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淋涂玻璃烤漆的配方及涂膜性能研究

信息来源:glasseasy.com  时间:2011-12-16  浏览次数:4032

    随着人们生活水平的不断提高,家居装饰越来越受到青睐。人们对装饰的要求也越来越高,不仅要有与房间相映衬的色彩和图案,而且还要求环保无毒、别具风格、自然大方等,这样就为装饰玻璃带来了极大的市场空间。装饰玻璃行业从无到有,再到快速发展的今天,仅仅用了7~8a的时间。人们对玻璃上的图案、色彩、性能的要求也越来越高。由于玻璃表面十分光滑,具有较低的表面张力,这就要求印刷在上面的油墨(丝印油墨)具有很好的附着力和印刷适性。很多油墨供应商为使油墨能有较佳的流平效果,都在油墨中添加了一定比例的有机硅流平剂,以使油墨在玻璃上有较好的丝印效果。但是,在装饰玻璃的深加工工艺上,往往还要在油墨的表面上喷涂(或淋涂)涂料,以起到保护和背景色的作用。这就要求涂料在油墨上和玻璃上有很好的流平性和附着力。但在表面张力较低的油墨和玻璃上涂覆涂料,往往会产生缩孔和附着力不佳的弊病。如何解决这一技术问题,同时还要使涂料在玻璃上以及涂料和油墨间层间附着力都要达标,还要使得涂料有较好的重涂性、耐水性、耐溶剂性和硬度,这是摆在我们面前的一道难题。本文针对淋涂工艺对玻璃烤漆的特殊要求以及现实存在的上述问题,经过反复试验,终于研制出适合淋涂要求的有较好的流平性、重涂性、耐水性、耐溶剂性,适宜的干燥速度和涂膜硬度的单组分溶剂型玻璃烤漆。并考察了颜基比、基体树脂/交联剂配比、流平剂种类和添加比例,催化剂种类和添加比例,对涂料的流平性能、涂料在油墨上的重涂性能、涂膜附着力、遮盖力、干燥速度、耐水性、耐溶剂性及硬度的影响。

    1装饰玻璃加工工艺及说明

    1.1装饰玻璃最基本的工艺路线

    1.2工艺路线说明

    (1)丝印油墨包括UV固化油墨、低温双组分烘烤溶剂油墨、高温单组分烘烤溶剂油墨等,我们的研究是基于涂料涂覆在已固化的UV油墨上面的。

    (2)涂覆涂料包括喷涂、淋涂等方式,我们是基于用于淋涂方式的单组分烘烤型溶剂涂料,并且淋涂后直接进入烘箱,要求10~15min内固化。

    2试验部分

    2.1原材料与设备

    原材料:9415A环氧改性丙烯酸树脂,江苏三木;9223-60氨基树脂,台湾长兴;706钛白粉,杜邦;润湿分散剂、流平剂1(有机硅类),BYK;流平剂2(聚丙烯酸酯类)、消泡剂,泰格聚合物;流平剂3(氟改性聚丙烯酸酯类),原德谦化学;附着力促进剂(硅烷偶联剂),陶氏化学;酸催化剂1,日本东丽;酸催化剂2,KING公司;二甲苯,上海亚威溶剂。设备:JA2003电子天平,上海天平仪器厂;SFJ-400C砂磨、分散、搅拌多用机,QXD刮板细度计,QFH划格器,SZQ-150湿膜制备器,黑白格测定板,上海现代环境工程技术有限公司;101A-1恒温烤箱,上海路康仪器有限公司;QHQ-型涂膜铅笔硬度计,天津永利达材料试验机有限公司;

    2.2玻璃烤漆基础配方(见表1)

 表1<a href='http://www.glasseasy.com' target='_blank'>玻璃</a>烤漆配方

表1玻璃烤漆配方

    2.3溶剂型玻璃涂料的制备工艺

    将配方中丙烯酸树脂数量的50%和二甲苯的30%以及全部钛白粉和润湿分散剂加入多用机中(预先加入适量的2~3mm直径的玻璃珠),开启多用机,将转速调为1500r/min进行研磨分散(研磨过程中滴入适量的消泡剂),至细度20μm以下。将剩余的丙烯酸树脂、二甲苯加入多用机中,然后依次加入表1配方中的4~8项原材料(其中消泡剂应扣除研磨过程中加入的数量),在转速为500??600r/min下搅拌15min,混合均匀后,制得成品涂料。

 2.4性能测试

    涂膜制备及性能测试参照标准见表2。

 表2涂膜制备及性能测试参照标准

表2涂膜制备及性能测试参照标准

    注:①:基于重点考察涂膜制备过程中,涂料在油墨上以及在玻璃上是否有缩孔等流平缺陷,以及涂料在油墨上重涂干燥过程中是否有咬底的缺陷,故本文中的样板是用400mm长的150μm湿膜制备器,将涂料涂覆在600mm×600mm×5mm已经丝印好图案的玻璃板上,并且玻璃板上既有图案,也有空白处。

    3结果与讨论

    3.1流平剂种类对涂料流平效果和附着力的影响(见表3)

 表3流平剂种类对涂料流平效果和附着力的影响

表3流平剂种类对涂料流平效果和附着力的影响    

    注:(1)上述3种流平剂的加入量是相同的,都是涂料总量的0.1%。

    (2)①:缩孔个数是五块平行样板上图案处出现的缩孔累计个数,后同。

    (3)②:缩孔个数是五块平行样板上空白处出现的缩孔累计个数,后同。

    从表3看出,流平剂1对解决缩孔、改善涂料流平效果最为显著,但是同时也会降低涂料和油墨间的层间附着力。根据公司内部的质量要求,漆墨间附着力2级是合格的。从装饰玻璃行业对质量的综合要求考虑,应该选择流平剂1。但是流平剂1是有机硅类流平剂,我们应慎重使用,为此需对流平剂1的最佳加入量进行试验。

    3.2流平剂1用量对涂料流平效果和附着力的影响(见表4)

 表4流平剂1用量对流平效果和附着力的影响

表4流平剂1用量对流平效果和附着力的影响

    从表4可以看出,添加比例太小时解决缩孔不明显,添加比例超过0.1%时,涂料和油墨间层间附着力会明显降低。适合的添加比例应为0.04%~0.1%。流平剂1添加量对涂料附着力的影响趋势见图1。

 表5颜基比对涂膜性能和施工性能的影响

表5颜基比对涂膜性能和施工性能的影响

 图1流平剂1加入比例对涂料附着力的影响

图1流平剂1加入比例对涂料附着力的影响

    从图1可以看出,随流平剂加入比例增加,涂料脱落面积也在增加,但是当流平剂加入比例超过0.4%后,对附着力的影响趋于平缓。从图1可以看出,流平剂对层间附着力的影响远大于其对涂料在玻璃上的附着力的影响。因此,流平剂1是影响层间附着力很重要的因素。结合表4,流平剂1的最佳加入比例是0.04%~0.05%。

    3.3颜基比对涂料遮盖力、干燥速度、在涂料上的重涂性能以及涂膜性能的影响颜基比是涂料配方设计的一个十分重要的因素,因为其对涂料遮盖力、干燥速度、重涂性能和涂膜的物理性能均有不同程度的影响。具体见表5,其中干燥速度是在150℃恒温烘烤。

    从表5可以看出,随着颜基比的变化,涂料的遮盖力、干燥速度、重涂性能以及涂膜耐水性、耐MEK性能和硬度以及涂料在玻璃上的附着力都有相应的变化。但是颜基比对遮盖力的影响是最为显著的,综上所述,适合的颜基比是0.8∶1~1.0∶1。鉴于对玻璃烤漆所考察的附着力指标比遮盖力和干燥速度指标权重要大得多,所以本文最终选择0.8∶1。

    3.4交联剂配比对干燥速度、附着力、硬度的影响改变氨基树脂与基体树脂的配比,考察交联剂用量对涂料干燥速度、涂膜附着力和硬度的影响,结果见表6和图2。

 表6交联剂用量对涂料干燥速度以及涂膜附着力和硬度的影响

表6交联剂用量对涂料干燥速度以及涂膜附着力和硬度的影响

 图2交联剂用量对附着力影响

图2交联剂用量对附着力影响

    从表6可以看出,氨基树脂与环氧改性丙烯酸树脂合适的配比是0.3∶1。氨基树脂比例增加,则明显地缩短干燥时间和增加涂膜硬度,附着力也是逐渐加强的,但是当氨基树脂与基体树脂配比达到0.3∶1时,再增加氨基树脂比例附着力又明显降低。这是因为氨基树脂中的—NH3与环氧丙烯酸树脂中的环氧基和羧基交联反应,使涂膜形成牢固的相互交织的网状结构,增加了涂膜的机械性能以及涂膜与玻璃间的结合牢度。另外—NH3中的氢键又与玻璃硅氧基紧密结合,增加了涂膜附着力。但是过量的氨基树脂使得涂膜变得很脆,柔韧性下降,又影响了涂膜附着力。

    3.5催化剂种类和添加数量对烘烤温度和涂料性能的影响

    淋涂工艺要求涂料必须在15min内固化,要使涂料在这么短的时间内完全固化,仅靠增加颜基比和交联剂加入比例是远远不够的,提高烘烤温度是最有效的方法。但是,过高的温度会导致涂膜焦化或促使化学键断裂,致使涂膜分解,降低涂膜的机械性能。为有效克服上述问题,本文在配方中加入了适量的有机酸催化剂,以起到降低固化温度的作用。本文试验了2种催化剂并考察了其催化效果和对涂料性能的影响,结果见表7。

 表7催化剂种类对催化效果和涂料存储稳定性、涂膜耐水性的影响

表7催化剂种类对催化效果和涂料存储稳定性、涂膜耐水性的影响

    从表7可以看出:催化剂1能显著降低固化温度缩短固化时间,涂料又有比较好的存储稳定性,涂膜有好的耐水性。这是因为催化剂1是DNNDSA(二壬基萘二磺酸),而催化剂2是PTSA(对甲基苯磺酸)。催化剂1有2个SO32-,可提供2倍于催化剂2的H+,因此催化剂1比催化剂2具有明显的催化效果。同时催化剂1上有两个长碳链—C9H19,而催化剂2上有一个—CH3,显然催化剂2的亲水性大于催化剂1,因此加入催化剂1的涂膜耐水性要好于加入催化剂2的涂料。催化剂1的解封温度为90℃,高于催化剂2,而其催化剂1的长碳链—C9H19又增加了其与涂料体系的相容性,因此加入催化剂1的涂料具有好的储存稳定性。表8是改变催化剂1的加入量对催化效果[150℃烘烤,完全固化时间(分钟)]、涂料存放稳定性[40℃恒温存放10d,黏度增长值(s)]和涂膜耐水性(涂膜无异常的时间,h)的影响。从表8得知:催化剂加入量在0.8??1.0时,涂料的干燥时间和存放稳定性以及涂膜耐水性指标均在玻璃烤漆和淋涂工艺对涂料的性能要求范围之内。

 表8催化剂加入量对涂料性能的影响

表8催化剂加入量对涂料性能的影响

    4结语

    对流平剂种类和加入量、颜基比、交联剂/基体树脂配比、催化剂种类和加入量对涂料的流平装饰性能、重涂性能、遮盖力、干燥速度、存放稳定性以及涂膜的附着力、层间附着力、硬度、耐水性、耐溶剂性能的影响进行讨论,并对其作用的机理进行了探索。结果表明:选择有机硅类流平剂添加比例为配方总量的0.04%??0.05%,颜基比为0.8∶1,氨基树脂/基体树脂配比为0.3∶1,选择长碳链二酸类有机酸催化剂加入比例为配方总量的0.8%??1.0%,在淋涂工艺中于150℃条件下烘烤15min左右制备成的单组分溶剂型玻璃烤漆涂膜具有优良的遮盖力、耐水性、耐溶剂性、附着力、漆墨层间附着力及高硬度。同时涂料还具有适宜的重涂性能、优良的储存稳定性及较好的流平装饰效果。

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