预涂金属卷材用水性环氧聚酯底漆的研制

【现代涂层技术】

预涂金属卷材用水性环氧聚酯底漆的研制

冯全芬1，林安2

（1.武汉大学土木建筑工程学院市政工程系，湖北武汉 430079；

2.武汉大学资源与环境学院环境工程系，湖北武汉 430079）

摘要：将水性环氧树脂、丙烯酸改性饱和聚酯树脂、氨基树

脂、插层改性累托石、各种颜填料和助剂按比例制成预涂金属卷材用水性环氧聚酯底漆。讨论了不同颜基比以及不同用量的环氧树脂、颜填料、插层改性累托石和偶联剂对漆膜性能的影响。获得了水性环氧聚酯底漆最佳配方：环氧树脂用量占树脂总固体分的15%，锶铬黄和插层改性累托石的用量分别占颜填料用量的30%和2% ~ 3%，硅烷偶联剂1%。所得漆膜的附着力0级，硬度2 H，T弯0，耐MEK擦试70次，抗流挂性和流平性良好。

关键词：水性环氧聚酯底漆；金属卷材；颜基比；插层改性累托石；偶联剂；防锈颜料

中图分类号：TG174.461; TQ633.9文献标识码：A

文章编号：1004 – 227X (2008) 05 – 0045 – 04

Preparation of waterborne epoxy-polyester primer applied to pre-coated coil // FENG Quan-fen, LIN An Abstract: A waterborne epoxy-polyester primer applied to pre-coated coil was prepared by mixing waterborne epoxy resin, acrylic acid modified saturation polyester resin, amidogen resin, intercalated modified rectorite, various pigments/fillers and assistants at a proper ratio. The effects of different pigment-to-binder ratio and various dosages of epoxy resin, pigment/filler, layer-inserting modified rectorite and coupling agent on coating’s properties were discussed. The optimal formula was gained as follows: the dosage ratio of epoxy resin to resins was 15%, dosage ratio of strontium chromate and layer-inserting modified rectorite to pigments and fillers was 30% and 2%-3% respectively, and 1% of coupling agent. The coating has good sagging resistance and leveling performance with grade 0 adhesion, 2H hardness, T bend of 0 and anti-MEK of 70 times.

Keywords: waterborne epoxy-polyester primer; metal coil; pigment-to-binder ratio; intercalated modified rectorite; coupling agent; anticorrosive pigment

First-author’s address: School of Civil Engineering, Wuhan University, Wuhan 430079, China

收稿日期：2008–01–20 修回日期：2008–03–06

作者简介：冯全芬（1981–），女，湖北人，在读博士研究生，主要从事腐蚀水化学与给排水方面的研究工作。

作者联系方式：(Email) fengqfwuhan@。1 前言

中国是仅次于美国的第二大涂料生产国，2006年涂料总产量超过500万吨，工业产值753.17亿元人民币，其中卷材涂料占涂料总产量的2% ~ 2.5%。随着经济的快速发展，国民经济的各个领域对预涂卷材的需求也在不断扩大。卷材涂料的树脂品种主要有：环氧类、聚酯、聚氨酯类、丙烯酸类、有机硅改性聚酯树脂类、醇酸树脂类、塑溶胶和有机溶胶类、含氟类等。目前，全世界95%以上的卷材生产线都在使用溶剂型涂料。但随着环境保护和节约能源要求的提高，各国都积极开展了水性卷材涂料的研究，世界上已有5%的卷材涂装线使用水性涂料。

卷材底漆除了要具有与基材良好的附着力及优异的防腐性能外，还必须与面漆具有优良的层间附着力以及良好的加工性能。其常用树脂为环氧类或聚酯类，或两者共混，再配以适当的氨基树脂或封闭型聚氨酯树脂交联剂[1]。本文采用来源广泛的水性饱和聚酯树脂为原料来研制水性卷材涂料，开展探索性的研究工作。

2 实验部分

2. 1 主要原料

水性环氧树脂682（工业品），江苏三木集团；水分散型丙烯酸改性饱和聚酯MB-019（工业品），北京金汇利应用化工制品有限公司；氨基树脂（工业品），江苏三木集团；插层改性累托石浆料，自制；偶联剂KH-570，钛白粉，滑石粉，锌铬黄，三聚磷酸铝等均为市售工业品。

2. 2 水性环氧聚酯底漆的制备

将水性环氧树脂、丙烯酸改性饱和聚酯树脂、氨基树脂、插层改性累托石浆料、各种填料和助剂按比例投入配置罐中，在高速分散机上以1 500 r/min分散30 min，然后转至砂磨机研磨2 ~ 3 h，细度达40 µm

后过滤，包装。 2. 3 底漆涂层的制备

选用10 cm × 5 cm × 0.5 mm 的镀锌板，钝化后用刮棒刮涂上述底漆得到湿漆膜，室温下闪干数秒后迅速放入260 °C 高温烘箱中烘40 ~ 60 s （板温224 °C ），迅速取出后急冷，制得带底漆膜的样板。然后在此底漆膜上以相同方法涂覆各种面漆，得到所需的底面复合漆膜，在室温条件下测试漆膜的各项性能。 2. 4 性能测试 2. 4. 1

附着力和耐溶剂擦拭性能

根据GB 9286–1988，采用划格法测试附着力；根据ECCA-T11.1999测试耐MEK 擦拭性能。 2. 4. 2

T 弯

根据ECCA-T7.1996，卷材漆膜的T 弯指标一般要求2 ~ 3 T 。 2. 4. 3

耐盐雾性能

根据GB/T 1765，一般卷材涂膜要求盐雾试验能够在>500 h 后划痕处腐蚀、起泡宽度<2 mm 。 2. 4. 4

抗流挂性与流平性

用配制好的含不同量的累托石浆料的水性环氧聚酯涂料刷涂2片试片。一片竖放，测其抗流挂性；另一片平放，测其流平性。为使测量结果比较准确，在漆膜干后测其厚度，使不同累托石含量的涂料厚度基本相同[2]。 2. 4. 5

沉降率

将配制好的涂料倒入垂直放置的试管中，密封30 d 后测上层清液高度和涂料总高度，按下式计算沉降率：沉降率 = 上层清液的高度 ÷ 涂料总高度 × 100%[2]。

3 结果与讨论

3. 1 环氧树脂用量对涂膜性能的影响

环氧和聚酯树脂都是性能优良的底漆基料树脂，二者共混后，可以将两种树脂的优良特性结合起来。改变共混树脂中环氧树脂的比例（固/固），交联树脂采用氨基树脂（其它条件相同），得到漆膜机械性能与耐盐雾性能的测试结果如表1所示。

表1 环氧树脂用量对涂膜性能的影响

Table 1 Influence of dosage of epoxy resin on coating’s

performance w (环氧树脂)/% T 弯 t (耐盐雾)/h 硬度/H 耐MEK 擦拭/次

5 ≤1 280 1 <70 10 1 305 1 ~ 2 ≤70 15 1 320 2 70 20 >1 320 2 70

表1表明，随着环氧用量的提高，体系的耐盐雾性能及硬度呈上升趋势，用量提高到一定值，则不再明显提高，但漆膜柔韧性随环氧含量的提高而下降。原因可能是所采用的环氧树脂分子量较小，交联基团有限，因此交联密度没有随用量加大而提高，影响耐盐雾性能；虽然聚酯树脂分子中线性多元醇部分可以为漆膜提供很好的韧性，但环氧树脂刚性较大，加入量过多会降低整体漆膜的韧性[3]。综合考虑，环氧树脂用量确定为占树脂总固体分的15%。 3. 2 颜填料用量对漆膜耐盐雾性能的影响

实验采用相同的基料树脂及助剂用量，按照一定比例混合了锶黄、锌黄、磷酸锌、氧化锌、三聚磷酸铝、复合铁钛粉等防锈颜料，制成了1# ~ 10#漆膜试板，底漆颜基比为 1.4∶1，考察颜填料对漆膜耐盐雾性能的影响，结果见表2。

表2 颜填料用量对漆膜耐盐雾性能的影响

Table 2 Influences of dosages of pigment and filler on

coating’s salt spray test w (颜填料)/%

序号锶黄锌铬黄三聚磷酸铝磷酸锌复合铁钛粉 钛白粉 硫酸钡 滑石粉 云母粉t (耐盐雾)/h 120 20 20 20 10 10280

240

20 20 10 5 5350 32020 20 20 10 10220 44020 20 10 5 5290 5 20 20 20 20 10 10220 6 2040 20 10 5 5250 7 60 20 10 5 5250 8301020 20 10 5 5350 940 20 20 10 5 5

320 1040 20 20 10 5 5

280

从表2可以看出，在镀锌板底材上，锶黄颜料水溶性小，在耐盐雾性能方面具有明显优势。锶黄用量在40%左右时，防腐性能较好；锌黄也具有较好的防腐性能，而且价格比锶黄要低得多，因此可以适当并用，以降低成本。复合铁钛粉有一定的防腐性能，无毒，但防腐效果远不如锶黄和锌黄，因而不选用。辅助防腐颜料中，使用三聚磷酸铝的体系耐盐雾性能要略优于磷酸锌体系，其价格也比较便宜，而且这种颜料的加入具有一定的流变效果，可以防止密度较大的颜料（如钛白等）发生沉降。

综合表2，确定底漆中各颜料的比例（各颜料质量与颜填料总质量之比）为：30%锶黄，10%锌铬黄，20%三聚磷酸铝，20%钛白粉，10%沉淀硫酸钡，5%滑石粉，5%云母粉。