涂料知識：預涂卷材涂料用樹脂
好家網(wǎng)：材涂料是基于預涂裝技術的發(fā)展而出現(xiàn)的，預先涂裝好的鍍鋅鋼板或鋁板能夠直接被壓花、深沖、折彎等處理，從而被金屬加工業(yè)用于生產(chǎn)過去需要多步操作的產(chǎn)品。
材涂料是基于預涂裝技術的發(fā)展而出現(xiàn)的，預先涂裝好的鍍鋅鋼板或鋁板能夠直接被壓花、深沖、折彎等處理，從而被金屬加工業(yè)用于生產(chǎn)過去需要多步操作的產(chǎn)品。將涂裝這一步驟由卷材涂裝廠家來完成，不但可以幫助金屬加工廠家降低成本，而且更可以避開日益嚴格的環(huán)保條例的約束。
一、卷材涂料
1.1應用范圍
預涂卷材已被成功應用于室內(nèi)及室外用建筑材料上。目前增長最快的行業(yè)是交通工具領域。該行業(yè)在過去很長一段時間內(nèi)就已經(jīng)開始使用卷材。家電行業(yè)和家庭用品領域是另一個很重要的方面。而預涂鋁板則是制罐業(yè)的基礎原料。
1.2基本的樹脂體系
按照歐洲卷材涂料協(xié)會公布的目前卷材涂料所使用的基本樹脂體系概況如下：用氨基樹脂或異氰酸酯固化的飽和聚酯約占60％，處于主導地位；PVC塑溶膠處于第二位，占30％；PVDF涂料有著非常優(yōu)異的性能，占5％的份額；剩下的5％主要是環(huán)氧樹脂、丙烯酸樹脂、有機性硅改性飽和聚脂和醇酸樹脂體系。
二、卷材涂料的技術和要求
主要的卷材涂料用樹脂體系及性能見圖1。多數(shù)情況下，客戶對卷材涂料提出的性能要求不盡相同，其中關鍵的幾個指標可以從表中做出選擇。
2.1卷材涂料體系的性能概況
使用封閉型異氰酸酯為固化劑的聚酯聚氨酯體系最主要的是能夠提供非常優(yōu)異的柔韌性，盡管這會輕微地損失表面硬度。而且與聚酯氨基樹脂體系比較，該體系能夠提供更好的耐候性和最大成膜厚度（約35um）。環(huán)氧體系則可謂毀譽參半，一方面能夠提供非常優(yōu)異的金屬附著力和硬度，但另一方面柔韌性和耐候則差強人意。剩下的兩個體系都是基于聚合物的分散體，故而其對金屬底材的附著力差也是很自然的，所以它們一般作為面漆而使用在預先涂有聚酯或環(huán)氧底漆的基材上。
眾所周知，PVDF（聚偏氟乙烯）涂料是一種有機溶膠，一般是將PVDF分散在適當?shù)幕蠘渲校绫┧針渲ù笾碌谋壤s為70：30）。這種涂料的耐候性非常的優(yōu)異。但無論如何，由具有PVDF涂層的廢棄物所導致氟元素擴散的不良傾向還是受到了批評。
PVC塑溶膠的性能特點非常的兩極分化。這種由結晶性聚合物分散于非揮發(fā)的增塑劑（一般比例約為75：25）而形成的分散體使得能夠獲得非常厚的涂膜，甚至超過100μm，因而獲得了優(yōu)異的柔韌性和耐腐蝕性。當然，PVC塑溶膠在涂膜的耐溫性和硬度方面的缺點也備受非議。
時至今日，厚涂層卷材涂料依然是PVC塑溶膠或PVC薄膜熱復合的專有領域，例如用于戶外建材來提供惡劣天氣下的防護性能，尤其是在北歐。從目前流行趨勢來看，要使鍍鋅鋼板獲得足夠的防護，厚涂層體系是必須的。卷材涂料領域中，不含鹵素的厚涂層體系是目前是重要的研究方向。
為何只有這么少的體系適用于卷材涂料的生產(chǎn)？畢竟，工業(yè)封閉漆行業(yè)還大量用到其他樹脂，如丙烯酸樹脂、醇酸樹脂、纖維素酯、聚烯烴樹脂等。
通過對卷材涂料體的操作和要求的深入分析，我們就能夠更好的理解為什么卷材涂料的樹脂體系范圍如此狹窄。當然，卷材涂料的技術也是在不停地發(fā)展之中，任何科技的進步都有可能引入新的樹脂體系，自然也包括上面提到的那些。
2.2熱固化卷材涂料
圖2所示的是一條卷涂裝線。典型的鋁材或鋼材的涂裝線主要包括兩個部分，每一部分都包括一臺涂布機和一個烘道。在烘道中，剛涂上漆的卷板將被熱空氣加熱到（300-500）℃。其中圖線顯示的是典型的烘烤溫度曲線。烤磁漆的樹脂在金屬溫度150℃的時候開始交聯(lián)，有機溶膠在170℃熔融后得到類似的涂膜。通過調(diào)整爐溫和線速度，可以使卷材在烘道中獲得合適的金屬溫度以適應不同場合的需要，但最高不能超過250℃，因為過高的溫度下有機物會被氧化而迅速黃變。
金屬板材特別適合使用輻射固化，這樣可以節(jié)省很多用來加熱金屬底材能源，因而鼓勵了將該新技術應用于卷材涂料的開發(fā)工作。然而，輻射固化體系目前還難以得到滿意的金屬附著力和柔韌性。
2.3涂裝技術
圖3顯示的是常用于鋁材或者鋼材的涂裝方法。超過90％的工廠仍然使用輥涂機來涂裝溶劑型涂料。為了獲得更好的涂膜厚度和無溶劑排放，當粉末卷材涂料技術10年前出現(xiàn)的時候就獲得了關注。目前只有7家歐洲卷材涂裝線在使用粉末卷材涂料，但其數(shù)量和重要性都正在增加。
直到今天，粉末噴涂的應用還是充滿瓶頸。自誕生之日起，已經(jīng)有大量更有效率的方法推出，如“粉末云”法和復輥工藝，主要都是以提升線速度為主。和同類的溶劑型產(chǎn)品一樣，粉末涂料也要接著經(jīng)過烘烤工序。由于工藝上難以控制和廢品率高，熱塑性聚合物經(jīng)擠出機熱熔涂布的工藝沒能在卷材涂料的生產(chǎn)上獲得很大的進展。
熱塑性聚合物（例如PVC、PET或PP）在熱復合卷材涂料中也有不同程度的應用。其作為基料薄膜，通過合適的膠粘劑與鋁材或鋼材粘結起來。該技術相較于輥涂涂料更加昂貴和復雜。
2.4金屬上的附著力
圖4顯示的是一般的鍍鋅鋼板上卷材涂料的組成。預涂卷材的質(zhì)量還取決于其化學前處理的質(zhì)量，在底漆和鉻化層之間的性能分配也是一門藝術。盡可能使用兩涂層的封閉漆體系，其中底漆種意義上來說就好像是介于金屬和面漆之間的粘合劑，其性能取決于本身的基料樹脂的附著力和其中防腐顏料的影響。目前，能夠用于卷材涂料底漆的只有聚酯和環(huán)氧體系。
聚合物在金屬上的附著力是一個非常復雜的課題，盡管其有時被簡單地解釋為兩個關鍵的分子結構，如圖5所示。一般，分子鏈中含有極性基團的樹脂的附著力要優(yōu)于非極性的聚合物，這一點可以在聚脂和環(huán)氧能夠在聚乙烯和聚丙烯上獲得優(yōu)異的附著力上得到證明。事實上，在膠粘劑應用方面，極性樹脂也同樣有著非常重要的地位。高分子量的聚酯和丙烯酸樹脂的附著力要遠遠好于低分子量的，就是因為分子鏈中的極性基團提供的合力作用，分子鏈越長，附著力越好。
圖6所顯示是卷材涂料中最主要的性能測試方法。一片涂裝完成的樣板能被180度的折彎即為OT。在OT測試中，涂膜有時的伸長率會達到100％，這個取決于底材的厚度。
柔韌性被定義為沒有任何宏觀破裂情況下的涂膜之延展能力。
2.5柔韌性
盡管下面還要多次討論柔韌性方面的問題，但不得不說涂料的這一特性也同樣很復雜。熱固化卷材涂料的玻璃化溫度一般只比室溫高（10～20）℃，因而在深沖和彎折加工時的溫度就接近其玻璃化溫度，使得其表面的硬度和耐劃傷性就不如汽車面漆之類的那么好，要采取一些對應的保護措施。如聚酯樹脂這樣的分子鏈緊密纏繞的結構就能夠獲得很好的柔韌和硬度的平衡以及吸收沖擊力的效果。
三、卷材涂料用樹脂
3.1聚酯樹脂
聚酯樹脂是卷材涂料用樹脂體系中最重要的一類。聚酯樹脂可以通過選擇各種不同的二元酸和二元醇來獲得相當廣泛的性能區(qū)間，例如，可以70～110℃之間調(diào)整樹脂的玻璃化溫度、調(diào)整分子量的高低、調(diào)整分子結構是鏈狀或是枝化的、是羥基封端還是羧基封端，可以滿足幾乎所有的應用。聚酯樹脂以其優(yōu)異的柔韌性和金屬附著力而著稱，其在底漆方面的應用也很重要。 []PAGE
當然，聚酯樹脂有時也還有一些小缺憾，眾所周知線性的高分子量的聚酯樹脂有非常優(yōu)異的附著性能，但同時相應的其末端的反應基團就較少，所需的交聯(lián)密度要更高。不過，這一點可以通過混合一部分環(huán)氧樹脂來解決。
關于UV穩(wěn)定性方面，戶外建材用卷材面漆的聚酯樹脂在過去20年里得到了很大的發(fā)展。圖7中，右邊的曲線顯示的是日光，波長最短的30mm，左邊的曲線顯示的P4是最新一代聚酯樹脂的吸收曲線。基于P1的面漆僅僅經(jīng)過兩年佛羅里達實驗就褪色；基于P2和P3的面漆分別可以保持3年和4年不褪色；基于最新一代的P4體系顯示了優(yōu)異的UV透明性。用這種外用型樹脂制造的面漆能夠在耐候性方面提供更好的保障，但是需要配合光穩(wěn)定劑。耐候性不但取決于UV透明性和耐水解性，而且跟涂膜能否承受內(nèi)部UV激發(fā)的損傷有關。后者可以采用如HALS之類的自由基捕捉劑來解決。
例如德國德固薩（degussa.）公司生產(chǎn)的DYNAPOL系列飽和聚酯，有高分子量的L系列，分子量1500020000，可以提供優(yōu)異的附著力和柔韌性；有中分子量的LH系列，分子量20006000，提供良好的柔韌性和硬度的平衡，以及充分的耐腐蝕性；特別是高活性高固體份的HS系列，固體含量高達80％，能夠顯著的提高反應活性、減少固化時間，特別是能夠獲得更好的涂膜厚度。該公司作為世界領先的飽和聚酯生產(chǎn)廠家，在目前近百牌號的基礎上還是不斷地為各種具體的應用提供最適合的產(chǎn)品。
3.2卷材涂料用固化劑
卷材涂料用主樹脂中，像聚酯和環(huán)氧是屬于羥基組分，需要使用氨基樹脂或封閉型異氰酸脂交聯(lián)固化，如圖8。氨基樹脂，主要是HMMM類型，是最常的固化劑，其優(yōu)勢在于高的反應活性和交聯(lián)密度。封閉型異氰酸酯更適合作為聚酯樹脂的固化劑，其至少在160度的烘烤條件下交聯(lián)固化。用封閉型異氰酸酯生產(chǎn)的聚氨酯涂料有著非常好的柔韌性和耐候性，當然最重要的是要選擇合適的氰酸酯。
卷材涂料典型的爐溫最高可以達到500度，實際上的金屬溫度也可高達250度，在這樣的條件下，氨基樹脂的升華是一個很棘手的問題，固而異氰酸酯得到了很大的重視。
聚氨酯因化劑中最主要的是異氰酸酯三聚體，由于熱穩(wěn)定性好的特點已經(jīng)被應用了很長的時間，典型的產(chǎn)品德國德固薩（degussa.）公司的封閉型IPDI三聚本VESTANATB1358A，以及使用獨有的封閉劑適用于高溫烘烤的一系列產(chǎn)品。從熱分析測試可以看出，三聚體的熱穩(wěn)定性要遠遠高出相應的縮二脲和TMP加成物，甚至可以在最高金屬溫度超過250度的情況下使用。
3.3環(huán)氧樹脂
環(huán)氧樹脂與上述提到的固化劑反應后會獲得非常致密的涂膜，以至于即使是很薄的漆膜，水、氧氣、酸堿等都很難穿透，從而為金屬底材提供了良好的保護。當然，環(huán)氧樹脂也可以配合聚酯樹脂使用，這時候其就像是一個“封閉的聚酯樹脂”。當然，目前普遍應用的雙酚A型的環(huán)氧樹脂會帶來柔韌性和耐候性的問題還沒有得到妥善的解決。
3.4PVDF樹脂
不會水解，不吸收UV，不溶于酸堿的特性使得PVDF成為一種非常優(yōu)異的面漆樹脂，通常的做法是將其與丙烯酸樹脂以70：30的比例在175度時混合，以方便使用。目前，昂貴的價格，使用上相對的不便是其最大的障礙，特別是在新一代超耐候型的聚酯樹脂得到就應用以后。
四、最新進展
隨著環(huán)保要求的提高，以及節(jié)能高效等要求的推動下，聚酯粉末涂料、光固化卷材涂料等新技術已經(jīng)出現(xiàn)，雖然目前僅能在一定的條件下獲得令人滿意的性能，但是其發(fā)展的潛力正在吸引著世界上各大涂料廠家的大力投入。
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