家电聚酯卷材涂料的研制

1前言
彩色涂层钢板是以镀锌(或镀锌铝)钢卷、冷轧钢卷或铝卷为基材,金属表面经预处理后得到化学转化膜,再涂上各种有机涂料的一种新型材料。它是一种复合材料,既有金属的机械强度和易成型性能,又具备有机材料的装饰性和耐腐蚀性等优点。卷材涂料的种类很多,主要有聚酯、环氧、聚偏二氟乙烯、乙烯基塑料、有机硅PE、丙烯酸(溶剂性或水性)及粉末PE等,前聚酯涂料占总的卷材涂料量的60%以上。彩色涂层钢板应用范围很广,主要使用于两个领域,即建筑及家电,其中建筑构件消耗量最大,而家电卷材使用的比例正逐年提高。建筑用彩色卷材要求能承受阳光、雨水、酸雨、冷凝水等的侵蚀,须具有突出的户外耐久性,同时,要求漆膜体现优异的加工成型性能。而家电板的外观要求高、漆膜T弯0—1T、硬度达到1—2H,同时具有较好的防腐性能。一据统计,欧洲彩涂钢板在家电行业的使用量逐年增加,,家电彩涂钢板占总彩涂钢板用量近9—10%。不同地区消费的产品对彩涂极要求不同,如亚洲地区冰箱侧板常采用高光泽浅色板,面板采用高光泽PCM板或VcM覆膜板,而欧美大部分采用的是低光PCM彩板或压花板。这样,既可增强钢板的强度,又可遮盖钢板的表面缺陷。随着彩涂钢板被家电企业所接受,对涂层的要求越来越高,特别是对T弯要求更高,要求T弯由原2—3T提高到0一1T,且无裂纹。本文通过面漆用聚酯树脂的合成与研究,在树脂中引入BEPD,从而达到改善T弯的要求,并达到综合的性能要求,本文采用聚氨酯底漆作为配套的底漆。

2实验部分
聚酯卷材面漆主要成膜物质是聚酯树脂,聚酯树脂的性能直接影响到聚酯漆的性能。本文的要点是合成高性能的聚酯树脂,并通过合理的配方设计,达到家电用卷材面漆的要求。
2.1主要原料
2一丁基一2一乙基一1.3一丙二醇(BEPD),进口;新戊二醇(NPG),进口;各种多元酸,进口;溶剂、助剂、耐温颜料等等。
2.2聚酯树脂的合成
聚酯树q旨是由多元醇与多元酸在催化剂的存在下加热反应脱水,最终得到所需的高分子聚酯树脂。其反应式如下:

卷材用聚酯树脂必须满足卷材高速涂装的要求,即在极短的15~25s内固化,并能承受过烘烤对漆膜及色差的影响,表现出良好的柔韧性和硬度的平衡
本文通过不同的多元酸、多元醇组合及配方设计,并经制漆后,测试漆膜的机械性能和防腐蚀性,最终T弯达到0一1T、硬度为1—2H的各色性能俱佳的聚酯卷材面漆,并且无明显裂缝。按不同
NI:)G/BEPD的比例和多元酸组成6种配方进行了树脂合成,其组成(以mol计)见表1,聚酯的物理指标见表2。

2.3涂料配制
聚酯卷材涂料面漆的主要成膜物质为专用的聚酯树脂和HMMM氨基树脂,其反应式如下:

其中:R-H,烷基,R’——聚酯树脂分子
在高温及催化剂的存在下,上述反应要求很快发生,以便加速达到完全固化的目的,但同时也存在氨基树脂自身的缩聚反应。设计配方时,应考虑卷材高速涂装时所需要的快速固化和高剪切力对流平影响等因素,必须选择正确的氨基比、合适的溶剂、适当的固化促进剂以及其它添加剂,以达到卷材涂装的工艺要求。由于彩涂钢板需高温烘烤,并且要求相当高的色差要求,所以除了对成膜物质耐黄变要求外,在很大程度上受颜料的影响,所以选择颜料时,必须考虑颜料的耐温性、遮盖力和防腐性等问题。上述合成的树脂按表3组成配制成涂料(以白色涂料为例)。

2.3.1制漆工艺
制漆的工艺流程如下:

2.3.2样板的制备
本产品制备样板的基材是电涂锌板,经表面处理后,涂上我厂生产的专用聚酯家电底漆,然后再涂由树脂1至树脂6所配制的聚酯卷材面漆,经25s的烘烤固化,使样板的PMT达到为232—241ºC,然后测试其性能。
2.3.3漆膜性能对比
对上述方法制备的样板,测试其性能指标,数据如表4所示。

2.3.4老化试验测试
从表4的数据可知,树脂6所配制的聚酯卷材涂料漆膜物理指标达到或超过了家电用彩钢板的要求,对其样板进行500h盐雾测试,未产生气泡、锈蚀。

3结果与讨论
聚酯树脂是家电卷材涂料常用的基料,我们可利用聚酯树脂中各种多元酸和多元醇的组成和比例不同,制得性能各异的符合各种卷材要求的聚酯树脂。本文在聚酯树脂中引入BEPD的特殊烃基侧链结构,通过对聚酯树脂组成物的调整,不仅降低了聚酯树脂的粘度,且达到了漆膜柔韧性和硬度的平衡,并保持优异的防腐蚀性能。
3.1 BEPD与NPG不同比例对树脂粘度的影响
从表2的数据可以看出,随着BEPD在聚酯树脂中的对NPG比例的提高,其树脂在溶剂中的粘度呈很明显下降趋势,因而使配制高固体的聚酯卷材涂料面漆成为可能,这同样对研制罐听涂料具有很好的使用价值。当用BEPD部分替代树脂中的NPG时,树脂中引进了长链的侧链结构,从而使树脂的溶解范围变宽,与烃类溶剂的相容性较好,在减少含氧的醚类溶剂的情况下,树脂也不会产
生结晶而析出。通过高固体低粘度树脂的合成,保证了漆膜的丰满度和光泽,从而达到了家电板所需要的外观。
3.2 BEPD的引入对耐溶剂性能的影响
卷材涂装要求漆膜迅速固化(约25s左右,PMT224~241℃),所以必须考虑其固化速度。由表4的耐甲乙酮100次来回擦拭的性能中看出,除树脂2外,其余树脂的漆膜均通过了MEKl00次擦
拭。而树脂2仅是在树脂1的基础上增加一部分的己二酸,与树脂6相比较,树脂6是用25%的BEPD代替了NPG,其耐溶剂性就通过了100次。从本文的研究发现,当BEPD/NPG的比例为0.25/0.75时,并且加入一定过量的直链脂肪族的多元酸改性,漆膜的综合性能得到了不同程度的提高,达到了柔韧性与硬度的平衡,并且不影响漆膜的固化速度。
3.3 BEPD与NPG不同比例对产品柔韧性的影响
从表4的T弯指标发现,在树脂中随着BEPD含量的提高,漆膜的柔韧性有相应的提高,当探索与研究BEPD/NPG比例为0.6/0.4时,T弯也能提高到lT。但当我们应用BEPD和柔韧性成分己二酸配合使用时,得到了综合性能俱佳0一1T的聚酯树脂涂料,而原材料成本没有明显提高。而用更廉价的过量己二酸改进漆膜的柔韧性时(如树脂2),由于不能很好地解决柔韧性、硬度和耐溶剂性的平衡,而未能获得成功(耐MEK和硬度达不到家电用的要求)。
3.4 BEPD与NPG不同比例对漆膜硬度的影响
由表4我们得到了有趣的硬度测试结果,即在聚酯树脂中引入BEPD后,其在改善柔韧性的同时,并提供了一定的硬度,但当BEPD超过一定的比例后,其硬度不再增加,当达到0.6/0.4的BEPD/NPG比例时,其硬度反而下降。通过实验发现,当BEPD/NPG的比例为0.25/0.75时,硬度达到较高值,我们利用该特点,在该比例下使用BEPD与一定过量的直链脂肪族多元酸配合使用,获得了柔韧性为0T、硬度较好的漆膜。

4结束语
本文通过在聚酯树脂中引入BEPD以替代部分的NPG,改善了涂膜的T弯,降低了体系的粘度,并保持了相应的硬度和耐腐蚀性,同时把BEPD与一定过量的直链脂肪族多元酸配合使用,研制出0一lT的聚酯树脂,满足了卷材涂料越来越高的T弯要求,而成本无明显的变化。当然,作为家电用彩色涂层钢板,还需考虑抗清洁剂、漂色蒸汽、食物试验等要求,本文将不作详细介绍。

发表评论

您的电子邮箱地址不会被公开。 必填项已用 * 标注