卷材涂料的種類及其性能研究

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摘要：用于卷材的涂料除了對(duì)涂料的常規(guī)性能有要求外，對(duì)制成的彩涂板也必須要經(jīng)得住從加工到制成品無漆膜問題以及要適應(yīng)快速運(yùn)轉(zhuǎn)的卷涂流水線上的涂裝要求，包括底漆和面漆以及背面漆等，由于對(duì)這些涂料的要求各有不同，現(xiàn) 　　用于卷材的涂料除了對(duì)涂料的常規(guī)性能有要求外，對(duì)制成的彩涂板也必須要經(jīng)得住從加工到制成品無漆膜問題以及要適應(yīng)快速運(yùn)轉(zhuǎn)的卷涂流水線上的涂裝要求，包括底漆和面漆以及背面漆等，由于對(duì)這些涂料的要求各有不同，現(xiàn)在就此對(duì)底、面漆作一淺顯的論述以供讀者鑒評(píng)。
　　
　　1卷材底漆
　　
　　卷材底漆里用得最多的品種是環(huán)氧底漆和聚酯底漆(聚酯-氨基底漆和聚酯-聚氨酯底漆)，此外還有水溶性丙烯酸底漆，這些底漆的特色如下：
　　
　　(1)環(huán)氧底漆：與底材的附著力良好，耐水、耐堿、耐化學(xué)腐蝕性能佳，但其柔韌性不及其它底漆。
　　
　　(2)聚酯-氨基底漆：與底材的附著力好，柔韌性優(yōu)，但對(duì)潮濕環(huán)境較敏感，耐化學(xué)腐蝕性不及環(huán)氧底漆。
　　
　　(3)水溶性丙烯酸底漆：對(duì)底材的附著力良好，很好的柔韌性，含有機(jī)溶劑少，低溫固化，但不宜在潮濕環(huán)境下貯存，預(yù)處理要求高。
　　
　　(4)聚氨酯(聚酯-聚氨酯)底漆：耐化學(xué)腐蝕性、耐摩擦性、耐久性和柔韌性均好。
　　
　　環(huán)氧底漆所采用的環(huán)氧樹脂基于雙酚A型的E-06或E-03，當(dāng)今的卷材用環(huán)氧底漆配方與早期的配方主要差別就在于它的二氧化鈦含量較低，并采用更安全的溶劑，而其制約因素是價(jià)格。隨著技術(shù)不斷進(jìn)步，卷材流水線線速度增加而屯留時(shí)間(在烘房內(nèi)的時(shí)間)就減少，因而在烘房里的時(shí)間就決定于線速度。對(duì)某一已知線速度來說，只有2種可能的方法來增加熱輸入：第一種方法是增加烘房的溫度；第二種方法是將烘房放長，這樣就增加了在烘房里的時(shí)間。然而，在大多數(shù)情況下經(jīng)濟(jì)上并不適用，因此必須對(duì)底漆的反應(yīng)速率加以改進(jìn)，但對(duì)于卷材二面來說，面漆涂布輥在底漆到達(dá)涂漆器不久就與此卷材相接觸，這是一個(gè)很普遍的實(shí)際操作，故而所遭遇到的一個(gè)問題就是著即退出烘房后時(shí)的漆膜嫩度。當(dāng)?shù)灼峤?jīng)過隨后的導(dǎo)輥和貯存器時(shí)，固化不足的涂層就會(huì)被扯去并落在輥?zhàn)由?，為了克服這一問題，就需要增加脲醛樹脂。此對(duì)其柔韌性的降低并不顯著，而用價(jià)格較貴的三聚氰胺-甲醛樹脂代替脲醛樹脂來與環(huán)氧結(jié)合不會(huì)有好處。
　　
　　為了降低原材料成本，現(xiàn)在的底漆中二氧化鈦的含量要比以前顯著減少。為了改善底漆在較高流水線速度下的施工性，還要將其粘度降低，但這就增加了顏料沉結(jié)的問題，尤其是鉻酸鍶類。降低了不透明底漆中顏料在上層的分布就會(huì)產(chǎn)生昏暗顏色底漆層，致使亮色調(diào)調(diào)配更加困難。為克服這個(gè)問題，需要將防沉降劑加到配方里，這包括疏水性熱解法二氧化硅，它不僅有助于防止沉降，而且還對(duì)底漆的防銹性能有幫助。對(duì)鉻酸鹽化環(huán)氧底漆所導(dǎo)致的上述問題迄今還沒有從經(jīng)濟(jì)上找到滿意的解決辦法。
　　
　　當(dāng)環(huán)氧底漆與聚偏氟二烯面漆一起使用時(shí)，必須對(duì)此面漆配以顏料。要特別加以小心，因?yàn)榉酆衔锶缭诨侠锖繛?0%的話，則就會(huì)透過紫外線。因此這種涂料必須仔細(xì)配以顏料以便堵住紫外線的傳遞，否則會(huì)到達(dá)底漆而引起粉化，造成隨后的層間附著力問題。現(xiàn)已為涂裝聚偏氟二烯面漆配制成基于環(huán)氧和酚醛樹脂的專用底漆，以便為耐“酸雨”環(huán)境之需。
　　
　　對(duì)于卷材除熱浸鍍鋅鋼板外，還有一些替代底材，如在鋼上的犧牲鍍層如鋅一鋁合金之類，對(duì)此要求在底漆配方里增加鉻酸鍶的用量以便維持良好的防腐蝕性，尤其在裸露的切割邊四周上。
　　
　　然而鉻酸鍶當(dāng)今被認(rèn)為對(duì)健康有潛在的危害性。盡管卷材涂料的輥涂方法消除了噴涂漆霧，但對(duì)必須進(jìn)行加工含該金屬的涂料制造依然有潛在的危害，而卷材涂裝底材在其使用期滿時(shí)的處置也是值得考慮的問題。作為鉻酸鹽的替代物，人們做了大量工作，從而開發(fā)了離子交換型二氧化硅，對(duì)此還需要現(xiàn)場試驗(yàn)以驗(yàn)證其實(shí)際效果。一種溶膠一凝膠涂料也已進(jìn)入了人們的視線。這種20世紀(jì)70年代開發(fā)的產(chǎn)品現(xiàn)已在包括航空涂料底漆在內(nèi)的許多領(lǐng)域里得到應(yīng)用。它在航空涂料底漆里主要是替代鉻酸鹽顏料，這項(xiàng)技術(shù)也將用于卷材涂料底漆里。這種涂料與金屬等廣范圍的底材均有很好的附著力，能形成非常致密而牢固的氣密性涂膜，有較高的顯微硬度、耐沖擊性、柔韌性、耐腐蝕性和耐磨性等。它一般是由烷氧基有機(jī)硅或元素周期表中Ⅲ、Ⅳ、V族中的一些元素的烷氧基化合物或其它副族元素的。無機(jī)鹽類，含此組成部分的成膜物質(zhì)溶于一些脂肪族醇類的溶劑中，在酸類催化劑作用下可水解聚合成透明膠體分散體，配以填料和助劑能固化成氧化物涂膜，并可采用包括輥涂在內(nèi)的各種方法施工。
　　
　　再回到環(huán)氧樹脂底漆上，雖然它以耐腐蝕性和附著力見勝，但柔韌性不足，在卷材涂料中常用拼混的方式來改善，由于聚酯底漆和聚氨酯底漆以柔韌性見長，所以改性物多采用此。
　　
　　當(dāng)然這并不是說除環(huán)氧底漆外其它的底漆都不應(yīng)加以考慮，例如由于用途的關(guān)系像家用電器和彩鋼板對(duì)柔韌性要求很高，則采用聚酯底漆之類的可能性就比較大。
　　
　　現(xiàn)在有一個(gè)動(dòng)向并已付諸實(shí)施，即在全世界許多卷材涂裝流水線上在使用所謂“通用型底漆”。它經(jīng)濟(jì)有效，對(duì)底材有優(yōu)良的附著力，且對(duì)各種不同類型的涂層有良好的層間附著力，并能適應(yīng)加工成型的要求，而這種底漆是屬于聚氨酯一類的。
　　
　　2卷材面漆
　　
　　在卷材涂料用面漆中，聚酯樹脂涂料是用量最大的品種，其一般所用固化劑為三聚氰胺樹脂。近年來，人們利用這類樹脂在漆膜中的不均一性技術(shù)以提高其性能。如對(duì)低羥基的聚酯樹脂，采用甲醚化程度高的低相對(duì)分子質(zhì)量甲醚化三聚氰胺樹脂，通過胺揮發(fā)并由酸觸媒中和經(jīng)烘烤成涂層。在烘烤過程中，三聚氰胺樹脂在涂膜表面附近產(chǎn)生選擇性自縮合反應(yīng)，結(jié)果在烘烤后涂膜中三聚氰胺樹脂的濃度從內(nèi)部向表面急劇升高，導(dǎo)致涂層中甲醚化三聚氰胺樹脂由表及里的濃度分布差，即在涂層表面濃度高，而內(nèi)部低，造成涂層表面硬度或耐污染性高，內(nèi)部加工性優(yōu)良，由此制成的卷鋼板可廣泛用于冰箱、洗衣機(jī)、空調(diào)裝置室外機(jī)座等方面。對(duì)聚酯樹脂與丁醚化三聚氰胺樹脂混合體系來說，則會(huì)因表面能低的丁醚化三聚氰胺樹脂在涂層表面上形成高濃度區(qū)，造成耐污染性提高而粘結(jié)性降低。如果將分子內(nèi)有剛性成分和柔性成分并存的特殊樹脂與聚酯樹脂混合的話則同時(shí)能提高伸長率和抗張強(qiáng)度，由此可開發(fā)出涂層加工性好和硬度高的卷材涂料。漆膜的形態(tài)學(xué)控制技術(shù)，如控制漆膜表面的形狀可獲得光澤低的亞光外觀。作為具有圖案花紋感的技術(shù)，往往在涂膜中添加樹脂球或無機(jī)拌合料，從而使漆膜形成物理性凹凸結(jié)構(gòu)。但在涂料中添加硬質(zhì)材料會(huì)使其加工性降低，其表面細(xì)小的凹凸形狀易藏垢納污，降低了耐污染性。為此，在涂層表面上進(jìn)行過分交聯(lián)而造成漆膜收縮，在不降低加工性或耐污染性的前提下產(chǎn)生亞光感或軟觸感觀，不用拌合料樣的助劑可使漆膜形成凹凸而不會(huì)降低加工性。最近開發(fā)成功的涂料在烘烤過程中通過控制涂料的流動(dòng)可形成mm等級(jí)的凹凸形狀。如在底漆涂料烘烤時(shí)配以熔融的拌合料，則在底漆涂層里由于大多數(shù)樹脂的表面自由能差而產(chǎn)生mm等級(jí)的凹凸，在其上涂裝面漆時(shí)就能獲得桔皮狀外觀，其凹凸的高度和峰可自由控制，可模擬與粉末涂裝或電泳涂裝同樣的外觀。還有在面漆涂料烘烤過程中配以熔融的特殊結(jié)晶性樹脂球，由于表面張力的作用就會(huì)形成凹凸，這樣樹脂球直接涂布后由于其低表面張力就浮在涂層表面，在此球的周圍就形成隆起0.1mm等級(jí)的凸部，在烘烤過程中球熔融而失去結(jié)晶性，由于表面張力上升而沉于涂層中，同時(shí)0.1mm等級(jí)的凸部融合成mm等級(jí)的凹凸。采用此技術(shù)制作成的鋼板可廣泛用于冰箱、洗衣機(jī)、空調(diào)裝置的室外機(jī)座等方面，用該技術(shù)所制成的涂層顏色或凹凸程度、峰的變化及其外觀變化能有千變?nèi)f化無數(shù)種。
　　
　　對(duì)聚酯樹脂本身也有更新的技術(shù)，一般采用不同Tg的混合類型，還有對(duì)聚酯樹脂的組成選擇耐候性的組分，更使人叫絕的是在聚酯樹脂中導(dǎo)入位阻胺光穩(wěn)定劑，以此來提高涂層的耐候性，有此種結(jié)構(gòu)的聚酯樹脂再配以紫外線吸收劑以及相適應(yīng)的交聯(lián)劑，制成的涂層耐候性十分接近于氟樹脂涂料，更在有機(jī)硅改性聚酯之上，這種涂料可用于戶外用建材方面。
　　
　　在現(xiàn)代聚酯卷材涂料配方里，所用的固化劑除了氨基樹脂外，還加一些封閉型異氰酸酯。其原因是，這些異氰酸酯含氫，易在體系里受氫鍵作用而形成微膠結(jié)構(gòu)，這對(duì)于卷材涂料需要有相當(dāng)?shù)目杉庸ば阅軄碚f是很適應(yīng)的。因?yàn)橐坏┚聿耐苛鲜芗庸ぷ饔昧r(shí)，這些微膠結(jié)構(gòu)就可起緩沖作用，從而抵消了一部分作用力，使體系維持良好的狀態(tài)。
　　
　　聚酯面漆以外，卷材涂料面漆系統(tǒng)用得最多的是PVC塑溶膠，聚偏氟乙烯居次，而聚氨酯／聚酯系統(tǒng)卻在與年俱增，是這些系統(tǒng)里增長最快的品種，這是基于：
　　
　　(1)當(dāng)聚氨酯／聚酯系統(tǒng)與顆粒狀聚酰胺相結(jié)合時(shí)可產(chǎn)生有立體花紋的、高度耐磨性涂層(其單道涂層和2道涂層系統(tǒng)具有20～25μm厚度)。
　　
　　(2)作為厚涂層或多道涂層系統(tǒng)時(shí)可產(chǎn)生堅(jiān)韌和柔性系統(tǒng)，可代替PVC和聚偏氟乙烯多道系統(tǒng)(50～100μm總厚度)。
　　
　　(3)系包覆金屬和屋面用卷材的高耐久性面漆(一般厚度為20～30μm)。
　　
　　(4)鑒于其堅(jiān)韌、耐磨，在20μm厚度時(shí)可替代淺色聚偏氟乙烯。
　　
　　(5)在家用電器產(chǎn)品中能提供可加工性、硬度和水解穩(wěn)定性之間的優(yōu)異平衡。
　　
　　(6)在用于汽車領(lǐng)域時(shí)，其優(yōu)點(diǎn)是深沖適應(yīng)性和高膜厚。
　　
　　(7)對(duì)于商用車輛、旅行拖車用包覆金屬和家電來說，其優(yōu)異的印刷適應(yīng)性和吸墨性有助于作標(biāo)志漆。
　　
　　然而，封閉型聚氨酯系卷材涂料也存在著若干不足。當(dāng)流水線烘烤過程中在達(dá)到脫封溫度時(shí)，裂解的封閉劑揮發(fā)并冷凝就會(huì)留在流水線上。由于流水線速度快，無法清理，日積月久，沾污在流水線上的封閉劑之類物質(zhì)就會(huì)跌落在涂裝線上而造成產(chǎn)品質(zhì)量和外觀受損，對(duì)此現(xiàn)在還沒有拿出好的解決辦法。聚氨酯涂料還有一個(gè)問題是，如果在烘房里溫度沒有加以嚴(yán)格控制，就會(huì)在過度的烘烤溫度下相當(dāng)迅速地變色(甚至出黑煙)并分解。
　　
　　用于聚氨酯面漆的多異氰酸酯類型有H12MDI預(yù)聚體、IPDI異氰脲酸酯、HDI縮二脲和HDI異氰脲酸酯等。而所使用的封閉劑有ε-己內(nèi)酰胺、丁酮肟、二甲基吡唑、丙二酸二乙酯等。多異氰酸酯的反應(yīng)對(duì)象中，二元或多元醇類用得最多，這包括飽和聚酯、丙烯酸類、酚醛類類型，這樣的多元醇類結(jié)構(gòu)對(duì)確定最終涂料的特性起著重要作用。其線型低Tg系統(tǒng)呈現(xiàn)出高柔韌性，但耐久性和耐化學(xué)品性不良；高Tg多元醇類，其含有較多芳香族二元酸，且?guī)еф溄Y(jié)構(gòu)，則有助于提高硬度和堅(jiān)韌性，盡管柔韌性不足，但更耐久。羥基官能團(tuán)對(duì)漆膜性能也有影響：低羥值附著力好，高羥值則有較好的耐沾污性。而用脂環(huán)族類及氫化二元酸之類可提高耐久性。多元醇與多異氰酸酯的比例在l：1左右，在此比例以上或以下均對(duì)漆膜性能不利。
　　
　　熱塑性聚酰胺與聚氨酯拼用有助于提高涂層的柔韌性和耐磨性。
　　
　　目前的聚酯樹脂卷材面漆多采用三聚氰胺樹脂為交聯(lián)劑，但其在交聯(lián)反應(yīng)中所構(gòu)成的結(jié)合部具有堿性性能，所以易受酸類的侵襲。為此人們采用新的交聯(lián)方式以取代三聚氰胺交聯(lián)，即所謂的HCT(超交聯(lián)技術(shù))。該體系含有熱潛在性催化的封閉型羥基酸/環(huán)氧基及丙烯酸樹脂系的材料，所形成的涂料耐污染性、耐候性及耐酸雨性均很優(yōu)異。它是將羥基酸用乙烯基醚進(jìn)行酯化而封閉，單組分，貯存穩(wěn)定性優(yōu)，一旦在受熱下催化而產(chǎn)生離解，從而發(fā)生2-羥基酯/乙烯基醚的加成反應(yīng)，依此形成涂層。