卷钢涂料技术俞剑峰

1 卷材涂料技术 俞剑峰 2011年 11月 2 内容 一、卷材涂料基本知识 二、卷材涂料用底漆 三、卷材涂料用主要面漆的品种 四、卷材涂料技术发展 五、彩涂板的常见问题 3 一、卷材涂料基本知识 4 卷材涂装的优势 涂布一个平坦的表面比涂布三维不规则的物体：更 容易、高效、经济、环保、质量稳定。 5 彩板的发展 国外第一条生产线：美国（ 1936年） 英国 (1961 年 ) 日本 (1951年 ) 国内， 80年代中后期开始引进四条卷材流水线， 以宝钢 1号线为最大（ 22.8万吨）， 1989年投产。 2005年，国内产能已近 1600万吨，而实际生产约 250万吨。 由于彩钢生产能力过剩，过度竞争已严重影响彩 板及彩板涂料的健康发展。 6 1 s t ha l f 2 0 0 6 : 6 0 1 , 9 4 7 , 0 0 0 m B U I L D I N G , 6 8 % A U T O M O T I V E , 8 % A P P L I A N C E , 7 % S T O C K I S T S , 9 % M I S C E L L A N E O U S , 5% 国外彩板用途（ ECCA) 7 彩涂板的基本结构 8 彩涂板分类 按 镀层：电镀锌、热镀锌、镀铝锌彩板 涂料品种：聚酯、 HDP聚酯、 SMP、 PVDF、 PVC溶 胶、丙烯酸酯等 其它功能性彩板 9 涂层性能的表征 膜厚（与耐候性、防腐蚀性有关） 色差、光泽（与用户喜好有关） T弯、冲击、铅笔硬度（与加工性能有关，涂 层性能需要达到硬度和柔韧性的最佳平衡） 老化性、耐盐雾性等（与户外使用年限有关） 表面外观及装饰性 10 卷材涂料分类 底漆 环氧型或混合型 聚酯型 、 聚氨酯 型 面漆 聚酯、硅改性聚酯、 HDP、 （建筑） PVDF、 PVC塑溶胶、聚氨酯 面漆 聚酯、聚氨酯 （家电） 背面漆 聚酯、环氧或聚氨酯 11 涂层体系 涂层结构膜厚（ um） 背面可发 泡性 正面 背面 1/1 15 5 要求 2/1 5+18 5 要求 2/2 5+18 5+8 不要求 2/ 5+18 3+6 要求 12 种类 用途 涂料 涂装条件 膜厚 PMT 表 层 涂 装 外用建筑 聚酯类、硅酮树脂 15-20 220-230 内用建筑 高分子聚酯类 聚氯乙烯类 15-20 30100 230 200 耐久建筑 氟树脂类 聚氯乙烯类 20 125-250 250 200 家电用材 高分子聚酯类 15-20 200230 汽车用材 环氧树脂类 0.5-1.3 240 底层涂装 环氧、聚酯等 38 230-250 底层涂装 (背面 ) 聚酯、环氧类 515 220-230 卷钢涂料的基本用途 13 涂层性能比较 树脂类别 硬度 折弯 耐腐蚀性 耐候性 成本 膜厚 /um 聚酯 优 良 良 良 优 20 丙烯酸树脂 良 可 良 良 优 20 硅改性聚酯 良 良 良 优 良 20 PVC溶胶 可 优 优 良 可 200 PVDF树脂 良 优 优 优 劣 25 高分子聚酯 良 优 良 劣 良 20 14 涂料的基本组成及性能调整 溶剂 表面控制剂 颜料 树脂 催化剂 交联剂 硬度 柔韧性 表面外观 15 二、卷 材涂料用底漆 16 1、环氧底漆的涂料 环氧底漆是以环氧树脂为主要成膜物质的涂料 ， 能与氨基树脂 、 异氰酸酯等活性交联剂配合 ， 制成各种环氧涂料 。 环氧树脂具有较多强极性的羟基及醚键 ， 因而 对极性底材有优异的附着力 。 由于环氧树脂分子链上具有大量的羟基 ， 漆膜 固化后成网状的三维结构 ， 具有优异的防腐性 及耐化学品性 。 分子中的醚键又方便于分子键旋转 ， 因此具有 一定的韧性和柔韧性 。 17 目前环氧卷材底漆用交联剂一般采用脲醛类的 氨基树脂 ， 其有较高的交联密度 、 柔韧性和对 底材的附着力 ， 采用封闭型异氰酸酯交联的环 氧聚氨酯底漆由于其对底材的附着力较差 ， 一 般较少使用 。 环氧底漆主要有高分子量的环氧树脂、防锈颜 料、氨基树脂、交联催化剂、溶剂及助剂等组 成，通过高温烘烤，环氧树脂中的仲羟基与氨 基树脂的烷氧基和羟甲基反应，形成较高交联 密度的漆膜。 18 环氧树脂和氨基树脂反应机理如下： （ 1） 环氧树脂的羟基与氨基树脂的烷氧基反应： -HC-OH+ROCH2N -N-CH2-OC- +ROH （ 2） 环氧树脂羟基与氨基树脂羟甲基反应： HCOH+HOCH2N NCH2OCH+H20 C C H 3 C H 3 H O O H + n C l C H 2 C H C H 2 O C C H 3 C H 3 C H 2 O OC HC H 2 C H 2 C H C H 2 O O O H C C H 3 C H 3 O C H 2 C H C H 2 Om 19 2、聚氨酯底 漆的涂料 聚氨酯卷材底漆由聚酯树脂、防锈颜料、 封闭型异氰酸酯、溶剂和助剂等组成。 产品经高温烘烤，氨酯键裂解生成异氰 酸酯，与端羟基聚酯树脂反应而成膜。 封闭型聚氨酯底漆可以提供优秀 T弯与适 当硬度的平衡。 20 底漆 类型 硬 度 T 弯 耐 磨 性 附 着 力 耐 腐 蚀 耐 粘 漆 性 发 泡 性 时 效 性 环氧 底漆 5 3 4 4. 5 5 4 5 3 聚氨 酯底 漆 3 5 4 4 4 3 3 4 上表中 ， 5-最好 4-好 3-较好 2-一般 1-较差 21 1、 硬度比较 漆膜硬度与聚合物的玻璃化转变温度 （ Tg） 高低 和漆膜的交联密度有关 。 环氧底漆采用高分子量的环氧树脂作为其主要成膜 物质 ， 高分子量环氧树脂具有较高的软化点 （ 一般 大于 130 ） ， 固化后漆膜的 Tg常常高于我们彩涂 板使用环境温度 ， 加上环氧树脂中特殊的芳环结构 而异常的坚硬 。 每个环氧树脂分子拥有十多个可反应的羟基基团 ， 可与氨基树脂的羟甲基反应 ， 形成较高交联密度致 密的三维网状结构 。 22 聚氨酯底漆采用的高分子量线型的端羟 基聚酯树脂，为了得到综合性能良好的 漆膜，聚酯树脂典型的 Tg值一般在 30- 50 间。 每个聚酯树脂含有两个可与异氰酸酯反 应的端羟基，交联密度相对较低，具有 较好的弹性，其固化后的漆膜将比环氧 底漆的硬度低。 23 2、 T弯性能比较 在许多情况下 ， 预涂金属产品承受机械 力制成各种形状的产品 ， 要求漆膜断裂 时伸长大于漆膜变形时的伸长 ， 使折弯 后具有良好的附着力 。 作为每一特征的聚合物漆膜其 Tg（ 玻璃 化转变温度 ） 是一定的 ， 对后加工的预 涂产品应选择合适的 Tg和 Tg转变区 ， 以 达到较好的后加工性 。 24 环氧底漆分子中的醚键便于分子链的旋转 ， 高 分子量环氧树脂尽管其 Tg较高 （ 软化点大于 130 ） ， 远远大于折弯时室温 ， 但固化后的漆 膜仍具有不错的韧性 。 聚氨酯底漆漆膜的 Tg和 Tg转变区较接近室温， 但通过高聚物氨酯键间形成非环或环状的氢键， 赋予其比环氧底漆好更的弹性和韧性，而且折 弯后的裂缝较小。 25 3、耐磨损性与耐擦伤性比较 磨损与擦伤是两个不同的概念 ， 磨损是漆膜被外力磨掉 ， 而擦伤是受外力后改变了其表面外观的现象 ， 使外观变差 。 一般认为硬的物体较软的物体不易磨损，但有时软的物体 更耐磨，就象汽车轮胎具有极好的耐磨性一样。在接触面 积一定的情况下，漆膜耐磨损性与漆膜的断裂能成正比， 既漆膜断裂时的伸长值与耐磨性能一致。 耐擦伤性与耐磨性表现为两个不同的情况，一般提高耐擦 伤性可通过两种途径，使漆膜足够坚硬，外力不能深入漆 膜表面，或使漆膜有足够的弹性，在应力消除后恢复原状。 26 对环氧底漆而言，即使在较低的膜厚情况下，由于其较 高的交联密度，实现了漆膜较高的贮存模量和硬度，并 使漆膜得到了较好的耐刮擦伤性，但漆膜的柔韧性不及 聚氨酯。 对聚氨酯底漆而言 ， 由于适合用于聚氨酯底漆交联密度 不易太高 ， 否则影响聚氨酯底漆的重涂问题 ， 而产生不 良影响 。 一般情况下 ， 所采用的聚酯树脂的羟值不易太 高 ， 固化后的漆膜交联密度不会太好 ， 所以漆膜的贮存 模量和硬度不及环氧底漆 ， 得到的漆膜柔韧性较好 ， 但 耐刮擦伤性不及环氧底漆 。 27 采用磨耗仪测定漆膜的耐磨性以表示漆膜在加 工中遇到的耐擦伤 、 划伤和刮伤等性能好坏 ， 其实不是很科学 ， 而且在实际生活中 ， 两者是 相矛盾的 。 彩板在加工时遇到的划伤和我们平时使用硬币 测试、铅笔硬度测试、硬物碰撞、针尖划痕等 与耐擦伤性是差不多一个概念，但与磨耗不能 等同而论。 28 4、附着力比较 漆膜附着在钢铁表面 ， 主要靠依靠聚合物中的 极性基团和钢板表面转化层间范德华力的作用 。 环氧树脂分子链上拥有相当多的羟基基团 ， 固 化后尚余一定强极性的羟基基团 ， 可对钢板表 面产生良好的附着力 。 聚氨酯底漆漆膜中的羟基基本固化完，其对钢 板附着力主要依靠氨酯键间氢键的极性及聚酯 中的羰基极性，其对钢板的附着力稍逊色于环 氧树脂漆 。 29 30 5、耐腐蚀性比较 环氧树脂漆中只有醚键和羟基，而且两个刚性 的苯环和较高的玻璃化温度屏蔽了羟基和醚键， 因而产品有较好的耐水性和耐化学品性，不易 皂化，是优良防腐蚀涂料。 聚氨酯底漆中含有较多的酯键和氨酯键，聚氨 酯底漆中氨酯键可产生非环形或环形的氢键， 与聚酯底漆相比拥有较好的耐水性和防腐蚀性， 但由于漆膜中酯键的大量存在防腐蚀性稍逊色 于环氧树脂类漆。 31 6、发泡粘结性比较 漆膜的发泡粘结性主要与漆膜中活性羟基 （ 或极性基 团 ） 的多少及漆膜的交联密度有关 ， 一般而言 ， 漆膜 交联密度越大 ， 发泡粘结的难度也大 ， 如普通聚酯面 漆或背漆较难发泡 ， 另一方面 ， 漆膜中剩余的活性羟 基或极性基团越多 ， 则发泡相对就容易 。 众所周知，高分子环氧树脂分子链拥有多个羟基，便 于聚氨酯发泡剂的粘结，比较适合 2/1产品背面发泡的 要求。而聚氨酯底漆经固化后，漆膜中已基本不存在 羟基基团，生存的氨酯键尽管有一定的极性，但发泡 性能不及活性的羟基基团，因此聚氨酯发泡性能较环 氧底漆稍差。 32 7、耐粘漆性比较 耐粘漆性与漆膜的硬度 、 Tg和交联密度 有密切的关系 ， 所以环氧树脂的耐粘漆 性一般较聚氨酯底漆好一些 。 特别在较 高环境温度下使用时 ， 环氧底漆的粘漆 性有明显的优势 。 33 在欧美，聚氨酯底漆在卷材中的应用较普及，可达到建筑 和家电底漆的通用化，比较迎合彩涂用户的需要，并且降 低了涂料的库存费用。 在亚洲，彩涂流水线装备较欧美有一定的差距，由于市场 需求量最大的是建筑用彩涂板，而对家电用彩涂板的需求 相对迟缓，由于建筑彩涂板对漆膜的折弯性能要求不高， 底漆较多采用环氧底漆，占底漆的份额超过 80%。 我国建筑用的彩板加工设备落后，容易造成漆膜的拉伤、 刮伤等不足，限制了聚氨酯涂料在卷材涂装中的应用。 34 三、卷材涂料用面漆 35 1、聚酯卷材涂料 聚酯树脂由多元醇、多元酸酯化而成，带端羟基 的聚酯聚合物 分子量： 2000 25000 玻璃化温度 (Tg)： 小于 55 颜基比（ P/B）： 一般小于 1.25:1， 否则会导致柔韧性、耐候性等漆膜性能变坏 反应基因 ： -OH和 -COOH 交联剂： 氨基树脂、封闭型异氰酸酯 36 特点： 组成上有很高可变性，可形成很多聚酯树脂 可达到漆膜硬度和 T弯时有极佳的变形性 极佳的金属粘接力 较好的耐候性 成本较低 缺点： 涂层还只限于约 30um(溶剂爆孔 ) 涂层耐水解性较差 37 漆膜性能取决于许多因素， 包括： 树脂的品种 分子量大小 玻璃化温度（ g） 交联剂类型与用量 固化催化剂 固化条件 38 使用领域： 建筑、家电面漆 镀锌板和铝材用底漆（线形聚酯） 热涂复粘接剂（ PET膜） 背面漆 39 2、有机硅聚酯卷材涂料 采用有机硅对聚酯树脂进行改性（热拼 或冷拼） 使用超耐候聚酯树脂和有机硅改性 （ 30%以上含量），并采用陶瓷耐高温 颜料，耐候性可达 20年 制漆情况与聚酯涂料类似 一般用于户外耐久性要求较高的场合 40 特性 良好的耐热性 突出的耐候性 较好的耐水解性 较好的硬度、耐磨性 T弯曲性能一般 41 由封闭型聚氨酯和聚酯树脂为成膜物质 的涂料 改善涂膜的柔韧性，达到变形的峰值 目前用于底漆，提高对底材的附着力和 柔韧性，但硬度相对较低 与氨基树脂交联剂相比，其优点是在耐 候性和达到最大的涂层厚度 (约 35um) 3、聚氨酯涂料 42 反应机理 第一步：封闭异氰酸酯热解 O R-NH-C-B R-N C O+BH 第二步：异氰酸酯与端羟基反应 O R-N C O+R-OH R-NH-C-OR 第三步：封闭剂作为 VOC释放出来 43 涂料性能取决于 聚酯树脂的性能 封闭型异氰酸酯特性（解封温度、种类） -NCO与 -OH的比例（比例不当影响重涂） 交联催化剂的用量 44 性 能 很高的交联密度 (阻止 H20、 02或酸进入 ) 极好的附着力（极性基团、氢键的存在） 极高的表面硬度 较好的发泡性（极性基团等） 缺点： 受限制的柔韧性 较差的抗紫外线性 (由于分子中芳香醚基吸收 UV辐射，造成光氧化降解 ) 45 4、含氟树脂涂料 46 氟涂料常用单体： 四氟乙烯 (TFE)- TEFLON、 ZEFFLE GK 三氟氯乙烯 (CTFE) - Lumiflon （ FEVE） 涂层 偏二氟乙烯 (VDF)-金属幕墙的 PVDF涂层 氟乙烯 (VF)-防腐内壁涂层 全氟烷基乙基丙烯酸酯 - Asahi Guard疏水涂层 氟涂料 -含氟量究竟为多少 ？ 47 由于含氟聚合物的高结晶性 ， 限制了其应 用 ， 可采用非含氟的单体参与共聚 。 采用羟丁基乙烯基醚 (HBVE) 、 乙基乙烯 基醚 (EVE) 、 环己基乙烯基醚 （ CHVE） 、 羟乙基烯丙基醚 、 醋酸乙烯酯 、 叔碳酸乙 烯酯等单体进行共聚 ， 降低结晶度 。 国内普遍采用乙烯基酯作为共聚单体 ， 由 于竞聚率问题 ， 不能形成规整 “ ABABAB” 结构 ， 以及乙烯基酯的水解问题 ， 影响其 综合性能 。 降低结晶性途径 48 PVDF、 FEVE涂层氟含量比较 氟树脂与配合树脂比例 PVDF涂层 FEVE涂层 100/0 59 26 90/10 53 24 80/20 48 21 70/30 42 18.2 60/40 35.4 15.6 49 产品老化性能比较 产品 曝晒月数 保留光泽 色差 PVDF涂层 红色 141 55.1 15.99 FEVE涂层 红色 141 3.6 18.19 PVDF涂层 白色 149 95.4 1.08 FEVE涂层 白色 149 3.3 1.04 PVDF涂层 绿色 149 64.7 2.33 FEVE涂层 绿色 149 24.3 4.33 50 PVDF 涂层（ 70 /30）氟含量达到 42， 耐久性高达 20 年以上，而 FEVE 树脂的 氟含量较低（ 20%左右），经耐候性的 比较，其耐久性与 PVDF涂料 相比 还是 有差距的。 氟含量是影响含氟树脂涂料性能的一个 重要因素，聚合物中氟单体链段不能提 供足够的遮蔽保护。 51 氟烷基支链的聚合物树脂涂料 含有氟烷基支链的聚合物是制取可溶性 氟树脂涂料的另一种方法。 采用全氟烷基支链的单体在溶剂中或在 水乳液中进行反应，形成聚合物溶液或 水乳液。 聚合物中的氟支链分布在高分子链周围， 对大分子起到保护作用。 52 超疏水涂层的研究 全氟烷基支链的丙烯酸聚合物由于其氟支链分 布在大分子周围，降低了表面能，可得到疏水 的涂层 ，接触角可大于 1200。 表面几何结构（表面粗糙度）对接触角有重要 影响，如荷叶仿生结构（纳米、微米结构相结 合。 53 分子量 (Mn-数均分子量 ) 100000 玻璃化转变温度 (Tg) 150-170 固体状态 半结晶粉末 溶解性 作为有机分散体 碳 氟键的键能 达到 116kcal/mol 含氟量 59% 聚偏二氟乙烯（ PVDF）树脂特性 54 涂 层 特 点 优点： 超长的耐候性 - 40年的使用经验 优异的耐腐蚀性能 -结构稳定、高绝缘系数 低的维护费用 -疏水、低表面能 好的成型性和耐沾污性 缺点： 价昂 回收困难 颜色受限制 55 卷材涂装对 PVDF涂料要求 卷材施工需考虑涂布时高剪切力和高温快速固 化对漆膜流变性能影响，以获得满意的外观。 涂料应有恰当的颜料含量，达到装饰效果和耐 候性能。 溶剂可分为活性溶剂 、 中间溶剂和助溶剂 ， PVDF粉末大部分分散于溶剂中 ， 在烘烤过程 中 ， 帮助 PVDF溶解并逐渐挥发 ， 与丙烯酸树 脂形成致密的高分子合金 。 56 PVDF卷材涂料组成 组成 用量 作用 PVDF树 脂 20-25% 耐紫外线、热稳定、耐磨性 丙烯酸树 脂 8-11% 附着力、颜料分散稳定性和硬 度 耐候颜料 12-16% 美观、颜色稳定、阻隔紫外线 溶剂 45-60% 帮助溶解和分散氟树脂 助剂 适量 调节施工性能，改善外观 57 PVDF涂层的性能 光泽（ 60 ） 亚光 干膜厚度（ um） 20-22 弯曲（ T） 0-2 反冲强度 （ J） 9 耐溶剂性（ MEK）次 100 硬度 （铅笔） HB PMT 241-249 固化时间 （ s） 25-30 耐盐雾 （ 1000 h） 划叉腐蚀小于 2mm 耐酸性 10%盐酸 24小时无变化 耐碱性 10% NaOH 24小时无变化 10年佛罗里达（ 45 朝南） E5 8 级 58 成膜机理 成膜的条件： 230250 成膜方式：熔融成膜 分散于溶剂中的 PVDF粉末 经高温烘烤， 逐渐熔融和溶解， PVDF树脂与热塑性丙烯 酸树脂形成高分子合金，漆膜柔韧而致密 ， 可防止酸碱等的侵蚀。 成膜优劣对涂层质量影响十分明显。 59 PVDF 颜料 PVDF熔融 溶剂挥发 基材 基材 基材 PVDF、丙烯酸树脂形成高分子合金 . 溶剂完全挥发 60 PVDF/ACRYLIC比例对涂层性能影响 PVDF树脂和丙烯酸树脂的比例对涂料经高温烘 烤后能否形成致密的高分子合金是较敏感的， 如低于 70%时，该混合物的结晶度将明显下降， 其耐溶剂性下降。 当比例达到 70-80%时，其断裂拉伸强度最大， 同时，致密的高分子合金膜可抵抗水、酸碱等 化学物质的侵蚀。 61 不同 PVDF/Acrylic比例涂层性能比较 比例 T弯 冲击（ J） 耐 MEK 铅笔硬度 60 %光泽 90/10 0T 9 100 HB 31.1 80/20 0T 9 100 HB 39.7 70/30 0T 9 95 HB 45.2 60/40 1T 9 8 F 54.0 50/50 1T 9 4 F 61.5 62 PVDF/Acrylic（ 75/25）白漆 QUVB保光率测试 QUV EXPOSURE(UVB313) 0 20 40 60 80 100 120 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 Hours(Thousands) %Gloss Retention PVDF/ACRYLIC 75/25 63 PVDF/Acrylic比例对色差的影响 ( Green) 45 朝南 佛罗里达曝晒 24年 0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5 4 4.5 5 (95/5) (90/10) (85/15) (80/20) (75/25) E 64 PVDF/Acrylic比例对保光率的影响 ( Green) 45 朝南 佛罗里达曝晒 24年后 0 10 20 30 40 50 60 (95/5) (85/15) (75/25) %Gloss Retention 45 朝南 佛罗里达曝晒 24年 65 颜料对涂层耐候性的影响 颜料的作用： 形成颜色 -提供美丽的外观 遮盖 -阻隔紫外线 反射热能，吸收能量 颜料的种类： 有机颜料 -色彩鲜艳，有限的耐紫外线 无机颜料 -耐候性好，但色彩少 金属颜料 -提供金属质感 66 保证氟碳涂料在室外的优异耐候性，适 合的颜料主要有： a. 高温煅烧金属氧化物或金属氧化物合金颜 料（即陶瓷颜料） b. 耐候级金红石型钛白粉（ Alumina和 Silica 等处理） c. 耐酸碱金属颜料和耐久性云母珠光颜料 67 AAMA 2605-05 ASCA 96 PVDF的涂层能满足标准 10年佛罗里达暴晒： E小于 5、光泽保留大于 50%、 粉化度达到 8级、漆膜侵蚀度小于 10% 68 宝钢氟碳彩板应用于南极长城站 69 氟碳彩板应用于浦东国际机场 70 水性氟碳涂料 水性含氟涂料既具有含氟材料优良的耐候、耐 污、耐腐蚀等性能，又具有水性涂料环保、安 全等性能，因而正日益引起世界各国的极大关 注，是今后涂料工业发展的一个重要方向。 水性氟聚合物涂料有水溶性、水分散和乳液性 等多种形态。目前的水性氟聚合物涂料大多数 仍为水分散性的。 日本的 Asahi Glass 、 DIC、 Daikin 三家公司 在水性氟树脂乳液方面研究具有一定代表性。 ARKEMA公司在水性 PVDF氟树脂方面成功研 究了 Kynar Aquatec乳液。 71 水性氟树脂 水性氟树脂主要有 VDF 、 TFE 和 CTFE 三种，其均聚或共聚的氟烯烃聚 合物只能用于高温热塑性涂料。 加入非含氟单体（乙烯基醚、酯或丙烯 酸单体），以降低结晶度 , 保证常温下使 用或一定温度下的交联固化使用。 可分为热塑性涂料用乳液、交联型热固 性涂料用乳液。 72 特性数据 数值 分子量 (Mn-数均分子量 ) 100000 玻璃化转变温度 (Tg) 80 (无增塑剂 ) 溶解性 作为塑 溶胶 使用领域： 户外建筑 (在欧洲仅在北欧地区在使用 ) 室内建筑 (作为防潮厚涂层 ) 5、聚氯乙烯塑溶胶涂料 73 特点： 最高的涂料固体含量 (塑溶胶 90 ) 极高的漆膜厚度 (80-200um) 极其高的变形性 极佳的防腐蚀性 (特别用于镀锌钢时 ) 缺点： 回收聚氯乙烯涂层钢薄板有困难 环保问题 不能在炎热气候中使用 (在强烈太阳光照射下会液化 ) 中等的耐候性 (色差、吸污 ) 74 四、卷材涂料技术发展 75 使用寿命的延长 功能性产品 汽车板 绿色环保 节能 发展趋势 76 1、延长使用寿命 77 （ 1） PVDF涂层 结构 ： F H CC n F H 59% F, 38 % C 碳氟键 是最稳定的有机成膜物质 极好的耐候性和热稳定性 25年以上的耐候性 78 聚合物共价键的键能比较 有机化学键 键能（ KJ/mol） C-F 116 C-C 83 C-O 84 C-H 99 C-Cl 78 79 （ 2） HDP涂层 80 与一般聚酯涂料相比，具有卓越的耐化 学性和耐久性 性能接近硅改性涂层 使用寿命可达 15年 具有较好的性价比 便于涂层的处理 81 QUVB试验 编号 涂层 颜色 试验 时间 失光率 % 色差 L 1 白灰 1000 6.4 0.46 2 白灰 1000 8.9 0.41 3 海蓝 1000 15 1.56 4 海蓝 1000 9.8 1.52 82 （ 3）超耐候硅改性聚酯涂料 30%以上有机硅改性聚酯树脂 ， 保证良 好的耐候性 陶瓷颜料，保证涂层的永久亮丽 特殊有机硅结构，使涂层更坚硬，能够 增加耐磨性和金属划伤性，承受加工时 冲压 83 适合热镀锌钢板、镀铝锌钢板、铝板等 涂装 经受 20年的户外使用后，粉化程度不超 过 4级（ ASTM D-4214），颜色变化不 超过 8 NBS （ ASTM D-2244）。 84 （ 4）无卤厚涂层 PVC溶胶涂层可达 100-200微米膜厚 PVC溶胶在烘烤时对环境激素的疑因及在高温 环境下涂层会液化，用量逐渐减少 无卤厚膜型的产品开发成为热点 提高涂层的使用寿命和耐蚀性 85 2、功能性彩涂板的使用 86 污染物的种类： 1. 大气中漂浮的大量的尘埃和粉尘，无 机粒子 2. 燃油和燃煤所带来的大量带有油性和 酸性的有机污染物 （ 1）自洁涂层的研究 87 污染的途径： 1. 污染吸附在漆膜表面，并不断层积形成污染 层； 2. 由于漆膜表面的粗糙不平，污染颗粒渗入涂 层表面的缝隙和小孔，形成污染； 3. 由于彩涂板要求有良好的加工折弯性能，往 往漆膜的 Tg比较低，在阳光的照射下漆膜软 化，表面污染物容易渗透到漆膜内层，形成 难以除去的污染层。 88 自洁机理 1. 通过光催化，达到涂层亲水性。 2. 降低涂层表面张力，使污染层难以在漆膜表 面形成，比较容易被水冲洗掉，如荷花叶。 3. 提高漆膜的亲水性，雨水能在漆膜表面形成 一个完整的水膜，雨水能渗入漆膜的缝隙和 孔隙中，将漆膜表面的污染物冲洗掉。 89 亲水性漆膜自清洁途径 加入光催化剂 TiO2 添加有机硅的助剂 亲水性表面处理 90 光催化剂 TiO2 光催化过程中水分子被化学吸收和分解 其余水分子被吸附 漆膜表面变为亲水性 优点：表面亲水性形成较快 缺点： 由于 TiO2分解有机高分子，使耐 候性迅速下降 91 添加亲水化有机硅助剂 硅氧烷迁移到漆膜表面 硅氧烷水解为硅醇 硅醇增加了漆膜亲水性 优点：简单、有效、不降低耐候性 缺点： 化学方法亲水性，较难控制、持久性存在问题 组合后，降低涂料的稳定性 成本高 92 亲水性表面的形成过程 水解 （形成亲水性的漆膜表面） 93 技术要求 提高 Pot-life至 1个月 逐渐过度到单组分（ 6个月以上） 进一步降低成本 94 表面亲水层处理 表面亲水层作为面层 较好的漆膜耐候性 表面覆盖和附着力是关键问题 作为卷材涂装不太适宜 95 其他自洁途径 1、荷花型表面结构 针尖结构，降低表面张力和接触面积 使水的接触角达到 1400 ，水珠滴滚落， 去除污物 漆膜容易清洗，但还需注意雨筋问题 96 2、陶瓷的表面结构 高的交联密度，较高的 Tg 致密的表面结构 特殊疏水、疏油表面结构，降低表面张力 提高水的接触角 97 3、添加疏水、疏油助剂 主链结构参加反应，有机硅基团迁移到 漆膜表面 形成疏水、疏油的表面 漆膜表面形成致密的有机硅层，防止沾 污 优点：简单、有效、不降低耐候性 缺点：持久性存在问题 98 亲水性涂层技术路线 1、 提高漆膜的 Tg和交联密度 2、 提高基体树脂亲水能力 3、 亲水性添加剂的应用 99 基体树脂的要求 较高的 Tg 树脂具有良好的亲水基团，使漆膜具备 长时间亲水效果 高的反应活性和交联密度，如陶瓷结构 100 亲水性的添加剂的要求 1、良好的亲水效果 2、 良好的耐热性 3、 较好的迁移性 4、 超长的亲水效果 101 亲水漆膜示意： 雨 水 涂层表面 污染 物 污染物脱 离 102 亲水漆膜的实现 助剂随着溶剂的挥发迁移到涂膜 的表面 树脂聚合物 颜料填充料 助剂 103 亲水漆膜的实现 亲水助剂是一种特殊的有机硅助剂 ， 它 在有水份的存在下会发生水解反应 ， 产 生硅醇而获得亲水功能 。 反应机理如下： Si-OR + H2O- Si-OH + R0H 104 水解后漆膜的示意图 颜料填料 有机硅助剂 105 普通漆膜的接触角 普通漆膜 接触角 850 106 亲水漆膜的接触角 亲水漆膜 接触角 390 107 碳黑法测试耐沾污性 1. 水和碳黑 (FW200)以 85/15的比例混合分 散 。 2. 将污染物涂黑样板 ， 600C烘烤 2小时 。 3. 用刷子和脱脂棉在流水中洗涤擦拭污染 物 。 4. 测试其 L ， L值小于 2.0， 认为具有 一定的 耐沾污性 。 108 白漆 普通彩板 本产品 （无亲水助剂） 疏水涂料 亲水产品 被污染前 L 89.19 89.35 89.69 90.64 被污染后 L 68.33 87.11 89.37 90.22 L 20.86 2.24 0.32 0.42 耐沾污性对比 109 自洁产品 普通产品 碳黑实验后 110 自洁产品 普通产品 下雨后照片 111 6个月后曝晒对比 亲水产品 普通产品 112 曝晒后试样放大观察 亲水产品 普通产品 113 产品实例 抗碳黑沾污性能 亲水性 E 实物照片 接触角 接触角图像 0.14 37.4 114 （ 2）抗菌涂层 添加特殊抗菌剂，赋予广谱抗菌（金黄色 葡萄球菌、大肠杆菌等）性能 去异味 防菌时效长 主要用途：医药、食品、卫生等 115 抗菌 途径 有机抗菌剂 杀菌作用、防霉作用 耐温较差、安全性较差 无机抗菌剂 载 Ag、 Cu、 Zn离子（ 激活活性氧、与酶 结合、电荷吸附） ，光催化类 安全、耐热 天然抗菌剂 116 关 键 产品抗菌性能 产品抗菌率， 99% 抗菌长效性 寻找最终用途 -医药、卫生、食品行业 提高质量 -高端产品消费 提高卖点 -健康意识 117 抗菌效果比较 118 （ 3）抗静电、导电涂层 在涂料中添加特殊导电填料或成膜物质 涂膜表面电阻 1069，导电涂层要求 10以下 主要用途 -半导体、精密机器、计算机 室、医院、药厂、化工厂 119 （ 4）装饰纹理型涂层 压花型彩涂板 印花型彩涂板 皱纹 桔纹 粒面耐磨 PET和 PVC贴膜的彩板，用于家电与装饰 120 3、汽车板 121 增加一薄 涂层，作为 保护层，可 焊接 3-4um 一涂层可替 代电泳底漆， 可焊接 10-15um 二涂层可替 代电泳底漆 和汽车中途 5-7um+ 15-18um 122 4、绿色环保 123 绿色环保产品 采用无铬预处理工艺 无重金属及有害物质 低 VOC涂料： 如水性、高固体、粉末涂料等 124 绿色家电产品 2006年 7月 1日起，欧盟市场上销售的电子、 电器产品中有毒、有害元素的指标必须符 合 ROHS规定的标准（ 镉 30ppm， 六价 铬 50ppm， 铅 20ppm， 汞 20ppm， 重金属含量 120ppm ） 绿色家电产品的重点是解决涂料中的六价 铬和无铬预处理问题 125 5、节能 126 （ 1）冷屋顶涂层 提高生活质量 节约能源 色彩丰富 延长彩涂板的使用寿命 127 5%为紫外线 46%为可见光 49%为红外线（热量的主要来源） 128 屋顶表层 传导 反射散射 R 反射能量 E 吸收能量 进入楼房内的净热量 日光照射屋顶的示意图 129 美国在上世纪 90年代，开始了冷屋顶节能的研究， 并针对屋顶产品指定了能源之星计划。 在 California，对斜坡屋顶 TSR作了强制规定。 屋顶 初始 TSR 3年后 TSR 斜坡（ 2:12 inches） 0.65 0.5 陡坡（ 2:12 inches） 0.25 0.15 屋顶 初始 TSR 3年后 TSR 斜坡 0.70 0.55 130 屋顶温度与节能 据 ARKEMA公司提供资料 ， 2000年 7月 ， 佛罗 里达太阳能中心在佛罗里达进行的 “ 关于屋顶 系统对居民室内制冷耗能影响的比较评估 。 白色强反射屋面会减少制冷耗能 18 26%。 131 冷屋顶涂料的要求 树脂 +颜料是涂层的关键成分 隔热需要红外线反射颜料 树脂必须耐紫外线， PVDF涂层是很 好的耐候涂层 132 不同颜料对红外光的反射 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 400 500 600 700 Wavelength (nm) Reflect ance (% ) Blue Black Red White 133 500 1000 1500 2000 2500 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 6 # 1 # R% w av el eng t h(nm ) 白灰色比较 6#-普通产品（ TSR 60%） 1#-冷屋顶产品（ TSR 67%） 134 500 1000 1500 2000 2500 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 2 # 8 # R% w av el eng t h(nm ) 绯红色比较 2# -冷屋顶产品 （ TSR 46%） 8#-普通产品（ TSR 36 %） 135 “冷”颜料选择 白色颜料是最好的反射颜料； 选择 TSR高的颜料是冷屋顶涂层关键 136 不同颜料对红外反射影响 配方 板温 （ 500瓦红外灯照半小时 ） TiO2:碳黑（ 9： 1） 62 TiO2:411（ 9： 1） 52 TiO2:酞蓝（ 9： 1） 60 TiO2:424 （ 9： 1） 50 137 样板冷屋顶情况比较 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 70 0 5 10 20 30 普通灰 隔热灰 （ 500瓦红外灯照半小时） 138 T he s a m e v is ible c olo r : T he I nfr ar ed - r eflect ing f or m ula tion r eflect s the infr ar ed li gh t, w hich mak es the s ur fac e ( an d inter ior s pa c es) c oo ler . S tan da r d Ref l ec ti v e By u si n g IR - r ef l e ct i ve P i gm ent s C an look v er y diff er en t to an infra r e d c am er a: S tan da r d Ref l ec ti v e 139 （ 2）固化方式节能 A：近红外固化 一般 5-7秒内固化 与常规溶剂型涂料固化机理类似 需注意溶剂快速挥发对涂层影响 140 B： UV固化 固化速度快（ 2-3秒） 可缩短固化炉子长度（ 10米） 固含量达到 90%以上 色漆固化有困难 含有光引发剂，成本高且影响耐候性 主要用于底漆与背漆 141 C：电子束固化 固化设备投资高 涂料与 UV固化类似，不含光引发剂， 涂料成本低 能量消耗低 需氮气或惰性气体覆盖涂层，防止氧 阻聚 142 五、彩涂板常见问题 143 失光、变色 粉化、龟裂 模量的改变和强度的损失 漆膜的降解老化表现： 1、 涂层的粉化 144 漆膜的降解老化主要因素 （聚合物 + 颜填料） 油漆 光 照 潮 湿 受 热 污 染 污染物 潮 湿 钢板的前处理 145 阳光、空气、水的作用 在高湿度下，促进光的氧化降解 在光照或酸性条件下，促进水的降解 在高温下，促进水解和氧化作用 温度和湿度会使漆膜和底材产生膨胀和 收缩，造成漆膜的开裂 146 漆膜老化的评估： 最好的漆膜老化预测：在彩板安装处实时 曝晒。 其次是佛罗里达 45 或 90 朝南 曝晒。 人工加速老化。 147 老化的评估方法 天然曝晒 所需时间 : 5年 加速老化实验 148 149 150 不同加速老化曝晒实验对比 实验方法 光源 湿度 温度 最高 ( C) Q U V - B ( 3 1 3 n m ) 不 真 实 ( 3 0 0 n m ) 加湿 60 Q U V - A ( 3 4 0 n m ) 只有 紫 外 线 加湿 60 炭弧灯 真 实 度 差 喷雾 60 S u n t e s t 氙弧灯 真 实 度 高 浸 44 A t l a s W O M 真 实 度 极 高 喷雾 70 E M M A Q U A 太 阳 光 的 5 - 8 倍 喷雾 变化 151 选择老化实验方法 快速 + 可靠 户外 曝晒 + QUV A 152 AMMA2605、 ASCA96要求 10年佛罗里达（ 45 朝南）： 自然老化（保色） ASTM D2244 E5 自然老化（粉化） ASTM D659 8级 153 2、粘漆（ Blocking） 现象： 粘漆 漆膜剥落 光泽转移（面漆与背面漆光泽差异较大时，如差 40- 50%时） 原因： 主要由于不合适的运输、储存和操作 收卷温度高 不合适的涂料匹配 154 解决办法： 立式包装 运输中避免急刹车、转弯等 采用橡胶缓冲垫等 合理的装卸（轻、稳、平），否则会出现一端严重一 端好或出现 200m左右粘漆等。 降低收卷温度 提高漆膜的硬度（ Tg) 155 3、易划伤 现象： 彩板加工时，漆膜擦伤、划痕 原因： 彩板加工设备落后 漆膜硬度较低 预处理膜薄 对策： 改变涂料体系改进预处理，提高附着力 改善加工设备（有难度） 156 4、加工时爆裂、脱漆 现象： 加工时，漆膜开裂明显 加工时漆膜脱落，失去装饰效果 原因： 漆膜的时效性问题 基板的镀锌层质量差，镀锌层开裂、剥落 表面处理层质量差 加工设备粗糙 对策： 提高涂层时效性 采用优质的基板、预处理 改进加工设备 157 5、背面发泡问题 现象：背面发泡困难 原因： 表面张力小（聚氨酯一般为 34，环氧可达 38-40） 与发泡剂可反应基团少 对策： 背面漆提高表面张力，一般环氧大于聚氨酯 提高可反应的基团，一般环氧大于聚氨酯 提高表面的粗糙度 158 请提宝贵意见