GK-570树脂在卷材涂料中的应用

0 引言
预涂卷材是将成卷的金属薄板涂上涂料后,以成卷或单张出售的有机材料/ 金属复合材料,又称有机涂层钢板、彩色钢板等。用户可直接将它加工成型,制成各种产品或部件,而不需再进行涂装,大大简化了金属薄板制品的生产工艺。预涂卷材选用的基材一般为0.2~2 mm 厚的金属带材,最大宽度可达2 m,主要是冷轧钢板、镀锌钢板和铝板,或不锈钢板、镀锡钢板或其他金属薄板。预涂卷材于20 世纪30 年代出现在美国。最早是用醇酸树脂漆涂装厚0.2 mm、宽50 mm 的钢带,用来代替木板作百叶窗的窗板。第二次世界大战后,为修复战争创伤,促成了建筑业的兴旺。以此为契机,预涂卷材作为轻型、价廉的建筑材料而得到很大的发展,同时随着战后的经济复兴,科学技术的进步又给预涂卷材的发展提供了物质和技术基础。

1 卷材涂料发展历程
第二次世界大战后不久,住宅、商业和工业建筑的增长很快,拉动建筑构件,如铝披迭板、屋顶和窗框板应用迅速增长。涂料制造商首先开发了内用铝窗和住宅披迭板用的醇酸树脂型卷材涂料,采用无底漆的一涂工艺,色牢度、保光性和耐粉化性基本满足当时的要求。之后于20 世纪50 年代为提高耐候性和柔韧性,开发了溶剂型乙烯基涂料,尽管在相对低温下易于固化,但施工性和耐溶剂性较差。60 年代,单涂和两涂热固性丙烯酸涂料进入住宅披迭板和预涂建材市场,后者的防腐性能有所改进。同一时期,也有采用聚酯涂料体系替代丙烯酸涂料体系的,但前者固化温度比丙烯酸涂料更敏感。从耐候性看,无论丙烯酸涂料或聚酯涂料均有限,所以开发了有机硅改性聚酯涂料,光泽和保色性均获得提高,但要获得更明显的效果,需增大涂料中有机硅用量,因而降低了产品的整体柔韧性。

用于建筑领域的第一代氟聚合物是聚氟乙烯(PVF),出现于20 世纪50 年代,如DuPont TEDLAR,其氟含量较高,属于热熔型氟聚合物,但其分解温度太接近实际用于工业涂装线上的PVF 有机溶胶的“熔融温度”。60 年代,第二代热熔型氟聚合物涂料,即聚偏氟乙烯(PVdF)涂料开始广泛商业性应用,代表品种是Elf Ato 公司的Kynar 500。80 年代中期,美国Ausimont(现在的Solvay Solexis)成为该技术的第二家主要供应商,商品名Hylar 5000。已证明PVdF 涂料具有25 年以上的使用寿命,主要用于铝塑板卷材辊涂涂装和铝挤出型材及板材喷涂涂装。PVdF 涂料的成膜性能较差,所以往往加入丙烯酸树脂(热塑性丙烯酸树脂和/ 或热固性丙烯酸树脂)进行改性,丙烯酸树脂的加入量需低于30% 才能达到25 年以上的耐候性。热熔型氟涂料只能获得低光泽(<50,60° 光泽计测量),往往色彩单调,为土色调,因而限制了其应用范围。

为了进一步提高氟涂料的装饰性,使之能形成溶液,人们开始研究带官能团,如带-OH 和-COOH 的含氟树脂。大金公司开发出FEVE 共聚树脂GK-570,可配制常温固化氟涂料,用于卷材和铝型材的喷涂涂装,大大拓展了应用范围,而对于涂装的颜色、光泽也有更宽的选择范围。

2 不同类型树脂配制的卷材涂料比较
聚酯树脂、PVdF/ 丙烯酸树脂、GK-570 树脂配制卷材涂料的性能对比见表1。
表1 聚酯树脂、PVdF/ 丙烯酸树脂,GK-570 树脂配制卷材涂料的性能对比

由表1 可见:GK-570 树脂配制的卷材涂料,烘烤工艺与聚酯涂料相同,较PVdF/ 丙烯酸涂料烘烤温度低且烘烤时间短;GK-570 树脂配制的卷材涂料,铅笔硬度与聚酯涂料相同,可达2H,较PVdF/ 丙烯酸涂料的H 高;GK-570 树脂配制的卷材涂料与聚酯涂料均可做到从低光到高光的全光泽,而PVdF/ 丙烯酸涂料的光泽一般只有40 上下;GK-570 树脂配制的卷材涂料与PVdF/ 丙烯酸涂料一样具有优异的耐候性和耐腐蚀性;在其他性能方面,GK-570 树脂配制的卷材涂料与聚酯涂料和PVdF/ 丙烯酸涂料一样都能满足客户的要求。

3 应用实例
3.1 在卷铝涂料中的应用实例
目前高性能铝塑板涂料主要选用PVdF 卷铝涂料,客户希望能在原有的基础上再开发一种高光、具有150℃防烫伤功能的外墙装饰板材,最终决定在现有的PVdF 涂料上再涂一层GK-570 树脂清漆,使得铝板能够满足性能要求。为此,我们进行了一系列基础性能试验,见表2。
表2 某些常用溶剂对涂料性能的影响

表2 为4 种常用溶剂对清漆性能的影响试验,主要测试这些溶剂是否会对涂膜性能产生不良影响。由表2 可见:使用这4 种溶剂配制试样的性能基本都能满足要求,只有DBE 和S-150 在烘烤50 s 时的耐MEK 擦拭性略有不足,可能是因为溶剂沸点较高,导致涂膜烘烤固化不完全所致。为了测试DBE 和S-150溶剂对涂膜性能的影响,进行进一步试验,试验结果见表3。
表3 DBE 和S-150 对涂料性能的影响

由表3 可见:只要烘烤时间足够(100 s 为客户指定的烘烤时间),这2 种溶剂配制涂料的性能完全满足客户的要求,只是在温度超过250℃时,涂膜有一些轻微的黄变现象产生。
催化剂用量对涂料性能的影响见图1 和图2。

由图1 可见:涂膜的黄变性与催化剂用量几乎没有关系,仅与烘烤温度有关,烘烤温度在240℃(PMT224~232℃)以下时,涂膜黄变的Δb 值在1 以下,肉眼较难看出变化。需要指出的是:虽然随着温度的升高,涂膜有一些黄变现象产生,但是这些黄变并非树脂本身引起的,而是涂料中的溶剂在高温烘烤时的黄变所致。GK-570 树脂是一种很稳定的树脂,在这种烘烤条件下不会产生任何异常情况。由图2 可见:清漆中不添加催化剂时,涂膜的耐MEK 擦拭性与烘烤温度有很大关系,温度较低时涂膜无法完全交联固化,耐MEK 擦拭性较差;加入适量催化剂后,涂膜即使在260℃(PMT<204℃)的烘烤温度下,耐MEK 擦拭性也能达到100 次以上。
经上述一系列实验,确定了卷铝涂料的最终工艺参数(表4)。
表4 卷铝涂料的工艺参数

3.2 在卷钢涂料中的应用实例
某卷钢涂料生产商使用GK-570 树脂开发了一种白色卷钢涂料,在某汽车4S 店屋顶使用。该涂料的施工工艺和性能测试结果分别见表5 和表6,完全满足客户要求。
表5 卷钢涂料施工工艺

4 结语
通过上述两个实例可以看出:GK-570 树脂配制的涂料具有与聚酯涂料一样的高光泽,以及与PVdF 涂料一样的优异耐候性和耐腐蚀性,并且GK-570 树脂配制涂料的机械性能和耐化学品性完全能满足客户的要求。相信GK-570 树脂能够得到更多的应用。

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