家电板用灰色面漆耐热碱性能的影响因素

2020-08-04

0 引言

家电板,是指应用于家用电器的预涂彩板。我国家电行业经过三十年的发展, 取得了显著的成绩,现已成为世界家电的最大制造基地和消费市场, 在成本、质量等方面领先国际同行,且势头强劲。在2018年德国柏林国际电子消费展邀请的1 600 多家厂商中,中国企业有665 家,占比达到40%;海尔(Haier)、美的(Midea)、格力(GREE)、海信(Hisense)、TCL、长虹(Changhong)等品牌纷纷亮相出招,积极展示来自中国的新产品与新技术。家电板作为家电产品的重要技术之一,对外观和综合性能要求也越来越高。

近年来,随着消费者对品质化、个性化、智能化及设计的更深层次需求, 高端家电成为中国家电市场突破的瓶颈。特别是高端家电产品因其使用场合、用途和使用环境的不同, 对家电涂层提出了不同的要求。例如:洗/干衣机、冰箱、洗碗机的面板及侧板要求其具有良好的耐盐雾性、耐湿热性、耐玷污性及耐酸碱性洗涤剂擦洗的性能;空调的室外机,在耐酸雨及耐老化性能有更高的要求等。灰色面漆因色彩百搭,大量使用在冰箱、洗/干衣机的面板和侧板上。目前, 国内关于家电板用灰色面漆耐热碱性能的影响因素研究较少,且与国外同类产品仍有一定的差距。因此, 结合家电板面漆的特点, 本文对基料树脂种类、固化剂种类、颜基比和催化剂类型等因素进行测试分析,考察影响灰色面漆综合性能的因素,特别是耐热碱性能(2%氢氧化钠,50 ℃×48 h),进而得出了性能优良的配方。

1 实验部分

1.1 实验原料及设备

聚酯树脂(VYLON 270VYLON 600VYLON GK-590:日本东洋纺公司;聚酯树脂(ES510ES710):韩国SK 化学公司;固化剂:封闭型聚氨酯(德士模都BL3175): 拜耳公司; 高亚氨基高甲醚化三聚氰胺树脂(R-717)和全甲醚化三聚氰胺树脂(Cymel 303):氰特公司;丁醚化脲醛氨基树脂:上海新华树脂厂;金红石型钛白:美国杜邦公司;炭黑:美国卡博特公司;氧化铁红和氧化铁黄:朗盛公司;催化剂、流平剂、分散剂、丁酮和酯类溶剂: 中海油常州环保涂料有限公司;以上均为工业级。前处理液:工业级,苏州新颖新材料股份有限公司; HY-LB-01 白底漆: 中海油常州环保涂料有限公司;氢氧化钠:试剂级,国药集团化学试剂有限公司;胶带:工业级,得力集团有限公司。

普通无锌花热镀锌钢板〔板厚0.5 mm,镀层质量为90 g/m2(双层)〕:常州江南钢板厂,将镀锌板经无水乙醇清洗脱脂后冷风吹干备用;刮棒:翁开尔上海国际贸易公司;电热干燥箱(WE202-2 型):上海虹平机电厂;高温烘箱:澳大利亚EcEFast 公司;电子天平:梅特勒-托利多公司;实验室小型砂磨机:上海现代环境工程技术有限公司;测厚仪(Qnix-4500):德国尼克斯公司;光泽仪(BYK4563):德国毕克公司;色差仪(CR-400):柯尼卡美能达(中国)投资有限公司。

1.2 灰色面漆的基本配方

灰色面漆的基本配方见表1

制备工艺: 将部分聚酯树脂、金红石型钛白、炭黑、氧化铁红、氧化铁黄、分散剂和适量溶剂混合均匀,用实验室小型砂磨机研磨到细度<25 μm 后,加入剩余的聚酯树脂、固化剂、催化剂、流平剂和适量溶剂, 1 500 r /min 转速下分散15 min 混合均匀,调整黏度,即得灰色面漆。

1.3 样板的制备

6.0 cm×6.0 cm×0.5 mm 的无锌花热镀锌钢板上用RDS3# 刮棒涂布前处理液,在140 ℃烘箱中烘烤4060 s,干膜厚:12 μm,冷却;接着用RSD10# 刮棒涂布HY-LB-01 白底漆,在280 ℃下烘烤3050 s,干膜厚:35 μm,冷却;然后用RDS24# 刮棒涂布灰色面漆,在280 ℃下烘烤3060 s,干膜厚:1316 μm,烘烤板温:214241 ℃,取出,冷却,检验底漆加面漆复合涂层的各项性能。

1.4 性能测试

家电板灰色面漆的主要性能指标见表2。以下涂层各项测试均为底漆加面漆复合涂层。

耐热碱实验:参照GB 1763-7988)漆膜耐化学品测定法进行。将每种漆样制得的35 块样板用胶带封边,放入2%的氢氧化钠溶液中,密闭放置于50 ℃恒温烘箱中48 h 后取出冷却。试板用水冲洗并擦干净,观察板面外观,检测60°光泽及色差变化。若板面外观目测无起泡、无剥落,60°光泽变化<10% 色差变化△E1.0,胶带粘贴试验板面3 次以上且涂层无脱落即为耐热碱性能合格。

2 结果与讨论

2.1 灰色面漆用基料树脂的选择

涂层的整体性能及对底漆的附着力主要受面漆基料树脂的影响。考虑到家电板是先涂装再进行裁剪,最后加工成型(如冰箱、洗衣机及电视机外壳),因此对涂层的机械性能要求较高,所以面漆基料树脂多选择中高相对分子质量的聚酯树脂。试验在其他条件一定的情况下,分别采用不同相对分子质量的聚酯树脂VYLON 270VYLON 600ES510ES710 VYLONGK-590 作为面漆的基料树脂, 以全醚化氨基树脂Cymel 303 为固化剂, 按照一定比例进行混合制得灰色面漆,配套HY-LB-01 白底漆(下同),研究不同类型聚酯树脂对灰色面漆性能的影响, 试验结果如表3及图1

从表3 可以看出,随着聚酯树脂Tg的提高,灰色面漆的柔韧性越差, 表现在T 弯从1T 变成2T 铅笔硬度从1H 提高到3H。耐丁酮擦拭、耐热碱性主要与聚酯树脂的羟值有关,羟值越高,涂层的交联度越好,不利于涂层对丁酮和热碱液的渗透,直接表现在耐擦拭及耐热碱性能越好。聚酯树脂为ES710 VYLONGK-590 的样板在经热碱浸泡后外观基本无变化,60°光泽和色差变化都比较小。此外,试验发现聚酯树脂的相对分子质量越高,涂层光泽越低,且与底漆的附着力变差。综上,选用Tg37 ℃的ES710 15 ℃的VYLON GK-590 可作为灰色面漆的基料树脂。

2.2 面漆固化剂的选择

家电板涂料应用于高速涂装生产线,要求涂料在高温下具有快速固化的特点,固化剂的选择主要依据基团的反应活性大小及交联密度,最终使得涂层性能满足各项技术要求。常用固化剂为封闭型聚氨酯树脂和氨基树脂2 种。试验采用ES710 树脂作为基料树脂,在其他条件一定的情况下,研究4 种固化剂对灰色面漆性能的影响,结果如表4 及图2

从表4 和图2 可以看出,封闭型聚氨酯德士模都BL 3175 赋予灰色面漆较好的柔韧性,但耐丁酮擦拭、铅笔硬度、耐热碱性能较差,这与其聚氨酯结构特性有关。脲醛树脂的固化机理主要是丁氧基甲基与聚酯树脂羟基的反应,自身的线型结构特点在一定程度上决定了涂层的铅笔硬度和耐热碱性能不及氨基树脂Cymel 303 R-717。氨基树脂Cymel 303 R-717结构带有三嗪环,大量的甲氧基与聚酯树脂中的羟基以醚交换进行反应形成密集的网络空间结构,有效的阻止了热碱溶液的渗透,可显著提高涂层的耐热碱性能,但部分醚化R-717 为聚合型氨基树脂,长期贮存有自缩聚倾向,涂料的贮存稳定性会变差,仅适合较短时间内施工使用。综上,ES710 聚酯树脂作为基料树脂,以全醚化Cymel 303 作为固化剂,可获得综合性能优良的灰色面漆。

2.3 颜基比对灰色面漆的影响

家电板灰色面漆中常用的颜料由钛白、炭黑、氧化铁红和氧化铁黄组成。颜基比对面漆的外观、机械性能和成本有直接的影响。采用ES710 树脂作为基料树脂, 以市售全甲醚化三聚氰胺树脂Cymel 303 为固化剂,在其他条件一定的情况下,考察不同颜基比对灰色面漆性能的影响如表5 及图3 所示。

由表5 和图3 可见:随着颜基比的增加,灰色面漆的遮盖性有所提高,当颜基比为0.60.8 时,综合性能最佳。当颜基比>0.8 时,面漆体系的PVC/CPVC 值(颜料体系浓度/临界颜料体积浓度)升高,基料树脂、固化剂分子间的距离变大, 活性基团的体积浓度变小,使交联反应难以发生,致使其交联密度降低,从而使涂层的T 弯、耐丁酮擦拭和耐热碱性均变差,如表中颜基比为1.2/1 的情况。当颜基比<0.6 时(如表中1.2/1),灰色面漆的外观遮盖欠佳。综合考虑成本和性能因素,选择颜基比为(0.60.8/1

2.4 酸催化剂的选择

家电板面漆固化过程需要高温和酸催化共同作用成膜。常用的催化剂分为封闭型二壬基萘磺酸A和非封闭型二壬基萘磺酸B 两种催化剂均具有良好的稳定性和高效的催化特性。试验在其他条件一定的情况下,考察2 种酸催化剂对灰色面漆性能的影响并与国外某公司灰色面漆性能进行对比, 如表6 和图4所示。

由表6 和图4 可以看出,非封闭型酸催化剂B 的综合性能最佳。封闭型酸催化剂A 的催化活性略低于催化剂B,这可能和其结构特性有关,直接表现在灰色面漆的T 弯、耐丁酮擦拭和耐热碱性能略差。与国外某公司灰色面漆耐热碱性能相比, 非封闭型催化剂B的某些性能优于国外产品。

3 结语

本研究选用聚酯树脂ES710 VYLON GK-590树脂作为基料树脂,市售全甲醚化三聚氰胺树脂Cymel303 为固化剂,颜基比为(0.60.8/1,非封闭型酸催化剂B 为催化剂时制备了一种家电板用灰色面漆, 并对面漆的各项性能进行测试,结果表明,该灰色面漆具有良好的综合性能,耐热碱性能最佳,且优于国外某公司的灰色面漆。具有十分重要的意义及实用价值。

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