1 引言
卷材涂料在国内生产、发展已有20 多年的历史,如今其制造成本和销售的竞争已达到白热化的程度,既便在这种严峻的环境下,更多有远见的卷材涂料制造厂商仍在不懈地努力,力争在控制最低的原料制造成本的同时,通过提升卷材涂料的物理、化学性能,以更好地满足用户的需求,来取得产品的市场竞争优势。卷材涂料的物化性能和所有有机涂料一样,是由基体成膜树脂、颜填料和功能型助剂三者来提供保证的。聪明的老板在具备生产条件的情况下,会尽可能地自行合成卷材涂料用基体树脂,以达到最大限度地降低制漆成本和掌控某些独有的涂料性能,而涂料厂自身不便生产的颜填料和助剂、有机溶剂等是一定要靠外购来采用的。主体成膜树脂和颜填料能提供卷材涂料超过80%的最终涂层性能,如加工性能、耐候性能等,但这种涂层性能的提供会有一个极限,如在快速固化能力,更高的T 弯、附着力、耐MEK 溶剂擦拭性,更佳的耐蒸煮、抗腐蚀性,最佳的耐刮伤、硬度、滑爽性,颜填料的快速分散、展色与防沉性,及涂层的流平、防浮色等方面是基体树脂和颜填料无法全面达到的,这些性能则需要依赖相应的功能型助剂来提供保障。
卷材涂料配方中所用的助剂品种较之其它类型的涂料要多,尤其在耐高温等性能要求上更高,故快速烘烤固化的卷材涂料中能采用的各种助剂,如:消泡剂、流平剂、分散剂、催化剂、附着力促进剂、防浮色抗缩孔剂等,一般在其它工业涂料中都适合。这里,着重讨论两款新型多功能促进剂DS-500 和PAE-206 在卷材涂料中的应用和其赋予卷材涂料的良好性能。
2 DS-500和PAE-206的基本属性
⑴DS-500
化学组成:烯丙基改性硅醇化合物。
有效含量:供货状态下有效固体含量为80%。
适用范围:卷钢/卷铝涂料,镁镍/镁铝合金烤漆,玻璃陶瓷烤漆和各种氨基烤漆。
应用特性:DS-500 对各种烤漆在提供高附着力、柔韧性的同时,显著增强漆膜的硬度和耐MEK、耐化学品性能,尤其对难以附着的镁镍、镁铝合金及镀锌板、铝板、铜材和不锈钢材质有高效。一般用于直接与基材接触的涂层中,在烘烤固化时,该助剂能与金属/陶瓷表面间形成烯丙基络合结构,产生独特的密着黏附力和抗冲击韧性,并对漆膜的交联固化具有良好的催化作用,显著提高涂层的T 弯、耐MEK 擦拭性、耐水蒸煮和耐化学品性能。DS-500 在烘烤固化型的清漆、铝粉漆、实色漆中均适用, 加入成品漆中具有良好的贮存稳定性和多功能促进效力,且完全不影响固化后涂层的光泽度。
用法用量:对成品漆总质量计, 添加量为0.5%~1.2%,通常加入0.8%即有良好效果。
⑵PAE-206
化学组成:高分子环化硅醇化合物。
有效含量:供货状态下固含量为60%。
适用范围:卷钢/卷铝涂料,镁镍、镁铝合金烤漆及各种金属基材用氨基烤漆。
应用特性:在卷钢涂料/卷铝涂料等工业烤漆中,显著提高涂层的T 弯和附着力, 可使卷材涂层的T 弯提高1 ~ 2 个T,同时极为有效地提高漆膜的耐MEK溶剂擦拭性能。PAE-206 对各种金属基材用氨基烤漆在提供优异附着力、韧性的同时,迅速增强漆膜的硬度和耐化学品性能,对难以附着的镁镍、镁铝合金、镀锌板、铝板和不锈钢、铜材等材质有特效,建议用于直接与金属基材接触的涂层中。该助剂具有较强的交联催化作用,故在配方中应单独使用PAE-206,不要与其它催化剂、附着力促进剂拼用,以免损失该助剂的优越性能。PAE-206 在闪光铝粉漆和清漆中有良好的运输贮存及后期应用稳定性,但它与二氧化硅包膜的钛白颜料有一定的反应性,故在含有较多钛白颜料的素色、实色漆中应首先测试其适用性。
用法用量:对成品漆总质量计,添加量为0.5%~1.3%,通常0.7%的加入量即有良好效果。
通过比较DS-500 和PAE-206 两种助剂的典型数据和应用特性,可以看出两者在卷材烘漆中能同时提供涂料极佳的附着力、T 弯、催化、耐MEK 擦拭等多功能效用,是典型的多功能促进剂。表面看来DS-500和PAE-206 功用相似,其实又有很大的区别:后者仅限于金属基材的卷钢/卷铝等烤漆,且对于闪光铝粉漆和清漆有更佳的应用效果;前者除对于金属底材用各类烤漆适用外,对玻璃、陶瓷烤漆同样适用,均有多功能促进效力。明显的不同在于DS-500 添加于各种铝粉烤漆、实色烤漆中,有良好的贮存稳定性,且不影响漆膜光泽度。
3 DS-500和PAE-260在卷材涂料中的应用
由通用饱和聚酯树脂SPE60 制作建筑板用卷钢涂料的面漆、底漆、背面漆;由热固性丙烯酸树脂RAC60 制作簿板卷铝涂料,通过这样2 个实例来探讨DS-500 和PAE-206 赋予卷材涂料的多重性能。
3.1 在SPE60 卷材涂料中的应用
3.1.1 SPE60 饱和聚酯配方
SPE60 饱和聚酯配方组成见表1。
3.1.2 SPE60 聚酯树脂的合成工艺
⑴将1-8 物料分别投入到反应釜中,开通填料柱,关闭直管柱,通入N2并升温。
⑵当温度升至160 ℃时,物料已基本熔融,此时即可开动搅拌,并停通N2(在此温度下酯化反应已开始,并有缩合水产生,故物料已不易出现高温氧化问题)。
⑶在3.5 h 内将温度均匀地由160 ℃升至240 ℃,同时控制填料柱馏头温度在105 ℃左右。当釜内温度达到240 ℃时,在此温度下维持熔融酯化反应1.5 h,之后取样测固体酸值不高于18 mgKOH/g 时,开始使用立柱冷凝回流系统,关闭填料柱。
⑷加入回流二甲苯,温度控制在220 ℃,保持平稳的回流分水状态。在一定的时间间隔下不断取样测酸值和黏度,当固体酸值小于6 mgKOH/g,70%二甲苯溶液的黏度在35 ~ 45 s(格-25 ℃)时,已达到反应终点,即停止加热反应,并降温。
⑸降温到180 ℃时将物料由反应釜底部的放料管抽入已加入稀释溶剂的对稀釜中,搅拌降温。同时把预留的对稀溶剂加入主反应釜中不断搅拌清洗,之后将此洗釜溶剂也加入对稀釜中,并搅拌均匀。当温度降到80 ℃时即可压滤、包装。
3.1.3 SPE60 聚酯树脂成品指标
SPE60 聚酯树脂成品指标如下:固含量为60%;羟值为90 mgKOH/g;酸值为5 mgKOH/g;黏度为35 ~45 s(格-25 ℃);色泽不高于2(Fe-Co)。用已制备好的通用聚酯树脂SPE60 来分别制作卷钢面漆、底漆、背面漆,在底漆和背面漆中重点观察DS-500 和PAE-206 能够赋予涂层的性能。
3.1.4 海蓝卷钢面漆
⑴海蓝卷钢面漆配方
海蓝卷钢面漆配方见表2。
⑵海蓝面漆涂层性能
海蓝面漆涂层性能见表3,其中固化条件为216℃,35 s,板厚0.4 mm(配套添加DS-500 助剂的SPE60聚酯底漆)。
3.1.5 卷钢浅灰色背面漆(单涂层)
⑴卷钢浅灰色背面漆配方
卷钢浅灰色背面漆配方见表4。
⑵性能对比
背面漆中是否添加DS-500 时性能比较见表5,其中固化条件为216 ℃,35 s,板厚0.4 mm。
3.1.6 聚酯浅黄色卷钢底漆
⑴聚酯浅黄色卷钢底漆配方
聚酯浅黄色卷钢底漆配方见表6。
⑵性能对比
聚酯底漆中是否添加DS-500 时的性能比较见表7。其中固化条件为216 ℃,35 s,板厚0.4 mm。
通过以上聚酯型卷钢底漆、背面漆及底、面漆复合后,从是否添加DS-500 时的最终涂层性能表现可以明确地看出:在卷钢漆中,DS-500 能够有效提供漆膜的交联催化及耐MKE 作用,增强附着力和硬度,提高T 弯等级和韧性,改善耐水煮耐腐蚀等多种性能。
3.2 在RAC60 卷铝涂料中的应用
3.2.1 丙烯酸树脂RAC60 的配方
丙烯酸树脂RAC60 的配方见表8。
注:均分4次补加。
3.2.2 热固性丙烯酸树脂RAC60 的合成工艺
⑴搅拌升温到有回流产生时,开始滴加混合单体,用4 h 匀速滴加完,加完后保温反应2 h。
⑵将待补加的引发剂均分为4份,其中的前3 份在保持回流状态下每间隔1 h,用20 min 补加入;第4份补加入后,要保持回流反应2 h;
⑶取样,测转化率,当达到99%以上时可停止反应,开始降温,并加入稀释溶剂,80 ℃以下时,压滤包装。
3.2.3 丙烯酸树脂RAC60 产品指标
丙烯酸树脂RAC60 产品指标见表9。
用自制的热固性丙烯酸树脂RAC60 来分别配制簿板卷铝用闪光铝粉漆和高光泽白面漆,并在添加与不加多功能促进剂DS-500 和PAE-206 情况下,检测其卷铝涂层性能的差异。
3.2.4 闪光卷铝面漆
⑴配方
闪光卷铝面漆配方见表10。
⑵性能对比
上述银色漆中加与不加多功能助剂PAE-206 时的涂层性能对比见表11。固化条件190 ℃,60 s,板厚0.12 mm。
3.2.5 卷铝高光泽白面漆
⑴配方
卷铝高光泽白面漆配方见表12。
⑵性能对比
该卷铝高光白面漆中是否添加DS-500 时涂层性能对比见表13。固化条件190 ℃,60 s,板厚0.12 mm。
4 结语
在以上系列试验中,都充分地表明:多功能促进剂PAE-206 和DS-500 无论在卷钢涂料还是在卷铝涂料中,均能有效补充主体成膜树脂提供最终涂层性能的不足之处,在仅添加一种促进剂的情况下,就能提高卷材涂料的多项性能指标,这既方便了涂料厂家为满足用户对性能的要求而选择多个附着力助剂、催化助剂等的麻烦,又在一定程度上降低了制漆成本,所以说这两款多功能助剂是值得介绍给广大工业涂料制造厂商的。