低温快速双固化塑料涂层材料研究
摘要:
2050羟基丙烯酸树脂与混醚化的氨基树脂、潜催化剂KC等复配成的丙烯酸氨基涂料具有低温固化特性,该氨基涂料与一定比例的多异氰酸酯固化剂交联得到的双固化低温快速固化塑料涂料,配合对树脂溶解性好而且还具有一定挥发梯度的专用稀释剂,所得涂料施工性能优良、可低温固化、交联密度高、初始硬度高、涂膜综合性能优异,可大大提高塑料件喷涂的生产效率。
关键词:双固化;羟基丙烯酸树脂;氨基树脂;多异氰酸酯固化剂;塑料
0 引言
双组分聚氨酯涂料因其耐化学腐蚀、耐酸碱、耐溶剂、耐磨、耐划伤、耐冷热变化、漆膜丰满光亮、附着力优异,并且含羟基组分与多异氰酸酯固化剂比例可调、能常温干燥或低温烘干等优点,而在木器、塑料、大型机械、航空、桥梁、工程、电器、汽车修造等行业应用广泛。特别是近年来被大量应用于高档塑料制品的涂饰,如:洗衣机、冰箱、手机、MP3等塑料外壳的涂装[1-3]。由于塑料材质本身具有耐热变形温度低、对溶剂敏感、表面极性低等特点,与传统金属材质涂装工艺相比,流水线喷涂更易于产生质量缺陷,翻修率很高,又受到喷涂厂家生产空间的限制,要提高生产效率,必须提高涂膜的干燥速度。目前各喷涂厂家使用的双组分聚氨酯塑料漆,由于干燥速度慢(即初始硬度低)不能马上打磨或检测包装,给生产带来极大的不便。针对此问题,本文研制了一种低温快速双固化涂料,并对其交联机理进行了研究。
1 实验部分
1.1 实验原料
2050低羟值丙烯酸树脂、磺酸吡啶盐KC:工业品,台湾德谦化工公司;混醚化的三聚氰胺树脂、多异氰酸酯固化剂:德国拜耳公司生产;二甲苯、酯、酮、醇类稀释剂:工业级,脱水;喷涂底材ABS:丁二烯-丙烯腈-苯乙烯的三元共聚物,临界表面张力为34～38mN/cm,热变形温度为75～107℃。
1.2 试验仪器及设备
高速分散机、耐醇擦拭仪、划格法附着力测试仪、铅笔硬度计、红外光谱测试仪、交联度测试仪。
1.3 物料配比
甲组分主剂:羟基丙烯酸树脂65%～70%(质量分数,下同);氨基树脂10%～15%;颜料20%～5%;催干剂2%～4%;助剂0.2%～0.5%;稀料3%～6%。
乙组分固化剂:己二异氰酸酯。
m(主剂)∶m(固化剂)=15∶1
1.4 成品检测技术指标
表1所示为双固化塑料涂料技术指标。
1.5 操作过程
1.5.1 工艺路线
工艺流程如图1所示。
图1 工艺流程示意图
表1 双固化塑料涂料技术指标
1.5.2 各项性能的测试
(1) 干燥性的测定:将喷涂完的样板流平后,在规定的温度下烘烤20min,室温冷却8min,看漆膜是否烘干;再放于烘箱中烘10min,室温冷却8min,观察漆膜是否已干;待样板在烘箱中的总时间为100min时,结束烘烤。
(2) 硬度的测定:按GB/T6739—1996测定。
(3) 耐醇性的测定:用涂层耐溶剂测定仪测定。
(4) 附着力的测定:按GB/T9286—1998测定。
(5) 贮存稳定性测定:将树脂各种物料配好,再密封保存,观察涂料的变化。
2 结果讨论
2.1 丙烯酸树脂与氨基树脂的不同配比对涂膜性能的影响
磺酸吡啶盐KC含量4%,m(主剂)∶m(固化剂)=15∶1,烘干温度70℃,烘干时间30min。丙烯酸树脂与氨基树脂的质量比分别为:2∶1、3∶1、4∶1、5∶1、6∶1、7∶1,其耐醇性能测试结果见图2。
图2 氨基树脂的含量对涂层耐醇擦洗性的影响
由图2可以看出,丙烯酸树脂与氨基树脂的配比为5∶1时耐醇擦最好。
2.2 固化剂用量对涂膜性能的影响
丙烯酸树脂与氨基树脂的质量比为5∶1;烘干温度70℃,烘干时间30min,KC含量4%,主剂∶固化剂质量比分别为8∶1、10∶1、12∶1、15∶1、18∶1、20∶1,其耐醇性能测试结果如图3所示。
由图3可以看出,主剂与固化剂之比在15∶1时涂膜耐醇性能最好。
图3 固化剂用量对涂膜耐醇擦洗性的影响
2.3 KC用量对涂膜性能的影响
丙烯酸树脂与氨基树脂的比例为5∶1;烘干温度70℃,烘干时间30min,m(主剂)∶m(固化剂)=15∶1,KC的用量对塑料涂膜的性能影响如表2所示。
表2 KC用量对涂膜性能的影响
由表2可以看出,KC含量在4%时涂膜性能最佳,随着KC的含量增高耐醇性提高,但涂膜的硬度和附着力变差。
2.4 低温烘烤氨基塑料漆、PU聚氨酯塑料漆和双固化体系的性能比较
低温烘烤氨基塑料漆中2050羟基丙烯酸树脂、混醚化氨基树脂的质量比为5∶1,烘干温度70℃,烘干时间30min,KC含量4%;双固化体系在以上基础上加多异氰酸酯,其配比为m(主剂)∶m(固化剂)=15∶1;双组分PU体系采用2050羟基丙烯酸树脂和多异氰酸酯。其涂膜性能比较如表3所示。
表3 三种体系的性能比较
2.5 固化过程的交联度分析
2.5.1 样品制备
(1)氨基树脂与一定比例的2050羟基丙烯酸树脂和稀释剂、磺酸吡啶盐KC混合搅匀,得到丙烯酸氨基漆,为1#清漆;
(2)把上述丙烯酸氨基漆与一定量的多异氰酸酯固化剂混合,并加入一定量专用稀释剂,得到2#双固化型塑料漆;
(3)把2050羟基丙烯酸树脂与一定量多异氰酸酯固化剂混和,并加入一定量工业脱水二甲苯和醋酸丁酯溶剂稀释,得3#聚氨酯清漆。
把1#～3#清漆涂在聚乙烯的膜片上,70℃下固化30min成膜,冷却后剥离下涂膜进行红外光谱及苯析试验。
2.5.2 交联密度的测定
将一定量的涂膜在沸腾的二甲苯中抽提20h取出,溶解掉未交联的成分,在室温下放置5h,在90℃烘烤1h,称质量,计算交联度[7]。1#～3#的交联度分别为83.02%、95.11%和81.03%。上述结果表明:丙烯酸低温氨基烤漆体系和丙烯酸树脂与多异氰酸酯复配成的聚氨酯漆均不如2050丙烯酸树脂、氨基树脂和多异氰酸酯复配成的双固化杂化体系的交联度大。
3 结语
通过大量的试验和分析,2050羟基丙烯酸树脂与氨基树脂、潜催化剂KC等复配成的丙烯酸氨基漆,具有低温固化特性,该氨基漆配以适当比例的多异氰酸酯固化剂,制成的双组分聚氨酯漆,可低温烘干、漆膜丰满光亮、综合性能优异。提高了漆膜的交联密度、干燥速度、硬度、耐醇擦等性能,既节省能源又提高了工作效率,扩大了产品的适用范围。
