彩涂板用环氧底漆的研制

彩涂板用环氧底漆的研制

刘永国1, 马文江2, 贾培培1, 刘杰民1, 范慧俐1
(1.北京科技大学化学系,100083;2.北京科技大学数学力学系,100083)

1 引 言
随着彩涂板工业的迅猛发展,开发性能优异的彩板涂料以满足产品高级化和多样化需求,成为国内外研究的热点。其中配制具有良好的附着力和柔韧性,以及与面漆良好配套性的底漆对提高彩板涂料的性能是至关重要的。
但由于国产卷材用涂料在品种和质量上均落后于国外产品,致使我国生产商在生产彩板时,不得不采用价格高昂的进口涂料,因而大大地影响我国彩板业的发展[1~2]。由于影响因素多,底漆的配制是一个复杂的过程。本文采用正交实验法确定各个因素对环氧底漆性能的影响,从而用较少步骤合理地确定出最佳配方,所制得漆膜具有明显的硬度和耐溶剂性的优势,同时附着力性能也极佳。

2 实验部分
2.1 实验原料(见表1)

2.2 正交实验设计
选取颜基比、交联剂用量、催化剂、消泡剂、降低表面活性助剂、湿润分散剂六种影响因素,每个因素选取四个水平,因素水平见表2,考察各因素对漆膜性能的影响。
实验中通过计算出极差,考察各因素对不同指标的影响,结果见表3。

由表3 可以看出:各因素中颜基比、交联固化剂用量及催化剂用量对四个指标的影响均较大,需要进一步详细考察。

2.3 配方的确定
2.3.1 交联固化剂用量的确定
实验中选择的交联固化剂是脲醛树脂S M -5265,由表3可以看出:交联固化剂用量对漆膜的附着力影响最大、对弯曲和耐MEK 擦拭性能也有较大影响,对漆膜硬度无明显影响。
图1是不同交联固化剂用量对漆膜性能部分性能的影响。
图1 为了能将指标便于直观显示于同一坐标系中,特将性能指标均值处理如附着力:均值取倒数×2.5;耐MEK 擦拭:均值/10;硬度:保持不变;弯曲:3/ 均值,所得指标越大越好。从图1可以看出,四种用量对硬度的影响不明显(均值都为5.0);交联固化剂用量10% 时附着力最好(均值达到了0.3),耐MEK 擦拭性能相对较差一些,弯曲性能较好;15%时除了硬度和其它三水平相同外,其它性能都较差;20% 时耐MEK 擦拭性能和弯曲性能都最好,附着力一般(均值1.3);25% 时漆膜的耐MEK 擦拭性能和硬度最好,另外两种性能较差。考虑到彩板的可加工性选择交联固化剂用量20%。
2.3.2 颜基比的确定
正交实验可得到颜基比对漆膜性能有明显影响[3~6],对硬度和弯曲性能影响最大,对耐MEK 擦拭和划格附着力的影响次之。图2是不同的颜基比对漆膜性能的影响(注:指标数值处理同图1)。
由图2 可以看出:颜基比为0.5 时,除附着力性能优异外,其它三个性能均相对较差;颜基比为1 . 0时,性能表现均不理想;颜基比为1.5时耐MEK 擦拭性能和硬度都很理想,但附着力和弯曲性能相对较差;颜基比为2.0 时除附着力表现稍差外,其它性能均很好。综合考虑后,确定颜基比为2.0。

2.3.3 催化剂用量的确定
实验显示,催化剂用量对漆膜性能也有很大的影响,其中对漆膜的耐MEK 擦拭性能影响最大,其次对漆膜的附着力、硬度也有很大影响,对漆膜的柔韧性有一定影响,见图3。

由图3(注:指标数值处理同图1)可以看出:在未用催化剂时,除了附着力较理想外,其它的性能都相对较差;催化剂用量1% 时除了附着力较差外,其它性能都较好,在催化剂用量为3%时漆膜硬度最高,附着力稍差,5% 时漆膜附着力性能最差。附着力可以通过使用附着力促进剂加以改进,综合平衡考虑确定催化剂用量为总基料1%~3%。

2.3.4 助剂的确定
助剂的使用对漆膜的机械性能影响相对较小,但对漆膜的其它性能如表面性能等有一定影响。消泡剂:由正交实验分析中可以看出:漆膜的表面性能显示BYK - 057 比BYK - 055 更好。而且漆膜的表面情况也没有明显劣势,只是用量还需要进一步的调整。进一步实验结果见表4。

所以消泡剂选用BYK - 057,用量为总配方的0.6%。
湿润分散剂:通过实测各项指标显示:BYK -163 比BYK - 110 要好一些,故选择BYK - 163 作为湿润分散剂。
强力降低表面张力的有机硅表面助剂:从实测的各指标来看,BYK - 310 除了在漆膜硬度方面稍差一点外,其它性能方面都优于BYK - 306。故综合考虑选择BYK - 310。
为了消除实验中表现出的附着力稍差的情况,对强烈降低表面张力的有机硅表面助剂的用量做了进一步的实验。通过平行四个实验,BYK - 310 对漆膜性能的影响用量为0.2%、0.25%时,漆膜附着力为0级,表面有缩孔,0.15%为最佳。

2.4 配方确定及漆膜性能测试
得到环氧底漆配方:环氧树脂100 份;交联固化剂脲醛树脂20 份;颜料,钛白+ 磷酸锌+ 硼酸锌(2/ 1 / 1),颜基比为2.0;催化剂,BYK - 450,用量为总基料的1%;消泡剂,BYK - 057,用量为总配方的0.6%;湿润分散剂BYK - 163,用量为总配方的5%;调整BYK - 310 的用量为总配方的0.15%。
依照上述配方配得涂料与聚酯面漆配套制得漆膜,测其性能指标见表5。由表5 可以看出制备的环氧底漆具有明显的硬度和耐溶剂性能,同时附着力性能也极佳。

3 结 语
采用正交实验法确定各个因素对环氧底漆性能的影响,通过进一步的考察,用较少步骤合理地确定出最佳配方,制得漆膜具有明显的硬度和耐溶剂性的优势,同时附着力性能也极佳。

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