預涂卷材涂料性能的影響因素

中國新型涂料網訊：

    近年來，隨著我國經濟建設的持續(xù)高速增長，預涂卷材應用領域和需求量不斷擴大。國內預涂卷材主要應用領域是建筑行業(yè)，近年來，家電行業(yè)也開始采用預涂卷材，且需求量明顯增加，此外，交通運輸等領域中的應用也在逐漸啟動。

預涂卷材表面已涂裝好，可以直接進行加工成型工藝，因此要求其具有高強度和良好的機械加工性能，同時又要求具有良好的耐腐蝕性能和物理屏蔽性能。

預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。底漆膜應提供良好的耐腐蝕性及對底材、面漆膜的附著力。面漆膜應有良好的遮蓋力和裝飾性，對外用預涂卷材還要求具有耐久性。底面復合涂膜要求提供良好的機械性能(如柔韌性、硬度等)，能滿足各種加工要求以及耐碰撞和劃傷。背面漆膜的機械加工性能可以比面漆膜略低一點，但要求有良好的耐劃傷性。

1 涂膜附著力和內聚力對性能的影響

涂膜的附著力是指涂膜與被涂底材表面結合在一起的堅牢程度，它產生于涂料中聚合物的分子極性基團與被涂底材表面極性分子的極性基團之間的相互吸引力。涂膜的內聚力是使涂膜中粒子粘結在一起形成連續(xù)完整涂膜的能力，它產生于涂膜內部相鄰分子之間的相互吸引力。附著力和內聚力同時影響著涂膜的性能，附著力不好，涂膜易從底材剝落而失效，內聚力不夠時，涂膜本身易破壞，產生裂紋等。在預涂卷材涂膜的T彎試驗中，要對樣板彎折，并用有一定粘性的膠帶紙粘結，觀察其有無裂紋及脫落，出現裂紋意味著涂膜內聚力的破壞，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，通過對底材進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，卷材涂料中常通過加入附著力促進劑提高對底材的附著力即是基于該原理。對底面復合涂膜，還要考慮底漆膜與面漆膜之間的層問附著力，其中底漆的影響更大，即有所謂底漆的二次交聯問題，底漆

膜交聯程度不能太高，如果底漆膜太致密，會影響與面漆之間的層問附著力，而如果控制底漆基料樹脂中的官能團，使之具有不同的反應活性，底漆固化時活性高的官能團先反應，使底漆膜部分交聯固化，然后活性略低的官能團在面漆烘烤固化時進行交聯反應而使底漆完全固化，從而提高底面層問附著力。中化建常州涂料化工研究院卷鋼涂料組新開發(fā)了一種聚氨酯底漆，其基料樹脂中所含羥基官能團具有兩種不同活性，樹脂分子兩端的伯羥基反應活性高，通過加入適量的交聯村脂，使這部分官能團發(fā)生交聯反應，使底漆膜部分固化。然后，樹脂支鏈部分所含的部分仲羥基，在面漆烘烤固化時可以與其中過量的交聯劑發(fā)生交聯反應而使底漆膜進一步固化，從而提高底面層間附著力，提高了底面復合涂膜的性能。

1．2 內聚力的影響因素

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

1．2．1涂料的顏基比

顏料的加入會降低涂膜的內聚力，以卷材涂料中常用的白灰和海藍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，一般要差I T～ 2 T，這是由于白灰的顏基比要比海藍高得多．因而它的內聚力降低，從宏觀機械性能上就表現為T彎性能的降低。更進一步。當達到或超過臨界顏料體積濃度(CPVC)時，涂膜的內聚力會急劇降低，因為涂膜中顏料太多，結構松散，沒有足夠的基料樹脂將它們粘合在一起，導致內聚力降低。此外，在顏料分散時加入合適的分散劑提高潤濕分散性，有助于涂膜內聚力的提高。

1．2．2 基料樹脂的影響

基料樹脂相對分子質量提高，形成的涂膜的內聚力提高。提高樹脂官能度從而提高交聯密度可以提高涂膜內聚力�；�料樹脂的玻璃化溫度影響涂膜的內聚力，涂膜處于高于玻璃化溫度的條件下時，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分子質量環(huán)氧樹脂，含有大量的極性基團，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T彎性能要求較高的領域如家電板，更多的是采用聚酯體系，以中高相對分子質量聚酯樹脂為基料樹脂，具有與環(huán)氧樹脂相當的與底材的附著力，此外，聚酯樹脂合成時可以通過合理地選擇原材料種類更自如地調控樹脂的 、相對分子質量、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聚力的基料樹脂。在T彎性能上，采用聚酯體系底漆的卷材涂膜可以達到0 T，而采用環(huán)氧體系，則很難達到0 T。

為了考察底漆所用基料樹脂相對分子質量對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分子質量的線型聚酯作試驗，配制成白色面漆，除基料樹脂不同外，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，試驗結果如表1所示。

表1 不同相對分子質量線型聚酯樹脂對應的涂膜性能

由表1可以看出，在一定范圍內，隨著樹脂相對分子質量提高，涂膜柔韌性、內聚力、附著力提高，從而T彎性能越來越好，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。不過如果相對分子質量再進一步提高，由于用于交聯的官能團太少，會導致涂膜的耐MEK性能、鉛筆硬度、耐沾污性等明顯降低。因此基料樹脂的相對分子質量不宜太低也不宜太高。實際應用中應根據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，內聚力提高。在宏觀上即表現為隨膜厚提高，涂膜的機械性能(如T彎)、耐擦拭性能等提高。

考察卷材底漆及面漆膜厚對復合涂膜T彎及耐MEK擦拭性能的影響，實驗中采用相同的底漆(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，結果見表2：

表2 膜厚對涂膜性能的影響

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

1．2．4 涂膜固化或交聯的影響

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

底漆交聯程度不能太高，如果底漆交聯太好，漆膜太堅硬，由于底漆顏基比往往很高，其內聚強度低時，不能抵御面漆涂膜體積收縮釋放的應力，容易造成底漆膜開裂。

2 面漆的交聯密度對性能的影響

預涂卷材涂料中面漆的交聯密度對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彎性能可能會下降。

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

實驗中將2種不同官能度的樹脂拼用，使固化得到的面漆漆膜具有不同的交聯程度，以觀察漆膜交聯程度對性能的影響。一種樹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分子質量線型聚酯HY—C一04，樹脂理論羥值約15 mg KOH／g，另一種樹脂是HSPE樹脂，樹脂理論羥值約160 mg KOH／g。除了2種樹脂比例不同，其他條件包括固化劑及施工條件、底材、底漆等均相同，結果見表3。

表3 交聯程度對涂膜性能的影響

    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，其他條件如基料樹脂、底材、底漆及施工條件均相同，結果見表4。

表4 不同固化劑對涂膜性能的影響

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

影響預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、內聚力及交聯密度等對涂膜的機械性能的影響。

(1)附著力受底材的影響較大，通過對底材進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聚力的大小，提高顏基比，內聚力降低，涂膜T彎性能下降

(3)基料樹脂相對分子質量提高，涂膜內聚力提高，從而T彎性能提高。

(4)涂層膜厚對性能有較大影響，膜厚提高，涂膜的T彎、耐MEK性能都提高。

(5)預涂卷材涂料中底漆不能太硬，交聯程度不能太高，而面漆則要達到一定的交聯密度，這樣得到的復合涂膜才能具有良好的機械性能。