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当应用于不锈钢基材上的高耐水煮烤漆的研制

发布时间:2021-09-11 09:54:20 阅读: 来源:增压泵厂家

应用于不锈钢基材上的高耐水煮烤漆的研制

应用于不锈钢基材上的高耐水煮烤漆的研制

2019年07月23日

应用于不锈钢基材上的高耐水煮烤漆的研制

邱时信

(中山市恒美油墨涂料有限公司,广东中山528441)

摘要:介绍了应用于不锈钢基材上的高耐水煮烤漆的配制,重点探讨了热固性丙烯酸树脂、氨基树脂、环氧树脂和各种助剂对应用于不锈钢基材上的高耐水煮烤漆耐水煮性能的影响。结果表明,选用ACR8688热固性丙烯酸树脂作为配方的主体树脂,Uramex BF892氨基树脂作为主体交联剂,搭配封闭型异氰酸酯Desmodur BL3175 SN,同时辅于其他助剂时,涂膜在不锈钢基材上有稳定的附着力和优异的耐水煮性能,适合应用于不锈钢基材且要求耐水煮的高档器具的施工应用。

关键词:不锈钢;耐水煮;氨基树脂;烤漆

0引言

氨基烤漆具有优秀的机械性能,其涂膜硬度高、光泽亮、丰满度好,有良好的电绝缘性,其对五金基材有良好的附着力,且喷涂施工时没有施工时效性的要求,适合连续不间断的喷涂操作,有着诸多其他类型的涂料所不及的优点,因此广泛应用于汽车、家电、家用器具、仪器仪表等领域涂料。

然而,普通的氨基烤漆也有自身的缺点,即耐油性、耐水性差;对于一些诸如不锈钢等特殊的基材,难于拥有良好的附着力,在某些有特殊要求的产品领域,喷涂于不锈钢基材上的涂膜不仅要求具有良好的常规附着力,还需要有长达2 h的耐水煮不掉漆、不变色的要求,因此,开发一种适用于不锈钢基材上且具有高耐水煮性能的氨基烤漆将对一些具有特殊要求的产品领域有着积极的促进作用,对完善、细化涂料的发展具有重要意义。

1试验部分

1.1原材料

1)树脂:HE3650热固性丙烯酸树脂,广东卓和高新材料有限公司;ESB-1405热固性丙烯酸树脂,东胜化学(上海)有限公司;NPSN-901*75环氧树脂,南亚电子材料(昆山)有限公司;Uramex BF892氨基树脂,DSM Coating Resins;ACR8688热固性丙烯酸树脂,佛山市高明同德化工有限公司; AC1066热固性丙烯酸树脂,加拿大能达化学(鹤山)有限公司;TAR-3358A-60热固性丙烯酸树脂,深圳市嘉盛达化学品公司;Desmodur BL 3175 SN 封闭型异氰酸酯,科思创。

2)助剂:A-C300消泡剂,共荣社化学株式会社;Catacure KB促进剂,海明斯特殊化学公司;BYK-310表面助剂,毕克助剂(上海)有限公司;偶联剂,进口;附着力促进剂,进口。

3)色精,巴斯夫;各种溶剂,工业级。

1.2仪器和设备

BGD 刮板细度计、BGD507/1铅笔硬度试验仪,标格达精密仪器(广州)有限公司;Quanix 4500测厚仪,尼克斯;W-P喷枪,阿耐思特岩田产业机械(上海)有限公司;DHG-9075A电热鼓风干燥箱,上海一恒科学仪器有限公司;DK-S22电热恒温水浴锅,上海圣科仪器设备有限公司。

1.3涂料制备

高耐水煮烤漆的基本配方见表1。

表1 高耐水煮烤漆的基本配方

组分

原材料

质量分数/﹪

色漆

ACR8688

40.0

Uramex BF89注意接触部位要擦干净2

31.0

NPSN-901*75

7.0

AC-300

0.2

醋酸正丁酯

3.0

环己酮

2.0

BL 3175 SN

9.0

附着力促进剂

2.0

BYK-310

0.3

红色色精

3.5

偶联剂

2.0

稀释剂

二甲苯

51.0

醋酸乙酯

27.0

醋酸正丁酯

15.0

环己酮

5.0

Catacure KB

2.0

1.3.1涂料的制备

先按照配方依次称准投入热固性丙烯酸树脂、氨基树脂、环氧树脂、消泡剂及醋酸正丁酯和环己酮溶剂,以1000实验结果可自动保存~ 1200r/min的速度分散10~15min,之后按照配方依次投入封闭型异氰酸酯、附着力促进剂、表面控制剂和红色色精,以600~800r/min的速度分散5~ 6min,最后按照配方投入偶联剂,以600~ 800r/min的速度分散3~5min,检测涂料细度≤15μm即可。

1.3.2稀释剂的配制

先按照配方依次投入二甲苯、醋酸乙酯、醋酸正丁酯和环己酮,以600~ 800r/min的速度分散5~10min,之后加入促进剂Catacure KB,再以600~ 800r/min的速度分散3~5min即可。

1.3.3样板的制备和干燥工艺

取配制好的涂料和稀释剂,以涂料∶稀释剂1.0∶0.8的比例配漆,用W-P喷枪喷涂于测试用的304不锈钢基材上(喷涂前用120#白电油清洗基材),之后置于90℃电热鼓风干燥烘箱中预热5min,再置于160℃电热鼓风干燥烘箱中连续烘烤20min,取出自然冷却12h后进行涂膜性能测试。

1.4涂膜性能测试

涂膜性能测试结果见表2。由表2可知,涂膜的主要性能良好,耐水煮性能优秀。

表2涂膜性能检测结果

项目

技术指标

结果

方法/标准

涂膜颜色及外观

符合标准样板,表面平整光滑

通过

目视

膜厚/μm

15~20

19

GB/T 1764—1979

铅笔硬度

≥2H

2H

GB/T 6739—1996

光泽(60°)/%

商定

合格

GB/T 9754—1988

附着力/级

百格法

0

GB/T 9286—1998

水煮后外观(100℃沸水,2h)

涂膜没有起泡、失光、起皱现象

无异常

目视

水煮后附着力(100℃沸水,2h)/级

0

0

GB/T

2结果与讨论

2.1树脂的选择

树脂作为涂料最主要的成分,对涂层的性能(如保护性能、机械性能等)起主要作用。家电、仪器、仪表及器具类氨基烤漆一般可分为醇酸氨基烤漆、丙烯酸氨基烤漆和聚酯氨基烤漆;对涂饰于不锈钢基材上,要求耐水煮的涂膜,首先需满足两个基本要求,一是对不锈钢这种难附着的基材拥有优秀的附着力,以形成紧密的不易 因此被水渗透的涂膜,二是主体树脂需具有优异的耐水煮性能;另一方面,丙烯酸树脂拥有良好的机械性能、耐候性能及耐化学品性能,基于以上几点考虑,本试验选用了热固性丙烯酸树脂作为主体树脂。分别选取市面上对不锈钢基材附着较好的5款不同厂家的热固性丙烯酸树脂进行对比测试,测试结果见表3。

表3 树脂耐水煮性能比较试验

项目

树脂型号

HE3650

ESB-1405

ACR8688

TAR-3358A-60

AC1066

常规附着力/级

0

0

0

0

0

水煮后外观(100℃沸水,2h)

起泡、变色

起泡、变色

无异常

起泡、变色

起泡、变色

水煮后附着力(100℃沸水,2h)/级

4

5

0

5

4

由表3可知,热固性丙烯酸树脂ESB-1405和热固性丙烯酸树脂TAR-3358A-60经水煮测试后外观出现了起泡、变色现象,同时出现涂膜无附着力;热固性丙烯酸树脂HE3650和热固性丙烯酸树脂AC1066水煮后掉漆严重,涂膜起泡、变色明显,而热固性丙烯酸树脂ACR8688水煮测试后外观无异常,附着力良好,原因可能热固性丙烯酸树脂ACR8688交联密度高、对不锈钢基材的附着力好,树脂中残留的易水解基团少,因而其涂膜在不锈钢基材上拥有优异的耐水煮性能。最终选取了热固性丙烯酸树脂ACR8688作为配方主体树脂使用。

2.2氨基树脂的选择及用量对涂膜耐水煮性能的影响

氨基树脂作为交联剂,它提高了基体树脂的硬度、光泽、耐化性以及烘干速度。氨基树脂中,脲醛树脂综合性能差,丁醚化三聚氰胺树脂,虽然多方面性能良好,但附着力差,脆性大,与部分甲醚化三聚氰胺树脂和丁醚化三聚氰胺树脂等氨基树脂相比,苯代三聚氰胺树脂交联的涂料初期有高度的光泽,其耐碱性、耐水性和耐热性有所提高。为满足配方设计要求,试验选取了苯代三聚氰胺树脂Uramex BF892作为主要交联剂。

在氨基烤漆中,丙烯酸树脂与氨基树脂间的配比对产品的各项性能有至关重要的影响。交联不足,产品的硬度、耐溶剂擦拭性等均达不到要求;交联过度,则产品的耐冲击性、耐水性达不到要求。由表4可知,当丙烯酸树脂与氨基树脂的比例在1.2` 1.4时,涂膜的耐水煮性能良好。

表4热固性丙烯酸树脂与氨基树脂的比例对涂膜耐水煮性能的影响

项目

热固性丙烯酸树脂与氨基树脂的比例

1

1.2

1.4

1.6

1.8

常规附着力/级

0

0

0

0

0

水煮后外观(100℃沸水,2h)

零星起泡

无异常

无异常

零星起泡

起泡

水煮后附着力(100℃沸水,2h)/级

0

0

0

0

1

2.3环氧树脂和封闭型异氰酸酯对涂膜耐水煮性能的影响

环氧树脂含有环氧基羟基2种活泼基团,能与氨基树脂、多异氰酸酯、封闭型异氰酸酯反应,对金属基材附着力优良,耐化学性佳。封闭型异氰酸酯在温度达到其解封温度时,会被解封,生成异氰酸酯基团并与羟基、羧基、氨基等基团形成交联反应,从而改善涂膜对基材的附着力、耐水煮性能。由表5~ 6可知,配方中添加环氧树脂、封闭型异氰酸酯时,涂膜的耐水煮性能得到有效改善,当环氧树脂添加量为5%、封闭型异氰酸酯添加量为7%时,涂膜即可通过规定的耐水煮性能要求,为进一步提高配方的可靠性和稳定性,本研究最终将环氧树脂的添加量确定为7%,封闭型异氰酸酯的添加量确定为9%。

表5 环氧树脂对涂膜耐水煮性能的影响

项目

环氧树脂添加量/﹪

0

3

5

7

常规附着力/级

0

0

0

0

水煮后外观(100℃沸水,2h)

起泡

零星起泡

无异常

无异常

水煮后附着力(100℃沸水,2h)/级

2

0

0

0

表6封闭型异氰酸酯对涂膜耐水煮经减速系统减速后通过精密丝杠副带横梁上升、降落性能的影响

项目

封闭型异氰酸酯的添加量/﹪

0

5

7

9

常规附着力/级

0

0

0

0

水煮后外观(100℃沸水,2h)

起泡

起泡

零星起泡

无异常

水煮后附着力(100℃沸水,2h)/级

3

1

0

0

2.4助剂对涂膜耐水煮性能的影响

Catacure KB为酸性促进剂,加入到稀释剂中主要是为了减少对涂料贮存稳定性的影响,同时促进体系的交联反应。偶联剂对无机物和有机物都具有反应性,当偶联剂介于无机(不锈钢基材)和有机(涂膜)界面之间时,可以形成有机基体-偶联剂-无机基体的结合层;另一方面,附着力促进剂中的磷酸酯能和金属表面键合,使涂膜和不锈钢基材之间形成化学结合层,从而和偶联剂一起改善涂膜的附着力和耐化性,起到增加涂膜耐水煮的作用。

3 结语

1)热固性丙烯酸树脂对应用于不锈钢基材上的氨基烤漆耐水煮性能起着主要的影响作用。

2)热固性丙烯酸树脂和苯代氨基树脂的质量比在1.2~ 1.4时,涂膜耐水煮性能优良。

3)环氧树脂和封闭型异氰酸酯能明显提高涂膜的耐水煮性能。

4)偶联剂和附着力促进剂亦能有效改善涂膜的耐水煮性能。

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