邦、日本石原、攀钛、无锡镇钛、豪普、山东东佳、裕鑫、河南百利联;
⑹酞菁蓝:15 ∶ 0 ~ 15 ∶ 3 为主,主要厂家有常州亚邦、江苏双乐等;
⑺分散剂:离子型和高分子型,离子型分散剂主要用于分散无机颜料,高分子型分散剂主要分散有机颜料。主要厂家有BYK、EFKA、AFCONA 等;
⑻流平剂:丙烯酸型和氟碳改性丙烯酸型,丙烯酸型流平剂主要用于背漆或者低线速涂料;氟碳改性丙烯酸主要用于线速大于60 m/min 的涂料;
⑼催化剂:封闭对甲苯磺酸、封闭壬基奈磺酸、封闭二壬基奈磺酸。底漆和背漆可用封闭对甲苯磺酸;面漆一般用封闭壬基奈磺酸或封闭二壬基奈磺酸。主要厂家有金氏、河北鑫恒、兴润、科润特;
⑽附着力促进剂:溶剂型树脂(含羟基、羧基、醚键等)、硅烷偶联剂、钛酸酯偶联剂,主要有德谦的ADP和常州涂料院的ADP;
⑾抗划伤助剂:有机硅流平剂、蜡粉、蜡浆,目前以苏威和三叶为主;
⑿消光助剂:消光粉、填料,主要厂家为山西天一和北京航天赛德;
⒀溶剂:100#、150#、200#、二甲苯、环己酮、DBE、PMA、异丁醇、正丁醇、丁酮等。

3 卷材涂料底漆设计方案
3.1 环氧改性聚酯底漆
3.1.1 设计方法
⑴确定颜基比。卷材底漆的P/B 为0.8 ~ 1.2,P/B越低,涂料的光泽度、附着力越好,P/B 越高,涂料的遮盖越好,但附着力、内应力差,综合起来选择,一般情况P/B 为1.0。
⑵主体树脂和氨基比例的确定。聚酯体系中,聚酯/氨基为1/5 ~ 1/8,底漆中树脂不能完全反应,留出部分羟基和面漆氨基反应,增加层间附着力;环氧体系中,环氧/氨基(或封闭聚氨酯)为1/3 ~ 1/5,环氧底漆对前处理和炉温的要求很高,配方设计和彩涂线生产尤其要注意控制好炉温。
⑶粉料的搭配。粉料的搭配主要考虑遮盖力和耐盐雾性能,耐盐雾性能主要以锌黄、锶黄为主,涉及到出口或环保要求较高的产品,采用磷酸锌或者三聚磷酸铝等环保型颜料;遮盖力主要依靠钛白粉来提升,有时可适当增加颜基比来改善遮盖力,增加涂布量。
⑷助剂的选择。分散流平类助剂选择要搭配好树脂和粉料,增加树脂和粉料之间的结合力和润湿性,增加研磨性和涂料上机状态。
⑸溶剂的搭配。溶剂为挥发成分,其主要作用是溶解和稀释,溶剂的设计以能溶解开树脂为主,同时考察溶剂的挥发曲线,合理搭配挥发区间,防止出现烘箱入口出现大量溢烟或烘箱内燃烧现象。

3.1.2 环氧改性聚酯底漆配方
环氧改性聚酯底漆配方见表1。

性能:T 弯2T ~ 3T,硬度3H,耐MEK 擦拭5 ~ 10次,冲击强度5 J,耐盐雾500 h;该配方的颜基比为1.0,聚酯树脂和氨基的比例为6 ∶ 1;脲醛树脂∶ 环氧树脂(40%)为1 ∶ 5;环氧树脂占总基料的11%;该配方上机的适应性很强,抗刮伤和硬度一般,属于通用型配方,适合各生产线使用。
3.2 环氧氨基底漆
3.2.1 设计原理
⑴环氧树脂属于比较脆、硬度比较高的树脂,氨基树脂也属于较脆较硬的树脂,两类树脂反应后柔韧性很差,但抗刮伤性能很好,所以环氧树脂要选择相对分子质量较大的树脂为主(如609),氨基树脂选择脲醛树脂,这样设计出来的配方T 弯很差,一般在4T 以上,且由于其柔韧性差,脲醛活性较高,造成彩板成品T 弯下降,容易出现压瓦爆裂或爆漆现象,在设计配方的时候,适当拼加一部分604 或者601 树脂,可改善其脆性,但同时又存在一个问题,可能出现黏辊,所以炉温设计很关键,出口温度不能太高。设计这样的配方以609 ∶ 604 ∶ 5265 为6.0 ∶ 2.5 ∶ 1.5。
⑵由于其上述特点,设计配方的时候将P/B 适当下降,设计P/B 为0.8,遮盖力适当下降,涂布量下降,抗刮伤性能提高。
⑶环氧树脂和脲醛树脂具有优秀的湿附着性能,其耐盐雾性能相对来说提高了很多,所以锶黄和锌黄的量可适当降低。
⑷环氧氨基体系因为其脲醛树脂的活性高,对生产线的炉温要求很高,炉温波动不能太大,否则将出现T 弯不稳定的现象。

3.2.2 环氧氨基底漆配方
环氧氨基底漆配方见表2。

性能:T 弯3T~4T,硬度4H,耐MEK 擦拭3 ~ 5 次,冲击强度5 J,耐盐雾700 h。该配方的氨基∶ 环氧树脂为1.0 ∶ 5.5;颜基比为0.8,粉料比树脂少,通过增加树脂的量来提高其柔韧性,但仍然不能改变环氧和氨基的硬、脆特点,加入部分604 来提高漆膜的柔韧性,可使T 弯达到3T,不过不能完全保证。脲醛树脂的活性很高,炉温很难控制,在基板处理不干净的情况下,很容易出现压瓦爆漆,所以在使用过程中要特别注意。

3.3 环氧聚氨酯底漆
3.3.1 设计原理
⑴由于上述环氧氨基底漆的众多缺点, 所以环氧聚氨酯底漆很好地弥补了环氧体系脆的弱点, 封闭型聚氨酯是在TDI 或者HDI 的基础上进行聚醚改性,同时用苯酚或者己内酰胺对两端进行封闭, 其封闭物在160 ℃解封和环氧树脂的环氧基团反应,增加了环氧底漆的柔韧性,根据试验和生产经验,环氧树脂和封闭聚氨酯为1 ∶(2 ~ 6),可根据生产线要求进行调整。
⑵该配方体系中封闭聚氨酯的质量很重要, 对原料的要求较高,TDI 或HDI 在常温下均可与环氧树脂反应,封闭不完全的情况下,环氧聚氨酯底漆可出现胶化现象。
⑶P/B 为1.0 时,防锈性能和遮盖性均非常好。

3.3.2 环氧聚氨酯底漆配方
环氧聚氨酯底漆配方见表3。

性能:T 弯2T ~ 3T,硬度4H,耐MEK 擦拭5 ~ 10次,冲击强度5 J,耐盐雾700 h。该配方的颜基比为1.0,聚氨酯和环氧树脂的比例为1 ∶ 4;配方中通过聚氨酯来改善环氧的脆性,提高了对基板的附着力,缓解了内应力,常规性能很好,T 弯可以达到2T ~ 3T,硬度4H 以上,抗划伤和耐盐雾性能优异。
3.4 聚酯聚氨酯底漆
3.4.1 设计原理
⑴在家电板体系中,因为涉及到部分结构出现对折,要求彩板能实现T 弯为0T,所以要设计出高相对分子质量的聚酯树脂,同时配合一定量的低相对分子质量的改性环氧,增加其附着力和硬度。
⑵聚酯聚氨酯底漆主要应用于家电体系,对环保要求很高,要求颜料无铬,符合出口标准等,所以选用环保型的磷酸锌和三聚磷酸铝作为防锈颜料,适当加一部分防锈助剂改善防锈效果。
⑶聚酯聚氨酯因其具有非常好的柔韧性,适当增加些氨基以提高其烘烤性。

3.4.2 聚酯聚氨酯涂料配方
聚酯聚氨酯涂料配方见表4。

性能:T 弯0T ~ 1T,硬度2H,耐MEK 擦拭5 ~ 10次,冲击强度5 J,耐盐雾400 h。该配方颜基比为1.0,氨基和聚酯比例为1.00 ∶ 4.33,并且辅助一定量的改性环氧和氨基,提高附着力和干燥效率,这里的聚酯树脂以直链为主,相对分子质量偏高,可实现T 弯0T,硬度2H。该配方主要用于家电板涂料底漆和氟碳涂料底漆。

3.5 总结
卷材涂料中底漆主要为上述4 类,各有各自的优势和缺点,须综合其特点以适应客户的要求,4 类底漆具体情况比较见表5。

4 卷材涂料背面漆
背面漆的主要作用是在背面起防护作用,背漆大多采用单涂层,要求较高时也有采用带底背漆的二涂层体系的。背漆一般涂膜较薄,在装饰性和户外耐久性方面要求不高,但要求具有良好的抗划伤性、抗黏连性和加工性,较好的耐MEK 擦拭和耐盐雾性能。背漆和底漆有很多类似之处,背漆主要考虑是做单瓦还是复合板,单瓦以聚酯为主,复合板以环氧为主,但在选择聚酯树脂的时候要注意,最好选择羟值在60 mgKOH/g 以上的聚酯,羟值太低,可能会出现黏胶不良现象。背漆的配方和底漆的配方类似,主要以调整氨基比例或树脂的活性来提高耐MEK 擦拭和附着力。
根据不同的使用环境对配方进行微调,即可达到要求,环氧改性聚酯背漆配方见表6。

性能:T 弯3T ~ 4T,硬度4H,耐MEK 擦拭80 次,冲击强度9 J,耐盐雾400 h,黏胶性能良好,贮存稳定性很好。该配方的颜基比为1.0,氨基∶ 聚酯树脂为1 ∶ 5,拼加25%的环氧609,可保证黏胶。
5 聚酯面漆
5.1 设计原理
⑴配方分成2 类,高温固化体系和低温固化体系。高温固化体系以聚酯树脂和六甲氧基甲基三聚氰胺(HMMM)为主体树脂,辅助一定的催化剂,其氨基和聚酯的比例一般为20/80 ~ 15/85;低温体系以聚酯树脂、HMMM、部分醚化氨基树脂为主,通过部分醚化氨基树脂的高活性,提高反应速率,其氨基和聚酯的比例一般为1/3 ~ 1/4。高温固化体系的的优点是耐老化,彩板贮存后的稳定性强;低温固化体系的优点是硬度较好,降低生产成本。
⑵聚酯面漆主要以白灰、海蓝、绯红为主,其颜基比分别为1.0、0.5、0.4。

5.2 聚酯面漆配方
聚酯面漆配方见表7、表8。

注:板温要求分别为210 ~ 232 ℃和199 ~ 210 ℃;性能:T 弯为3T,耐MEK擦拭100 次,下同。

6 卷材涂料生产过程中常见问题处理方案
6.1 细度达不到或返粗
⑴粉料自身细度达不到要求;换合适细度的粉料;
⑵分散剂选择不对;选择合适的分散剂;
⑶树脂的润湿性不够;增加树脂的润湿性;
⑷研磨浆的颜基比不对;改善颜基比;
⑸粉料中含水量太高;测量粉料的含水量;
⑹砂磨机中玻璃珠或锆珠比例、用量不对或受到磨损;换珠子或调整用量。

6.2 涂料增稠或假稠
⑴颜料具有触变性,形成假稠;选择合适的颜料;
⑵分散剂选择不对;选择合适的分散剂;
⑶吸油量大的填料过多;适当降低;
⑷体系的溶解力太弱;适当增加强溶剂;
⑸颜填料水分太高;树脂的润湿性太差。

6.3 涂料沉淀
⑴颜填料的密度太大;选择密度合适的进行搭配;
⑵所选择的颜料没有进行表面处理;
⑶没有使用防沉剂或选用不合适的防沉剂;
⑷涂料黏度太低;
⑸树脂润湿性太差,不能包裹颜填料;
⑹分散剂搭配不对。

6.4 浮色、发花
⑴树脂的润湿性不够;
⑵溶剂溶解力太强;
⑶分散剂选择不合适;
⑷添加一定量的防浮色发花助剂;
⑸调整黏度时,稀料不是在涂料搅拌状态下加入。

6.5 生产过程中气泡多
⑴加入一定量的消泡剂;
⑵加入一定量的异丁醇;
⑶生产过程中避免激烈搅拌;
⑷减少低表面活性助剂的用量。

6.6 成品常规性能不合格
⑴T 弯大:是否烤干;是否过烘;氨基比例是否正确;基板是否干净;钝化液是否太薄或太厚;
⑵耐MEK 擦拭不合格:是否烤干;是否过烘;基板是否干净;氨基比例是否正确;催化剂量是否足够;
⑶色差:膜厚是否正确;色浆是否加错;温度是否稳定;
⑷流平不好:流平剂是否加入;树脂之间的相容性如何;溶剂搭配是否合理;
⑸涂料无光泽:吸油量大的填料过多;树脂不相容;溶剂太弱;烘烤过度。

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