《预涂金属卷材UV涂料用树脂的研发与应用》由会员分享，可在线阅读，更多相关《预涂金属卷材UV涂料用树脂的研发与应用（10页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、预涂金属卷材UV涂料用树脂 的研发与应用朱章卫、廖广健、黄晓昌(江门制漆厂有限公司广东江门529075)摘要：UV涂料作为一种高效、节能、环保类型的涂料，在金属卷材中具有较大的市场前景， 目前uV涂料在卷材使用主要面临柔韧性偏差，T弯达不到卷材涂料的要求，本文选取具有 线性结构的聚己内酯二元醇、聚碳酸酯二元醇与三羟甲基丙烷，加入丙烯酸进行直接酯化， 制得的聚酯树脂可用于预涂金属卷材uV涂料中，分别考察了聚合二元醇的影响，催化剂种 类与用量，阻聚剂的种类与用量，带水剂的种类与用量，反应温度，反应时间等因素的影响。 结果表明：采用聚己内酯二元醇2000和聚碳酸酯元醇2000与三羟甲基丙烷加入丙烯酸
2、酯化 制得的UV树脂在预涂金属卷材uV涂料上性能最好，实验确定催化剂对甲苯磺酸用量为 25，阻聚剂BHT对甲氧基苯酚l：1，用量为05，甲苯为带水剂，用量为40-45，反 应温度为110，反应时间为4小时，实验条件最佳。 关键词：金属卷材；uV涂料；uV树脂1UV光固涂料概述随着科学技术的发展，人们生活质量的不断提高，人类对生态环境保护和重视，对大气 排放物VOC进行严格的立法限制，光固化产品的优越性就显得更为突出。UV光固化涂料就 是在这种背景下得到快速的发展。UV光固化涂料的显著优点是：高效、节能、环保、适应性 广，这些特点被很好的体现在已有大量应用的UV涂料、UV油墨和uV胶黏剂等领域。
3、目前 UV光固化产品应用市场较大的有：uV光固化纸上光油及UV油墨、UV光固化木器涂料、 uV光固化塑料涂料、UV光固化真空电镀涂料等。市场有少量应用，但市场开发潜力巨大的 有：UV光固化金属涂料、UV光固化皮革涂料、UV光固化汽车修补涂料等领域。卷材涂料起源于20世纪30年代的美国，80年代的中后期，我国的宝钢、武钢等引进国 外的卷材流水线，拉开了国内彩钢板生产的序幕。卷材涂料的涂装是以冷轧钢板、镀锌钢板、88镀铝锌钢板等为基板，采用高度自动化的辊涂生产方式，钢板经过脱脂、化学处理、涂底漆、 高温烘烤、涂面漆、高温烘烤后成膜，并达到一定物理性能和抗刮性的涂层。彩钢板产量的 70左右为建筑用途
4、，而家电用途的彩板也占有一定份额，约8-10，其余为商业用途、容器用板、交通与汽车、金属家具等。 近几年，我国彩涂板市场呈现突飞猛进的增长太势，2002-2005年期间，一批大型现代化彩涂板生产线相继投产，宝钢、鞍钢、首钢、本钢、邯钢、马钢等相继引进了彩涂流水线。 2006年，武钢又引进了国内最快的2号彩涂线，机组运行速度达到180mmin。随着一批大型 机组的投产，国内彩涂板的竞争进入了白热化的状态。彩涂板都是流水线作业，自动化程度高，光固化产品最常见的为UV涂料、UV油墨和 UV胶黏剂，它们的最大特点是固化速率快，一般在几秒到几十秒之间，最快的可在005-01s 的时间内固化，是目前各种涂
5、料、油墨、胶黏剂中干燥固化最快的，这就能满足大规模自动 化流水线的生产要求，大大提高了生产效率，还节省了半成品堆放的空间。4】家电彩板应用 近10为聚氨酯涂料，其余则为聚酯涂料，因此UV光固化聚酯涂料在UV光固化预涂金属 涂料这一领域的应用发展潜力巨大，是未来UV光固化涂料发展的巨大应用领域所在。2金属卷材涂料的特点1、应用特性：卷材涂料是用涂覆在钢板、铝板表面的一种专业涂料，广泛应用于家电、 建筑、船舶等领域，以质轻、性优、价廉、方便著称。2、工艺特点：高度自动化控制，工艺操作单元多(开卷、缝合、酸洗、中和、水洗、烤 干、化学处理、初涂、烘烤、精涂等)，对底材的处理要求高：速度快，烘烤温度高
6、，能耗高； 在涂装上有背漆、底漆、面漆(可以连续性一次加工)。3、性能测试指标特点：主要表现在T弯附着力、冲击、杯突，这些特性主要是其加工性 能要好；耐酸、耐碱、Quv测试主要是户外耐候性。3UV光固化技术在卷材上应用的优势UV光固化涂料在金属卷材上的应用具有一些特有的优势，具体体现在：(I)UV光固 化涂料的固化速度极快，几秒至几十秒即可完成固化，很适合自动化的生产线：(2)相对于 热固化200。C以上的烤温而言可以不烘烤或是低温烘烤(促进施工流平与固化)即可，大大 节省能源，特别是现在LED灯管在uV涂装线上的推广与应用，可以节省能量在90以上； (3)UV光固化涂料可以以活性稀释剂代替传
7、统的惰性稀释剂，以避免涂装过程中带来的大 气污染；(4)金属卷材在涂装过程中均为平面，所以不存在死角，这使UV光固化最易做到 的，在涂膜的厚度上一次性涂装均小于30微米，现在的有色系统完全可以达到要求。总之，uV光固化涂料在卷材上的应用具有快速固化、节能、环保等诸多优点，如果能够 进一步改善UV光固化涂料的柔韧性，以及大幅度降低UV涂料的成本，那么UV光固化涂 料在金属卷材领域将能够大范围的替代传统的卷材涂料，具有很好的应用前景。894聚酯丙烯酸酯的合成研究由于金属基材表面致密，有机涂料无法渗透、吸附，常用的丙烯酸酯化树脂和单体在快 速固化过程中收缩应力大，UV涂层对金属的附着力不佳，是uV固
8、化涂料应用于金属表面时 经常遇到的问题。该小节主要介绍一种聚酯改性丙烯酸酯uV光固化树脂的合成，通过该树 脂的改性可以大大提高uV涂料在金属卷材的附着力及柔韧性。41原材料表1材料名称及规格材料名称规格生产厂家 聚己内酯二元醇2000工业品柏斯托 聚碳酸酯二元醇2000工业品柏斯托 三羟甲基丙烷(TMP)工业品日本三菱化学株式会社高纯丙烯酸(AA)工业品北京东方化工厂甲苯工业品茂名中海南联石化有限公司 对甲氧基苯酚工业品法国罗地亚公司 对甲苯磺酸工业品99响水富梅化工有限公司氢氧化钠工业品30江门电化厂 2，6二叔丁基对甲苯酚(BHT)食品级德国拜耳公司光引发剂819优等品瑞士汽巴(CIBA)
9、公司 光引发剂TPO优等品瑞士汽巴(CIBA)公司42仪器设备表2实验仪器设备 名称型号厂家紫外光加速老化试验机QuvQLAB公司 43合成工艺431按基础配方准确称量聚己内酯二元醇、聚碳酸酯二元醇、三羟甲基丙烷、丙烯酸、甲 苯、对甲氧基苯酚、BHT、对甲苯磺酸，加入四口烧瓶中，通入微量压缩空气，升温至110回流酯化反应4小时，检测酸值基本不降，无水馏出时为终点。432降温至60。C以下用10碳酸钠或5氢氧化钠巾和，分掉中和液，用去离子水洗3590次，分掉水液后经无水氯化钙干燥过夜，升温至l l 0。C回流30分钟，抽真空用减压蒸馏方式 把脱水剂甲苯蒸出，用400目滤布过滤后得到微黄透明粘稠液
10、丙烯酸酯低聚物。433测试涂膜的配配制及固化方法将聚酯丙烯酸酯预聚物、活性单体HDDA、光引发剂TPO、819和其它助剂按表比例混 合均匀，然后用刮棒均匀地刮涂于实验基材上，选用马口铁片、ABS板、PC板为素材，膜厚 约为101am，经过uV固化机紫外曝光灯照射一定时间，使固化成膜，固化膜进行性能测试。表3涂料性能测试的基础配方原料聚酯丙烯酸酯HDDA光引发剂TPO光引发剂819流平剂358 质量分数()855102205434低聚物的测定和涂膜性能的表征 粘度：用NDJ一1旋转粘度计测定；固化速度(固化时间)：采用指干法，也叫压痕法，参照国家标准GBT 169951997测定； 附着力：采用
11、划格法测定，参照GB 928688测定，大于90100为优，小于75100为差，其余为中等；耐黄变性：采用QUV紫外光加速老化试验机，参照GBT239832009木器涂料耐黄变性 测定法测定；硬度：采用铅笔硬度，参照GBT 67391996涂膜硬度铅笔测定法测定。酯化率：y：巫100。 式中：丫一树脂的酯化率：)C1一实际出水量：)p一理论出水量44结果与讨论441聚合二元醇的影响 用于预涂金属卷材uV涂料的聚酯树脂要有线性结构，且树脂的分子量较大。线性结构的聚酯具有优异的弯曲，深冲加工性，耐黄变性；高光泽、流平好、对颜料润湿性强。如下 表所示：表4聚合二元醇结构对合成树脂性能的影响聚合二元醇
12、固化速度T弯耐黄变性硬度流平性 聚己内酯二元醇1000快 2T好 H好 聚碳酸酯二元醇1000快 2T好 H好聚醚二元醇1000快 2T差 H好 聚己内酯二元醇2000快1T好HB好 聚碳酸酯二元醇2000快lT好HB好 聚醚二元醇2000快1T差HB好 聚己内酯二元醇3000慢1T好 B差91聚碳酸酯二元醇3000慢1T好B差聚醚二元醇3000慢1T差B差如上表4可知，树脂分子中线性多元醇部分可以为漆膜提供更好的柔韧性，通过调节多 元醇的种类、相对分子量大小及各组分的比例，可以使该树脂的相对分子值量在较宽的范围 内变化，这样可根据需要获得不同的机械性能。故本实验选取了聚己内酯二元醇2000和
13、聚碳 酸酯二元醇2000两种1：1复配使用，两者性能互补，达到更好的涂膜性能。442不同催化剂及其用量的影响直接酯化反应在相对较低的温度条件下酯化，需要使用催化剂才能使体系进行反应。强 酸能大大加速酯化反应，如浓硫酸、对甲苯磺酸、杂多酸、超强固体酸等强酸对该反应的催 化效率较高。在固定反应条件原料比例、阻聚剂、带水剂、反应温度、反应时间不变，分别 采用浓硫酸、对甲苯磺酸、杂多酸、超强固体酸作为酯化反应的催化剂，在不同用量下的催 化效果如下图l所示：10095 誉90 蔓8805 盖75 陋706560115022503催化剂用量 图1不同催化剂及其用量对酯化率的影响由上图1可见，浓硫酸催化效率
14、最高，对甲苯磺酸次之，杂多酸和超强固体酸最差。但 在实际反应中发现，采用浓硫酸作催化剂，反应体系不如对甲苯磺酸的稳定，且产物颜色较 深，较为浑浊；而采用对甲苯磺酸作催化剂的酯化产物颜色相对较浅，也较为透明。这是因 为浓硫酸具有强氧化性、脱水性和自身酯化性，使反应物颜色变深；而对甲苯磺酸不具有强 氧化性，其催化活性较高。在反应温度低条件下，转化率高，产品质量好，容易去除等优点。 其它两种催化剂对该反应的催化效率不高，且它们价格都较高，市场化低，难以量化。故选 取对甲苯磺酸作为酯化反应的催化剂。由上图可知，催化剂用量直接影响反应进程，催化剂用量不足，酯化反应不完全，酯化 率低；用量过多，造成产品的
15、颜色加深，容易发生副反应，再者增加生产成本。所以实验中 选用对甲苯磺酸作催化剂时用量约为25时为最佳。443阻聚剂的影响92丙烯酸及其丙烯酸酯产物均含有不饱和双键，在酯化反应温度下是极易发生聚合反应， 因此反应过程中一定要加入阻聚剂来防止体系发生聚合，减少副反应的发生。不同的阻聚剂 在不同用量下阻聚效果是不一样的，选择的阻聚剂应具有用量少，效率高，易去除等特点。在原料配比，催化剂、带水剂的种类和用量以及反应温度，反应时间等反应条件不变的情况下，改变阻聚剂的种类，产品的颜色及收率与阻聚剂种类的影响如下表示 表5阻聚剂种类的影响阻聚剂反应现象产品颜色产率 BHT无釜边上发白微黄透明 908 对甲氧
16、基苯酚无釜边上发白微黄透明903 BHT对甲氧基苯酚1：1复配无釜边上发白接近水白926 对苯二酚轻微釜边上发白黄色透明889由上表5看出，阻聚剂BHT与对甲氧基苯酚的阻聚效果差不多，但两者复配使用时阻聚 效果更佳，两者的阻聚效果起到互补作用，得到的树脂颜色最浅，产率最高。故选取了BHT 与对甲氧基苯酚1：1复配为阻聚剂。本实验固定原料配比，催化剂对甲苯磺酸用量为25，甲苯为带水剂，用量为40，反 应温度为110。C，反应时问为6小时，阻聚剂BHT对甲氧基苯酚1：1，分别考察了其用量 02，03，04，05对反应的阻聚效果如下表所示：表6阻聚剂的用量对反应的影响阻聚剂用量反应状态产率02严重釜边上发白84503严重釜边上发白88 404轻微釜边上发白90305无釜边发白925由表6看出，阻聚剂用量低于03时，合成物中聚合物含量较高，造成产物收率低，且 达不到阻聚效果；
