0 引 言
涂有涂料的成卷金属薄板材称为预涂卷材, 20世纪30年代诞生于美国; 它将传统的制成品涂装变成原料板材的连续涂装, 不但提高了生产效率, 而且具有更好的涂装质量, 更经济; 其使用领域已从建筑材料扩展到汽车制造、船舶内部装饰、家用电器、家具、集装箱等各个方面。
随着消费需求的不断增大, 预涂卷材企业也进一步扩大产能; 途径之一就是通过提高卷材预涂线速来提高产能和效率。随着预涂线速的提高, 涂料烘烤时间也要相应地缩短, 烘烤温度要降低, 从而达到节能升效的目的中国机械网okmao.com。
而聚酯涂料通常的固化温度在216 ~ 232 度[ 1] ; 为此, 涂料要在较低的温度达到同样的固化效果, 且不影响涂膜的综合性能; 为适应卷材涂装工艺的新要求, 本实验合成了高反应活性的聚酯树脂, 用其配制的面漆能够达到理想的低温固化效果。
1 实验部分
1 1 合成聚酯的原料和工艺
1 1 1 主要原料
新戊二醇、间苯二甲酸、偏苯三酸酐、二甲苯: 工业级, 国产; 己二酸、二月桂酸二丁基锡: 工业级, 进口。
1 1 2 配方
合成聚酯树脂的配方见表1。
1 1 3 聚酯的合成
按配方量将新戊二醇加入装有分水器、回流冷凝器、搅拌器及温度计的三口烧瓶中, 加热至160 , 使其完全熔化后加入间苯二甲酸和二月桂酸二丁基锡, 搅拌开始反应; 使温度逐步升至220 , 保温4 h继续反应; 降温至约170 , 再加入己二酸和偏苯三酸酐, 缓慢升温至230 保温反应; 当酸值达到30 m gKOH /g 时, 加入适量的二甲苯以便和酯化反应生成的水共沸将水蒸除, 继续反应直至其酸值为10 m gKOH /g左右。降温至120 , 加入二甲苯溶剂, 将聚酯树脂稀释至固体分为60%。
1 2 制漆的原料和工艺
1 2 1 主要原料
饱和聚酯树脂: 自制; 部分甲醚化氨基树脂: 美国氰特公司; 封闭型异氰酸酯: 科斯特化学; 金红石型二氧化钛: 杜邦公司; 酞青蓝颜料BGS: 科蓝颜料化工; 炭黑C311; 酸催化剂: 自制; 流平剂MFP: 法国SYNTHRON 公司; 分散剂: 原汽巴; 附着力促进剂; 消泡剂: 毕克化学; 消光粉ED - 30: 格雷斯; 溶剂:工业级, 自配。
1 2 2 卷材面漆配方
卷材涂料配方见表2。
1 2 3 卷材涂料的制备
将部分聚酯树脂和部分溶剂以及二氧化钛、炭黑、酞青蓝颜料以及分散剂加入砂磨机中进行分散研磨至刮板细度20 um以下; 然后按比例加入消光粉分散20 m in过滤出料; 再将配方中的其他部分与研磨料混合分散均匀得聚酯面漆。
1 2 4 涂层的制备
在经预先处理的镀锌钢板上, 用RDS13号线棒刮聚酯-氨基底漆, 经烘干固化(膜厚5 um )备用; 用RDS28号线棒在此底漆板上刮自制聚酯面漆, 烘箱温度300 , 烘烤时间约30 s, 控制板温PMT在180~ 200 , 制得海蓝面漆。
1 3 涂膜性能测试
涂膜性能测试结果见表3。
2 结果与讨论
2 1 聚酯合成
本实验选择新戊二醇和间苯二甲酸作为合成聚酯树脂的主要原料, 并从T 弯、附着力、硬度、耐M EK 等几个性能综合考虑, 外加己二酸和偏苯三酸酐。其中, 新戊二醇赋于聚酯很好的耐污性、耐过度烘烤、热稳定性, 其支链的存在有利于聚酯在烃基熔剂中的溶解, 因此选择其作为合成聚酯树脂的主体醇。采用含苯环的多元酸与多元醇反应, 合成得到含有苯环结构的树脂, 苯环的刚性特征赋予树脂以硬度, 而苯环的稳定的结构特征赋予树脂以耐化学性。偏苯三酸酐的加入可以引入较多羧基, 用以增加树脂中活泼官能度数。使树脂形成支链型结构, 提高涂膜硬度和反应速度。长链己二酸赋予树脂柔韧性和在烃类溶剂中的溶解性。树脂的性能不仅与原料的选择相关, 还与合成的工艺密切相关; 整个反应在连续的搅拌下进行, 升温的过程切忌急速上升, 而且需分段保温, 控制好温度, 防止物料的损失而失去原有的配比; 严格控制终点指标。通过这些途径来合成具有高反应活性, 相对分子质量为3 000 ~ 7 000, 羟值为55 m gKOH /g, 酸价< 10 m gKOH / g的适合低温固化的树脂。
2 2 氨基树脂的选用
为了使涂料在较低的温度下固化, 选用与自制聚酯树脂混容性好的美国氰特公司的部分甲醚化高亚氨基树脂, 从其综合成本和硬度、柔韧性考虑, 聚酯树脂与氨基树脂的比例控制在3.8:1左右。为使涂膜固化后有更好的性能, 增强涂膜附着力和机械加工性能; 在涂料配方中补加部分封闭型异氰酸酯。
2 3 催化剂的选用
催化剂直接关系到聚酯和氨基树脂的固化反应情况, 对涂膜的耐MEK 性能和硬度影响明显, 对附着力和柔韧性也有一定影响。氨基树脂交联催化通常用磺酸类物质; 由于催化剂为酸性物质, 而涂料体系中又有碱性颜料成分, 所以需要考虑酸催化剂对涂料贮存稳定性的影响。结合本体系, 考虑涂料需在高线速低温固化线上使用, 通过实验确定选用比对甲苯磺酸( PTSA)更优, 不做封闭处理的二壬基二磺酸( DNNDSA ); 在本体系中DNNDSA较PTSA对贮存稳定性更有利, 耐溶剂性更好。
2 4 颜料的选用
选用经高温烘烤不褪色、耐晒牢度高、耐溶剂、着色力和遮盖力强的金红石型二氧化钛做白色颜料。表面经SiO2包膜处理的二氧化钛其耐候性和分散性均有所改善[2] , 而且对酸催化剂稳定性好。炭黑需用表面积小, 吸附小的种类。酞青蓝选用耐热稳定性好的类型。颜料和基料的比值对硬度和弯曲影响很大, 对耐MEK 擦拭和划格附着力影响次之。本体系中, 颜基比在0.6~ 0. 7范围涂料性能最优。消光剂选用气相二氧化硅类, 对体系黏度影响小, 消光效率高。
2 5 溶剂的配制[ 3]
低温固化时间短, 要求涂料必须具有好的流平性, 所以溶剂选用溶解力较高的混合溶剂, 兼顾高低沸点搭配和稳定性。减少溶剂在漆膜中的残留, 避免因溶剂使漆膜硬度下降, 影响漆膜的耐沾污性和和耐老化性能等。本体系中S- 100芳烃溶剂:S- 150芳烃溶剂:丁醇:二甲苯保持在3:4:2:1范围为宜。
2 6 助剂
助剂对漆膜的机械性能影响较小, 对表面性能影响较大;分散助剂选用改性聚氨酯型, 其对卷材涂料中的树脂和极性溶剂均有很好的相容性; 对无机颜料按吸油量的10%加入; 对有机颜料按BET 值的25% ~ 50%加入; 对炭黑按DBP值的20%添加[ 4]。流平剂采用法国SYNTHRON 公司的, 按聚酯树脂( 60% )的约1%量添加; 低温固化流平时间缩短, 在刮板后2 s内湿膜就能流平看不到刮痕为宜。消泡剂使用相容性较好的有机硅类BYK080, 使用量为体系的0.2%即有很好的效果。
3 结 语
以新戊二醇和间苯二甲酸为主要原料, 按工艺合成出高反应活性的饱和聚酯树脂; 与高亚氨基部分甲醚化氨基树脂交联, 配合适量异氰酸酯, 用自制的酸催化剂、混合溶剂和辅助助剂, 配制出适合高线速低温固化的预涂卷材涂料。按标准检测, 该涂料具有很好的耐候性和极佳的耐冲击性能; 并具有合适的硬度和柔韧性; 具有很好的综合性能, 适合在高线速低温固化情况下使用。