卷钢油墨用饱和聚酯树脂的研制

随着我国经济建设的持续高速增长, 彩涂钢板的应用领域和需求不断扩大, 国内卷钢涂料企业如雨后春笋般发展起来。但是近两年, 国际金融危机、外部环境恶化、相关行业发展受限等众多不利因素, 使得彩钢市场需求出现波动, 国内卷钢涂料生产企业竞争日益激烈, 再加上原材料价格飞涨导致普通卷钢涂料的利润空间已相当有限, 所以积极开拓新产品满足市场需求成为企业竞争的重点。印花彩板作为一种装饰性彩板, 越来越受到市场的欢迎,应用范围也得到不断扩大, 如家电印花装饰面板、太阳能印花装饰板、木纹板等。目前市场上通用的卷钢印花油墨树脂主要是丙烯酸树脂, 它具有软化点高, 易干燥等特点, 并且由专业的油墨生产厂家提供, 但是产品价格贵、色彩品种少、供货速度不及时、体系配套性不完善等, 极大地制约了客户彩涂板的生产。本文针对这些要求, 通过对客户生产线的考察, 利用原料的一些特性对聚酯树脂进行改进, 合成出一类新型的油墨专用聚酯树脂, 并且利用自身的涂料体系配套一致的优势配制油墨, 极大地配合及满足了客户在性能和色彩上的要求。

1. 合成路线

1.1. 聚酯1#

配方中全部选用含芳环的酸类, 同时利用自制的聚酯多元醇与新戊二醇以一定比例搭配, 以避免树脂结晶现象的出现。

1.2. 聚酯2#

将聚酯1# 配方中的间苯二甲酸, 用一定比例的己二酸代替, 考察两类树脂在快干性上的差别。

2. 实. 验

2.1. 实验原料

原材料的名称及规格如表1所列。
原材料名称及规格

2.2. 实验配方

聚酯1# 及聚酯2#的参考配方见表2、表3。
聚酯1#参考配方

2.3. 合成工艺

2.3.1. 投料

向四口烧瓶内依次加入醇类组分, 待温度升至130℃ , 打开搅拌, 并缓慢加入酸类组分, 搅拌均匀后加入催化剂、抗氧化剂, 缓慢升温反应。

2.3.2. 熔融反应

在150~ 160℃下, 保温1.5 h后, 继续升温至230℃, 在230~ 235℃下保温至树脂完全澄清透明。

2.3.3. 回流及兑稀

根据实验要求加入所需的二甲苯, 利用共沸回流脱水, 至酸价、黏度达到指标后, 然后抽真空将树脂中的二甲苯、水及小分子物质抽净, 待温度降至100℃下, 加入兑稀溶剂, 然后过滤、包装。所得树脂技术指标如表4所列。

2.4. 油墨制备

将聚酯1#、聚酯2# 分别与颜料、分散助剂及适当溶剂配好后混合均匀, 在研磨分散机上分散研磨至细度≤5um 后再加入其余树脂、助剂、溶剂, 然后高速分散混合均匀, 即制得油墨1# 、油墨2# 。所得油墨技术指标如表5所列。

3. 结果与讨论

3.1. 单体种类的选择

聚酯树脂是多元醇与多元酸通过缩合而得到的一种高分子聚后物, 具有很宽范围的调整性。在配方设计中, 单体的种类和数量决定着树脂的性能。通常情况下, 用于卷材涂料的饱和聚酯树脂, 都必须具备优良的耐候性、硬度、T弯、耐冲击性及耐MEK 等性能, 但其中各项性能之间又是相互联系、相互制约的, 如硬度和柔韧性之间就是一对矛盾体, 偏重任何一方都不能达到实用目的。所以必须针对树脂所应用的涂料体系对漆膜的要求, 通过软、硬单体的合理搭配、分子结构的合理设计来解决问题。对于油墨用树脂, 考虑油墨应用工艺, 就必须具备能够快速干燥的优点。为此, 在配方设计时, 应多考虑刚性原料, 如对苯二甲酸、间苯二甲酸、偏苯三酸酐、1, 4 – 环己烷二甲醇、1, 4- 环己烷二甲酸、新戊二醇等, 但是由于结构过于对称, 会引起树脂生产的不稳定性, 易出现间歇性的批次结晶现象, 所以在配方中引入了自制的聚酯多元醇, 避免这一现象的发生。此实验中, 聚酯1# 选择含芳环的多元酸, 通过指干实验可以看出干燥效果非常好, 而聚酯2#虽然各项技术指标勉强达到要求, 但由于己二酸的加入, 大大降低了它的Tg, 不利于干燥。
3.2. 溶剂种类的考察与选择

印刷油墨按照干燥方式, 可分为氧化结膜干燥、渗透干燥、挥发干燥、辐射干燥等多种干燥方式。本实验考虑到卷材生产线是采用以挥发干燥为主的干燥方式, 所以在选择溶剂时, 多考虑溶解力强、沸点低、挥发速度快的溶剂。但是挥发过快也会带来不良效果, 如在夏天, 现场的施工问题, 在进行油墨印花涂覆时, 由于挥发过快造成油墨前后黏度不一, 从而造成同一批次的板面油墨印色不统一, 给客户带来损失。所以选择合理的溶剂比例搭配, 形成挥发速度与挥发梯度的平衡尤为重要。此实验中, 高低挥发速率溶剂的合理搭配能够满足这种要求。

3.3. 油墨在涂装线的应用

图1为彩板涂层说明图。

从图1可以看出油墨工序是其中的一道烘涂工序, 介于两个涂层之间。在生产中这一工序经过两遍烘烤, 第一遍温度低速度快, 是溶剂快速挥发的过程, 如果溶剂挥发过慢则不利于透明涂层的涂覆, 造成板面发花等病态漆膜; 第二遍烘涂由于伴随透明涂层一起烘烤, 所以烘烤温度高, 此时油墨可能会与上下涂层发生一定的交联, 所以在油墨配方中可以添加一定量的交联剂, 可以保证油墨涂层能够有更好的附着性能, 有利于涂装板整体的机械加工性能。图2为油墨的涂装工艺图。