預(yù)涂卷材涂料性能的影響因素

中國(guó)新型涂料網(wǎng)訊：

    近年來(lái)，隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)建設(shè)的持續(xù)高速增長(zhǎng)，預(yù)涂卷材應(yīng)用領(lǐng)域和需求量不斷擴(kuò)大。國(guó)內(nèi)預(yù)涂卷材主要應(yīng)用領(lǐng)域是建筑行業(yè)，近年來(lái)，家電行業(yè)也開(kāi)始采用預(yù)涂卷材，且需求量明顯增加，此外，交通運(yùn)輸?shù)阮I(lǐng)域中的應(yīng)用也在逐漸啟動(dòng)。

預(yù)涂卷材表面已涂裝好，可以直接進(jìn)行加工成型工藝，因此要求其具有高強(qiáng)度和良好的機(jī)械加工性能，同時(shí)又要求具有良好的耐腐蝕性能和物理屏蔽性能。

預(yù)涂卷材涂膜為多涂層體系，一般底材正面涂裝一道底漆和一道面漆，背面涂裝一道背面漆，有時(shí)在背面漆下也涂裝一道底漆。不同的涂層有不同的性能要求。底漆膜應(yīng)提供良好的耐腐蝕性及對(duì)底材、面漆膜的附著力。面漆膜應(yīng)有良好的遮蓋力和裝飾性，對(duì)外用預(yù)涂卷材還要求具有耐久性。底面復(fù)合涂膜要求提供良好的機(jī)械性能(如柔韌性、硬度等)，能滿足各種加工要求以及耐碰撞和劃傷。背面漆膜的機(jī)械加工性能可以比面漆膜略低一點(diǎn)，但要求有良好的耐劃傷性。

1 涂膜附著力和內(nèi)聚力對(duì)性能的影響

涂膜的附著力是指涂膜與被涂底材表面結(jié)合在一起的堅(jiān)牢程度，它產(chǎn)生于涂料中聚合物的分子極性基團(tuán)與被涂底材表面極性分子的極性基團(tuán)之間的相互吸引力。涂膜的內(nèi)聚力是使涂膜中粒子粘結(jié)在一起形成連續(xù)完整涂膜的能力，它產(chǎn)生于涂膜內(nèi)部相鄰分子之間的相互吸引力。附著力和內(nèi)聚力同時(shí)影響著涂膜的性能，附著力不好，涂膜易從底材剝落而失效，內(nèi)聚力不夠時(shí)，涂膜本身易破壞，產(chǎn)生裂紋等。在預(yù)涂卷材涂膜的T彎試驗(yàn)中，要對(duì)樣板彎折，并用有一定粘性的膠帶紙粘結(jié)，觀察其有無(wú)裂紋及脫落，出現(xiàn)裂紋意味著涂膜內(nèi)聚力的破壞，而涂膜如果被膠帶紙粘掉，即意味著與底材間的附著力不夠。

1．1 附著力的影響因素

附著力受底材的影響較大，通過(guò)對(duì)底材進(jìn)行合適的表面處理可以大大提高涂膜的附著力，降低涂料的表面張力、提高潤(rùn)濕性以及增加涂料的極性也可以提高附著力，卷材涂料中常通過(guò)加入附著力促進(jìn)劑提高對(duì)底材的附著力即是基于該原理。對(duì)底面復(fù)合涂膜，還要考慮底漆膜與面漆膜之間的層問(wèn)附著力，其中底漆的影響更大，即有所謂底漆的二次交聯(lián)問(wèn)題，底漆

膜交聯(lián)程度不能太高，如果底漆膜太致密，會(huì)影響與面漆之間的層問(wèn)附著力，而如果控制底漆基料樹(shù)脂中的官能團(tuán)，使之具有不同的反應(yīng)活性，底漆固化時(shí)活性高的官能團(tuán)先反應(yīng)，使底漆膜部分交聯(lián)固化，然后活性略低的官能團(tuán)在面漆烘烤固化時(shí)進(jìn)行交聯(lián)反應(yīng)而使底漆完全固化，從而提高底面層問(wèn)附著力。中化建常州涂料化工研究院卷鋼涂料組新開(kāi)發(fā)了一種聚氨酯底漆，其基料樹(shù)脂中所含羥基官能團(tuán)具有兩種不同活性，樹(shù)脂分子兩端的伯羥基反應(yīng)活性高，通過(guò)加入適量的交聯(lián)村脂，使這部分官能團(tuán)發(fā)生交聯(lián)反應(yīng)，使底漆膜部分固化。然后，樹(shù)脂支鏈部分所含的部分仲羥基，在面漆烘烤固化時(shí)可以與其中過(guò)量的交聯(lián)劑發(fā)生交聯(lián)反應(yīng)而使底漆膜進(jìn)一步固化，從而提高底面層間附著力，提高了底面復(fù)合涂膜的性能。

1．2 內(nèi)聚力的影響因素

涂膜的內(nèi)聚力則更多取決于涂膜本身的性能。影響涂膜內(nèi)聚力的主要因素有以下幾方面。

1．2．1涂料的顏基比

顏料的加入會(huì)降低涂膜的內(nèi)聚力，以卷材涂料中常用的白灰和海藍(lán)兩種顏色的面漆為例，在同樣的基料體系中，白灰的T彎往往不如海藍(lán)，一般要差I T～ 2 T，這是由于白灰的顏基比要比海藍(lán)高得多．因而它的內(nèi)聚力降低，從宏觀機(jī)械性能上就表現(xiàn)為T彎性能的降低。更進(jìn)一步。當(dāng)達(dá)到或超過(guò)臨界顏料體積濃度(CPVC)時(shí)，涂膜的內(nèi)聚力會(huì)急劇降低，因?yàn)橥?/span>膜中顏料太多，結(jié)構(gòu)松散，沒(méi)有足夠的基料樹(shù)脂將它們粘合在一起，導(dǎo)致內(nèi)聚力降低。此外，在顏料分散時(shí)加入合適的分散劑提高潤(rùn)濕分散性，有助于涂膜內(nèi)聚力的提高。

1．2．2 基料樹(shù)脂的影響

基料樹(shù)脂相對(duì)分子質(zhì)量提高，形成的涂膜的內(nèi)聚力提高。提高樹(shù)脂官能度從而提高交聯(lián)密度可以提高涂膜內(nèi)聚力。基料樹(shù)脂的玻璃化溫度影響涂膜的內(nèi)聚力，涂膜處于高于玻璃化溫度的條件下時(shí)，自由體積增加，涂膜更柔軟。涂膜在低于其 的溫度下受力后的形變?yōu)榇嗔选?span lang="EN-US">

卷材涂料底漆按基料樹(shù)脂不同分為環(huán)氧體系與聚酯體系。環(huán)氧體系中采用中高相對(duì)分子質(zhì)量環(huán)氧樹(shù)脂，含有大量的極性基團(tuán)，底漆附著力好，特別是濕附著力好，但其較高，得到的涂膜的柔韌性較差。因此在一些對(duì)T彎性能要求較高的領(lǐng)域如家電板，更多的是采用聚酯體系，以中高相對(duì)分子質(zhì)量聚酯樹(shù)脂為基料樹(shù)脂，具有與環(huán)氧樹(shù)脂相當(dāng)?shù)呐c底材的附著力，此外，聚酯樹(shù)脂合成時(shí)可以通過(guò)合理地選擇原材料種類更自如地調(diào)控樹(shù)脂的 、相對(duì)分子質(zhì)量、支鏈化程度、官能度等，更容易得到既具有優(yōu)異的附著力又具有高內(nèi)聚力的基料樹(shù)脂。在T彎性能上，采用聚酯體系底漆的卷材涂膜可以達(dá)到0 T，而采用環(huán)氧體系，則很難達(dá)到0 T。

為了考察底漆所用基料樹(shù)脂相對(duì)分子質(zhì)量對(duì)卷材涂膜性能的影響，選擇幾種卷材涂料中常用的不同相對(duì)分子質(zhì)量的線型聚酯作試驗(yàn)，配制成白色面漆，除基料樹(shù)脂不同外，其他條件(固化劑、助劑、底材、配套底漆、施工固化條件等)都相同，試驗(yàn)結(jié)果如表1所示。

表1 不同相對(duì)分子質(zhì)量線型聚酯樹(shù)脂對(duì)應(yīng)的涂膜性能

由表1可以看出，在一定范圍內(nèi)，隨著樹(shù)脂相對(duì)分子質(zhì)量提高，涂膜柔韌性、內(nèi)聚力、附著力提高，從而T彎性能越來(lái)越好，而耐MEK擦拭性能、鉛筆硬度(耐劃傷性)、耐沾污性等略降低，但沒(méi)有明顯的規(guī)律性變化，可能這些性能受其他因素如等影響更大。不過(guò)如果相對(duì)分子質(zhì)量再進(jìn)一步提高，由于用于交聯(lián)的官能團(tuán)太少，會(huì)導(dǎo)致涂膜的耐MEK性能、鉛筆硬度、耐沾污性等明顯降低。因此基料樹(shù)脂的相對(duì)分子質(zhì)量不宜太低也不宜太高。實(shí)際應(yīng)用中應(yīng)根據(jù)不同的用途合理選擇偏重于何種性能要求。

1、2．3 膜厚的影響

涂層膜厚提高，內(nèi)聚力提高。在宏觀上即表現(xiàn)為隨膜厚提高，涂膜的機(jī)械性能(如T彎)、耐擦拭性能等提高。

考察卷材底漆及面漆膜厚對(duì)復(fù)合涂膜T彎及耐MEK擦拭性能的影響，實(shí)驗(yàn)中采用相同的底漆(中化建常州涂料化工研究院新研制的高性能聚酯聚氨酯底漆)及面漆，采用相同的底材(熱鍍鋅鋼板)和相同的固化條件，結(jié)果見(jiàn)表2：

表2 膜厚對(duì)涂膜性能的影響

從表2中數(shù)據(jù)可以明顯看出，涂膜越厚，涂膜的機(jī)械性能越好，特別是面漆涂膜要獲得一定的膜厚值(臨界膜厚)才能達(dá)到所需的機(jī)械性能。

1．2．4 涂膜固化或交聯(lián)的影響

涂料固化時(shí)，由于溶劑的蒸發(fā)以及交聯(lián)反應(yīng)的發(fā)生，會(huì)使體積收縮，釋放內(nèi)應(yīng)力，而保持涂膜的內(nèi)聚力。卷材涂料底漆中常用的環(huán)氧樹(shù)脂體系，與底材的附著力很好，但其內(nèi)聚力低，體積收縮小，只有通過(guò)龜裂釋放應(yīng)力，表現(xiàn)在T彎性能上，即環(huán)氧底漆往往更容易產(chǎn)生裂紋。如果涂膜附著力很好且內(nèi)聚力高，涂膜則不容易產(chǎn)生裂紋，如果受到外部應(yīng)力，一般涂膜會(huì)喪失附著力，表現(xiàn)在T彎性能上，涂膜更容易被粘掉，而不易產(chǎn)生裂紋。

底漆交聯(lián)程度不能太高，如果底漆交聯(lián)太好，漆膜太堅(jiān)硬，由于底漆顏基比往往很高，其內(nèi)聚強(qiáng)度低時(shí)，不能抵御面漆涂膜體積收縮釋放的應(yīng)力，容易造成底漆膜開(kāi)裂。

2 面漆的交聯(lián)密度對(duì)性能的影響

預(yù)涂卷材涂料中面漆的交聯(lián)密度對(duì)涂膜的一些重要性能如耐MEK擦拭性、耐沾污性、硬度、T彎及耐劃傷性等有較大的影響。通常，交聯(lián)密度提高，涂膜的致密程度提高，從而涂膜的耐MEK擦拭性、耐沾污性、硬度及耐劃傷性提高，而T彎性能可能會(huì)下降。

影響涂膜交聯(lián)密度的因素主要有基料樹(shù)脂的官能度、支鏈化程度、交聯(lián)樹(shù)脂用量、固化條件等。基料樹(shù)脂官能度提高，如果有足夠的交聯(lián)樹(shù)脂與之交聯(lián)反應(yīng)，涂膜就越致密：樹(shù)脂支鏈化程度越高，越容易形成網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，涂膜越致密，交聯(lián)密度越高。交聯(lián)樹(shù)脂種類對(duì)得到的涂膜的交聯(lián)密度也有一定的影響，卷材涂料中最常用的交聯(lián)劑為氨基樹(shù)脂(特別是甲醚化三聚氰胺樹(shù)脂)和封閉型異氰酸酯化合物。

實(shí)驗(yàn)中將2種不同官能度的樹(shù)脂拼用，使固化得到的面漆漆膜具有不同的交聯(lián)程度，以觀察漆膜交聯(lián)程度對(duì)性能的影響。一種樹(shù)脂是中化建常州涂料化工研究院卷鋼涂料組新研制的中高相對(duì)分子質(zhì)量線型聚酯HY—C一04，樹(shù)脂理論羥值約15 mg KOH／g，另一種樹(shù)脂是HSPE樹(shù)脂，樹(shù)脂理論羥值約160 mg KOH／g。除了2種樹(shù)脂比例不同，其他條件包括固化劑及施工條件、底材、底漆等均相同，結(jié)果見(jiàn)表3。

表3 交聯(lián)程度對(duì)涂膜性能的影響

    從表3可以看出，隨體系官能度提高，涂膜交聯(lián)程度提高，耐MEK性能、耐沾污性及鉛筆硬度提高，但柔韌性下降，T彎性能變差。

為研究固化劑對(duì)涂膜性能的影響，選用卷材面漆中最常用的幾種固化劑作試驗(yàn)，其他條件如基料樹(shù)脂、底材、底漆及施工條件均相同，結(jié)果見(jiàn)表4。

表4 不同固化劑對(duì)涂膜性能的影響

從表4可以看出，在卷材涂料常用的固化反應(yīng)條件下，不同交聯(lián)劑對(duì)T彎性能影響不明顯，但以全甲醚化氨基樹(shù)脂為交聯(lián)劑，涂膜的交聯(lián)密度要略高一點(diǎn)，也可能是其反應(yīng)活性要比封閉聚氯酯樹(shù)脂高，所以表現(xiàn)為耐MEK性能略好.

影響預(yù)涂卷材涂料性能的因素很多，本文著重探討了涂膜的附著力、內(nèi)聚力及交聯(lián)密度等對(duì)涂膜的機(jī)械性能的影響。

(1)附著力受底材的影響較大，通過(guò)對(duì)底材進(jìn)行合適的表面處理可以大大提高涂膜的附著力，降低涂料的表面張力、提高潤(rùn)濕性以及增加涂料的極性可以提高附著力。

(2)涂料顏基比的高低影響涂膜內(nèi)聚力的大小，提高顏基比，內(nèi)聚力降低，涂膜T彎性能下降

(3)基料樹(shù)脂相對(duì)分子質(zhì)量提高，涂膜內(nèi)聚力提高，從而T彎性能提高。

(4)涂層膜厚對(duì)性能有較大影響，膜厚提高，涂膜的T彎、耐MEK性能都提高。

(5)預(yù)涂卷材涂料中底漆不能太硬，交聯(lián)程度不能太高，而面漆則要達(dá)到一定的交聯(lián)密度，這樣得到的復(fù)合涂膜才能具有良好的機(jī)械性能。