0 引 言
预涂卷材涂料是一种采用快速自动化流水线生产方式,经过清洗、表面处理、涂布于连续的金属薄板上, 固化后成膜,达到规定物理机械性能的一种涂料。涂装后的预涂卷材产品广泛应用于建筑、家电、集装箱、汽车等各领域。预涂卷材由于质轻、价廉、性优而在20世纪90 年代后期我国开始广泛应用于建筑、家电等行业中国机械网okmao.com。国内应用最广的卷材涂料是以普通聚酯为主要基料, 产品一般被用于耐候性要求不高的地方。
氟碳涂料的耐候性和耐化学性优异, 而且具有自清洁功能, 但是氟碳涂料价格昂贵, 而且回收不方便, 容易对环境造成污染。而新开发的高耐候聚酯卷材涂料, 其耐候性介于普通聚酯和氟碳涂料之间, 将具有广阔的市场前景。
高耐候聚酯树脂在合成时采用含环己烷结构的单体, 以实现树脂的柔韧性、耐候性和成本的平衡, 采用不含芳香族的多元醇和多元酸以减少树脂对UV的吸收, 达到树脂的高耐候性能。高耐候聚酯卷材涂料采用高耐候聚酯树脂, 辅以先进的抗紫外光聚合物技术, 增强了在太阳光曝晒下漆膜的完整性和抗粉化能力。高耐候聚酯卷材涂料采用无机颜料, 保证了漆膜的保色性。
1 实验部分
1. 1 原料与仪器
1. 1. 1 原料
普通聚酯树脂: 市售的普通卷材涂料用聚酯树脂; 高耐候聚酯树脂( HDP树脂): 自制; 其他原料均为工业级。
1. 1. 2 仪器
FT- IR采用NEXUS公司的Therm o N ico let仪; 玻璃化温度的测试采用Pe rkin公司的PYRIS Dim and DSC- Tg仪; 人工加速老化采用Q - PANEL公司的QUV 老化仪。
1. 2 HDP聚酯树脂的合成
将新戊二醇、1, 4- 环己烷二甲醇、1, 6 - 己二醇、三羟甲基丙烷、己二酸、六氢苯酐、1, 4- 环己烷二甲酸等多元酸和多元醇等按一定的比例投入带有温度计、搅拌器和冷凝装置的三口烧瓶, 缓慢加热升温至物料融化, 开启搅拌, 在160~ 170ºc 保温脱水, 约4 ~ 5 h 后升温至230 ºc 保温至酸值在10mgKOH / g以下, 降温后加入稀释剂, 稀释至合适黏度后出料。树脂的典型物理指标见表1。
表1 HDP树脂的性能指标
1. 3 涂料的制备
将树脂、溶剂、颜料和助剂等混合在一起, 经高速分散机搅拌均匀, 研磨至要求的细度, 然后按配方加入树脂、溶剂、交联剂、助剂等, 充分搅拌均匀, 过滤后制得涂料。将高耐候聚酯树脂( HDP树脂) 和普通聚酯树脂分别按照配方配制成" 白面漆" ( 表2)和"蓝面漆" ( 表3) 两种涂料。
表2 白面漆的典型配方
表3 蓝面漆的典型配方
1. 4 样板的制备
按卷材涂料的制板要求, 将0. 5 mm 厚的镀锌钢板预处理后, 涂上5~ 6 um 的底漆, 在板温232~ 241ºc 下烘烤22~ 25 s后固化冷却, 再在底漆上涂20 um 厚的面漆, 在相同条件下固化后测试性能。
2 结果与讨论
2. 1 树脂的红外光谱分析
图1为HDP树脂的FT- IR图谱。
从图1可见, 3 533 cm- 1附近为- OH的吸收峰, 这是聚酯树脂的一个特征吸收峰, 2 966 cm- 1附近的吸收峰为- COOH的特征吸收峰, 2 966~ 2 876 cm- 1为烷烃的C- H键特征吸收波, 1 735 cm- 1 可以判断出树脂含有酯基的C= O 键。1 600 cm - 1和1 580 cm - 1 附近没有苯环的骨架振动吸收,3 070 cm - 1也没有C= C 双键上C- H键的特征吸收峰, 根据图谱, 可以看出HDP树脂为不含芳香族的聚酯树脂。
图2为国内卷材涂料常用的以芳香族多元酸反应而成的普通聚酯树脂的红外谱图。
从图2可见, 1 608 cm - 1和1 577 cm- 1附近可以判断为苯环的骨架振动吸收峰, 在729 cm - 1为苯环上C- H键的吸收峰,3 074 cm- 1为C= C 双键上C- H键的特征吸收峰。
2. 2 HDP树脂的玻璃化转变温度
图3为H DP树脂的DSC - Tg曲线, 图4为HDP树脂和HMMM 交联后涂膜的DSC - Tg 曲线。
从图3、图4可见, 高耐候聚酯树脂的玻璃化温度为- 10~ 15 ºc , 高耐候聚酯树脂和氨基树脂( HMMM ) 发生交联反应, 相对分子质量增大, 形成了网状结构, 成膜后的玻璃化温度为15~ 35 ºc 。由于玻璃化温度是在一个宽的温度范围内,所以涂膜的物理性能是一个刚性(硬度)、柔韧性( T弯)和耐溶剂等性能组合的最佳体现。
2. 3 树脂对紫外光线吸收的比较
图5为普通聚酯和HDP树脂对紫外线吸收的比较。
目前卷材涂料中大量使用的聚酯树脂是HDP树脂, 不含芳香族的中间体, 对紫外光线的吸收不到10%, 减少了紫外光对涂层的破坏, 提高了涂层的耐候性。
2. 4 人工老化性能的比较
采用人工加速老化测试来判断树脂的户外老化性能。UVA采用UVA340 的灯管, 发光峰值为340 nm, UVA 很好地模拟了太阳光中的紫外线分布, 测试结果与户外曝晒有很好的相关性。UVB采用的是UVB313 的灯管, 发出的紫外线比太阳光的紫外线要强, 可以大大提高试验速度, 加快漆膜的老化进程, 涂膜UVA、UVB 保光率见图6、图7。
从图6 可知, 在开始的300 h, 漆膜的保光率变化很小。其后, 普通聚酯的保光率呈一路下降的趋势, 经过2 000 h, 普通聚酯的保光率只有40%, 而高耐候聚酯的保光率还保持在100%的水平, 显示了优异的耐候性。
从图7 可知, 普通聚酯经过UVB 照射后保光率呈一路加速下降趋势, 普通聚酯经过500 h的UVB试验, 其保光率仅有50%左右( 所以没有继续进行试验)。HDP 涂层在经过1 000 h的试验, 其保光率保持在90%以上, 与PVDF氟碳涂料保光率接近, 在1 000 h以后, 氟碳涂层的保光率呈略微下降趋势, 而HDP涂层的保光率下降较快, 经2 000 h, HDP涂层的保光率仍保持在50% ~ 60% 左右, HDP涂料的耐久性介于普通聚酯和氟碳涂料之间。
2. 5 漆膜常规性能的比较
普通聚酯涂料与HDP树脂涂料常规性能的比较见表4。
表4 漆膜常规性能的比较
从表4可见, 高耐候聚酯卷材涂料完全能够达到普通聚酯卷材涂料的性能。高耐候聚酯卷材涂料在柔韧性方面还有其优点, 能够满足用户柔韧性要求高的需求。
3 结 语
( 1)在树脂合成中引入不含芳香族的单体, 合成了高耐候聚酯树脂, 通过对树脂玻璃化温度的测试和制漆成膜后常规性能的测试, 高耐候聚酯树脂能够满足卷材涂料的技术要求,而且在柔韧性方面能性能更佳。
( 2)通过树脂对紫外光线吸收图谱的比较, 高耐候聚酯树脂对紫外光的吸收比普通聚酯大大减少, 提高了树脂的耐候性。
( 3)通过对树脂制漆成膜后人工加速老化UVA、UVB的测试, 在相同的使用条件下, 高耐候聚酯树脂比普通聚酯树脂有更好的户外耐紫外光性, 性价比优异, 能够满足用户对高耐候卷材涂料的要求, 是一种理想的户外用高耐候卷材涂料。
高耐候卷材涂料用聚酯树脂
杨小青1, 朱梅芳1, 俞剑峰1, 何建文1, 孟庆华2
( 1 上海涂料有限公司振华造漆厂, 上海200331; 2 上海交通大学化学化工学院, 上海200240)