热固性金属漆及其制备方法和用途 【技术领域】
本发明涉及涂料领域,特别涉及一种具有改善的耐溶剂性的热固性金属漆、其制备方法及其应用。
背景技术
热固性金属漆是一种具有高韧性、高硬度、高耐磨性的油漆,它具有诱人的外观,通常被用于卷材、包装、一般工业的涂装体系中。
传统的热固性金属漆的耐溶剂性较差。热固性金属漆的耐溶剂性,根据中国国家标准GB/T 17748-1999中6.11.2所叙述的方法测试。一般地,通过测试一种热固性金属漆的耐MEK(甲基乙基酮)擦拭次数来表示这种热固性金属漆的耐溶剂性。
目前,工业界尚没有一种有效提高热固性金属漆(尤其是热固性铝粉漆)的耐溶剂性的方法。涂料行业在面临热固性金属漆的耐溶剂性问题时,一般都降低要求,只要求耐MEK擦拭的次数达到60次即可。
因此,提供一种具有改善的耐溶剂性的热固性金属漆,已经越来越成为业界的渴求。
【发明内容】
本发明的目的之一,在于提供一种热固性金属漆。根据本发明的一个实施例,所述热固性金属漆包括下列成分:A)羟基化合物、B)交联剂、C)铝粉、D)硅烷偶联剂,其中,D)硅烷偶联剂的用量为0.2-3.4wt.%,以热固性金属漆的重量按100wt.%计。
所述成分,可以进一步包括:E)催化剂。
所述成分,可以进一步包括:F)添加剂,所述添加剂选自下列的一种或多种:消泡剂、流平剂、润湿分散剂。
所述热固性金属漆,各成分的用量为:
A)13-36wt.%的羟基化合物,以热固性金属漆的重量按100wt.%计;
B)12.8-29.7wt.%的交联剂,以热固性金属漆的重量按100wt.%计;
C)1.14-11.4wt.%的铝粉,以热固性金属漆的重量按100wt.%计;和
D)0.2-3.4wt.%的硅烷偶联剂,以热固性金属漆的重量按100wt.%计。
所述热固性金属漆,E)催化剂的用量为0.1-1.0wt.%,以热固性金属漆的重量按100wt.%计。
所述热固性金属漆,F)添加剂的用量为0.5-1.0wt.%,以热固性金属漆的重量按100wt.%计。
所述羟基化合物、交联剂、铝粉或催化剂中的一种或多种,可以分别以羟基化合物溶液、交联剂溶液、铝粉浆或催化剂溶液的形式加入;
所述羟基化合物溶液、交联剂溶液、铝粉浆、催化剂溶液的溶剂选自下列的一种或多种:芳香烃溶剂、醇醚类溶剂、酯类溶剂;
所述羟基化合物溶液的用量为20-55wt.%,以热固性金属漆的重量按100wt.%计;
所述交联剂溶液的用量为17-39.5wt.%,以热固性金属漆的重量按100wt.%计;
所述铝粉浆的用量为4-40wt.%,以热固性金属漆的重量按100wt.%计;
所述催化剂溶液的用量为1.0-10wt.%,以热固性金属漆的重量按100wt.%计。
本发明的目的之二,在于提供一种制备所述热固性金属漆的方法。根据本发明的一个实施例,所述方法包括步骤:使下列成分混合:A)羟基化合物、B)交联剂、C)铝粉、D)硅烷偶联剂,其中,D)硅烷偶联剂的用量为0.2-3.4wt.%,以热固性金属漆的重量按100wt.%计。
所述成分,可以进一步包括:E)催化剂。
所述成分,可以进一步包括:F)添加剂,所述添加剂选自下列的一种或多种:消泡剂、流平剂、润湿分散剂。
所述方法,各成分的用量为:
A)13-36wt.%的羟基化合物,以热固性金属漆的重量按100wt.%计;
B)12.8-29.7wt.%的交联剂,以热固性金属漆的重量按100wt.%计;
C)1.14-11.4wt.%的铝粉,以热固性金属漆的重量按100wt.%计;和
D)0.2-3.4wt.%的硅烷偶联剂,以热固性金属漆的重量按100wt.%计。
所述成分,E)催化剂的用量为0.1-1.0wt.%,以热固性金属漆的重量按100wt.%计。
所述成分,F)添加剂的用量为0.5-1.0wt.%,以热固性金属漆的重量按100wt.%计。
所述羟基化合物、交联剂、铝粉或催化剂中的一种或多种,可以分别以羟基化合物溶液、交联剂溶液、铝粉浆或催化剂溶液的形式加入;
所述羟基化合物溶液、交联剂溶液、铝粉浆、催化剂溶液的溶剂选自下列的一种或多种:芳香烃溶剂、醇醚类溶剂、酯类溶剂;
所述羟基化合物溶液的用量为20-55wt.%,以热固性金属漆的重量按100wt.%计;
所述交联剂溶液的用量为17-39.5wt.%,以热固性金属漆的重量按100wt.%计;
所述铝粉浆的用量为4-40wt.%,以热固性金属漆的重量按100wt.%计;
所述催化剂溶液的用量为1.0-10wt.%,以热固性金属漆的重量按100wt.%计。
本发明的目的之三,在于提供一种使用所述热固性金属漆的方法。根据本发明的一个实施例,所述方法,包括步骤:将所述热固性金属漆涂布于底材上,加热反应,所述反应的反应温度为200-260℃。
所述反应的反应时间为20-200秒。
在所述反应过程中,在涂布所述热固性金属漆之前,还可以先在所述底材上涂布一层底漆,所述底漆,优选但不限于,聚酯-聚氨酯底漆、丙烯酸-聚氨酯底漆、环氧-氨基树脂底漆。
本发明的目的之四,在于提供一种所述热固性金属漆在涂料中的应用。
本发明的有益效果在于:本发明中,通过加入适量的硅烷偶联剂并调整热固性金属漆中其他成分的配比,使热固性金属漆的耐溶剂性得到了显著的提高。
【具体实施方式】
本发明所公开的具体实施例和方法,其描述是示例性而非限制性的。
本发明通过加入适量的硅烷偶联剂并调整热固性金属漆各反应成分的配比,提供一种具有改善的耐溶剂性的热固性金属漆。
所述热固性金属漆包括成分A、B、C、D。
本发明所述的热固性金属漆,所述成分A、B、C的用量可以与现有技术中制备热固性金属漆时该等成分的常用用量相同或相近。
本发明所述的热固性金属漆,所述成分A、B、C、D的用量优选本发明所提供的该等成分的用量。本发明所提供的该等用量的成分A、B、C、D的协同效应将进一步改善所述热固性金属漆的耐溶剂性。
所述成分可以进一步包括成分E。
所述成分可以再进一步包括成分F。
成分A 所述羟基化合物,优选但不限于聚酯、聚丙烯酸酯、或它们的衍生物。
所述聚酯的数均分子量,优选但不限于2000-6000;所述聚酯的羟基含量,优选但不限于2-6wt.%,特别优选5-6wt.%,最优选5.5wt.%,以聚酯的重量按100wt.%计;所述聚酯,优选但不限于羟基饱和聚酯树脂,特别优选烘烤卷材涂料用羟基饱和聚酯树脂,最优选由脂肪族多元醇起始制备的烘烤卷材涂料用羟基饱和聚酯。
所述聚丙烯酸酯的数均分子量,优选但不限于10000-20000;所述聚丙烯酸酯的羟基含量,优选但不限于1-3wt.%,特别优选1-2wt.%,以聚丙烯酸酯的重量按100wt.%计;所述聚丙烯酸酯,优选但不限于羟基聚丙烯酸酯,特别优选烘烤卷材涂料用羟基聚丙烯酸酯,最优选烘烤卷材涂料用氟碳-羟基聚丙烯酸酯树脂。
所述羟基化合物的用量,优选但不限于13-36wt.%,以热固性金属漆的重量按100wt.%计。
所述羟基化合物可以以羟基化合物溶液的形式加入。
所述羟基化合物溶液的溶剂,优选但不限于芳香烃溶剂、醇醚类溶剂、酯类溶剂。所述芳香烃溶剂,优选但不限于二甲苯、甲苯、苯;所述醇醚类溶剂,优选但不限于丙二醇甲醚乙酸酯、乙二醇甲醚乙酸酯、二丙二醇甲醚乙酸酯;所述酯类溶剂,优选但不限于乙酸丁酯、乙酸乙酯。
当所述羟基化合物以羟基化合物溶液的形式加入时,所述羟基化合物溶液的用量,优选但不限于20-55wt.%,所述羟基化合物溶液中羟基化合物的用量,优选但不限于13-36wt.%,以热固性金属漆的重量按100wt.%计。
成分B 所述交联剂,优选但不限于封闭异氰酸酯;所述封闭异氰酸酯的异氰酸酯含量,优选但不限于8-12wt.%,特别优选11-12wt.%,以封闭异氰酸酯的重量按100wt.%计;所述封闭异氰酸酯,优选但不限于以HDI(六亚甲基二异氰酸酯)起始的封闭异氰酸酯。
所述交联剂的用量,优选但不限于12.8-29.7wt.%,以热固性金属漆的重量按100wt.%计。
所述交联剂可以以交联剂溶液的形式加入。
所述交联剂溶液的溶剂,优选但不限于芳香烃溶剂、醇醚类溶剂、酯类溶剂。所述芳香烃溶剂,优选但不限于二甲苯、甲苯、苯;所述醇醚类溶剂,优选但不限于丙二醇甲醚乙酸酯、乙二醇甲醚乙酸酯、二丙二醇甲醚乙酸酯;所述酯类溶剂,优选但不限于乙酸丁酯、乙酸乙酯。
当所述交联剂以交联剂溶液的形式加入时,所述交联剂溶液的用量,优选但不限于17-39.5wt.%,所述交联剂溶液中交联剂的用量,优选但不限于12.8-29.7wt.%,以热固性金属漆的重量按100wt.%计。
成分C 所述铝粉,其颗粒直径(D50直径,即50%以上的颗粒所达到的颗粒直径),优选但不限于5-40微米,特别优选5-21微米,最优选16微米。
所述铝粉的用量,优选但不限于1.14-11.4wt.%,以热固性金属漆的重量按100wt.%计。
所述铝粉可以以铝粉浆的形式加入。
所述铝粉浆的溶剂,优选但不限于芳香烃溶剂、醇醚类溶剂、酯类溶剂。所述芳香烃溶剂,优选但不限于二甲苯、甲苯、苯;所述醇醚类溶剂,优选但不限于丙二醇甲醚乙酸酯、乙二醇甲醚乙酸酯、二丙二醇甲醚乙酸酯;所述酯类溶剂,优选但不限于乙酸丁酯、乙酸乙酯。
当所述铝粉以铝粉浆的形式加入时,所述铝粉浆的用量,优选但不限于4-40wt.%,所述铝粉浆中铝粉的用量,优选但不限于1.14-11.4wt.%,以热固性金属漆的重量按100wt.%计。
成分D 所述硅烷偶联剂,优选但不限于氨基硅烷偶联剂、环氧基硅烷偶联剂、硫基硅烷偶联剂,特别优选氨基硅烷偶联剂。所述氨基硅烷偶联剂,优选但不限于γ-氨基丙基三乙氧基硅烷、γ-氨基丙基三甲氧基硅烷、双γ-三甲氧硅基-丙基氨,特别优选γ-氨基丙基三乙氧基硅烷、γ-氨基丙基三甲氧基硅烷,最优选γ-氨基丙基三乙氧基硅烷。所述环氧基硅烷偶联剂,优选但不限于β-环己基氧撑基三甲氧基硅烷。所述硫基硅烷偶联剂,优选但不限于γ-硫基丙基三甲氧基硅烷。
所述氨基硅烷偶联剂的用量,优选但不限于0.2-3.4,以热固性金属漆的重量按100wt.%计。
成分E 所述催化剂,优选但不限于锡类催化剂。所述锡类催化剂,优选但不限于二月桂酸二丁基锡、辛酸亚锡、环烷酸锡,特别优选二月桂酸二丁基锡、辛酸亚锡,最优选二月桂酸二丁基锡。
所述催化剂的用量,优选但不限于0.1-1.0wt.%,特别优选0.4-0.45wt.%,以热固性金属漆的重量按100wt.%计。
所述催化剂可以以催化剂溶液的形式加入。
所述催化剂溶液的溶剂,优选但不限于芳香烃溶剂、醇醚类溶剂、酯类溶剂。所述芳香烃溶剂,优选但不限于二甲苯、甲苯、苯;所述醇醚类溶剂,优选但不限于丙二醇甲醚乙酸酯、乙二醇甲醚乙酸酯、二丙二醇甲醚乙酸酯;所述酯类溶剂,优选但不限于乙酸丁酯、乙酸乙酯。
当所述催化剂以催化剂溶液的形式加入时,所述催化剂溶液的用量为1.0-10wt.%,优选4.0-4.5wt.%,所述催化剂溶液中催化剂的用量为为0.1-1.0wt.%,优选0.4-0.45wt.%,以热固性金属漆的重量按100wt.%计。
成分F 所述的添加剂,优选但不限于消泡剂、流平剂、润湿分散剂。所述消泡剂,优选但不限于非硅类聚合物消泡剂;所述非硅类聚合物消泡剂,优选但不限于聚丙烯酸或其溶液、氟碳改性聚丙烯酸化合物或其溶液、聚二甲基硅氧烷化合物或其溶液、聚丙烯酸酯化合物或其溶液。所述流平剂,优选但不限于聚丙烯酸或氟碳改性丙烯酸化合物或其溶液、改性聚二甲基硅氧烷化合物或其溶液、纤维素醚类化合物及其溶液。所述润湿分散剂,优选但不限于聚氨酯化合物或其溶液、聚丙烯酸酯化合物或其溶液。
所述添加剂的用量为0.5-1.0wt.%,以热固性金属漆的重量按100wt.%计。
制备热固性金属漆的方法 将所述成分A、B、C、D混合,得到所述热固性金属漆。
所述成分可以进一步包括成分E。
所述成分可以进一步包括成分F。
使用热固性金属漆的方法
将所述热固性金属漆涂布于底材上,加热反应。所述加热反应的反应温度为200-260℃。反应完成后,所述热固性金属漆在底材表面形成一层干膜,所述干膜的厚度,优选但不限于20-30微米,特别优选20-28微米。
所述加热反应的反应压力,优选但不限于常压(约一个大气压)。
所述加热反应的反应时间为20-200秒,优选30-80秒,最优选75秒。
所述底材,优选但不限于金属基材,特别优选铝材、钢材、不锈钢,最优选铝材。
在用所述热固性金属漆涂布底材之前,可以先对底材作预处理,例如,可以先对底材作清洁、去除表面氧化物的处理,然后,使用1wt.%的Alodine 4595(Henkel公司提供)水溶液对底材作预处理,预处理时间为2.5-4分钟,预处理温度为室温(约25℃)。预处理完成后,用清水漂净所述底材,晾干待用。
在对底材作预处理之后、涂布所述热固性金属漆之前,还可以先在底材上涂布一层底漆,所述底漆,优选但不限于聚酯-聚氨酯底漆、丙烯酸-聚氨酯底漆、环氧-氨基树脂底漆,特别优选聚酯-聚氨酯底漆。
例如,可以在经预处理的底材上用线棒涂布聚酯-聚氨酯底漆,在高温烘箱中加热烘烤,形成一层干膜;所述干膜的厚度,优选但不限于5-15微米,特别优选8-10微米,所述加热烘烤温度,优选但不限于200-260℃,特别优选224-232℃;所述加热烘烤时间,优选但不限于20-200秒,特别优选75秒。
本发明所述的热固性金属漆可被用作涂料使用,具有良好的耐溶剂性。
本发明所使用的检测方法和检测中所使用的试剂:
耐溶剂性的检测办法:中国国家标准GB/T 17748-1999中6.11.2部分(即耐化学性中的耐溶剂性部分);
检测中所使用的试剂:MEK(甲基乙基酮);
溶剂等级:分析纯(ETHYLMETHYLKETONE,CAS No.:76-93-3)。
上下文中提及的原料说明如下:
Zeffle GK-570:聚丙烯酸酯,羟基含量1.82wt.%,固含量65wt.%,可由日本大金株式会社购得。
Demophen 651:聚酯,羟基含量5.5wt.%,固体含量65-67wt.%,可由拜耳公司购得。
Desmodur BL 3175:封闭异氰酸酯,NCO含量11.1wt.%,固体含量75wt.%,可由拜耳公司购得。
Stapa Metallux 770CC:铝粉,D50粒径16微米,密度1.5Kg/L,可由Eckart公司购得。
DBTDL:二月桂酸二丁基锡,相对分子量631,锡含量18.5+/-5wt.%,可由空气化学公司购得。
Silquest A1100:硅烷偶联剂(γ-氨基丙基三乙氧基硅烷),可由GE公司购得。
MPA:溶剂(丙二醇甲醚乙酸酯),可由Dow公司购得。
Alodine 4595水溶液:无铬预处理液,用于处理铝及其合金预处理,可由Henkel公司购得。
实施例 对比实施例C1
将41.03g Zeffle GK-570与6.47g MPA加入搅拌器,以500-800rpm的转速搅拌15分钟;
将27.67g含Stapa Metallux 770CC的铝粉浆加入搅拌器,以400-500rpm的转速搅拌30分钟;
将17.79g Desmodur BL 3175加入搅拌器,以400-500rpm的转速搅拌10分钟;
将4.16g 10wt.%的DBTDL的MPA溶液加入搅拌器,以400-500rpm的转速搅拌20分钟,检测细度至6H(Hegman),得到热固性金属漆。
在涂有聚酯-聚氨酯底漆的铝材上,用线棒涂布所述热固性金属漆,在高温烘箱中烘烤75秒,温度为224-232℃,形成一层干膜,所述干膜厚20-28微米。
检测所述热固性面漆的耐溶剂性,所得结果列于表1。
实施例1
将40.54g Zeffle GK-570与6.39g MPA加入搅拌器,以500-800rpm的转速搅拌15分钟;
将27.35g含Stapa Metallux 770CC的铝粉浆加入搅拌器,以400-500rpm的转速搅拌30分钟;
将17.58g Desmodur BL 3175加入搅拌器,以400-500rpm的转速搅拌10分钟;
将4.14g 10wt.%的DBTDL的MPA溶液与1.19g Silquest A1100加入搅拌器,以400-500rpm的转速搅拌20分钟,检测细度至6H(Hegman),得到热固性金属漆。
在涂有聚酯-聚氨酯底漆的铝材上,用线棒涂布所述热固性金属漆,在高温烘箱中烘烤75秒,温度为224-232℃,形成一层干膜,所述干膜厚20-28微米。
检测所述热固性面漆的耐溶剂性,所得结果列于表1。
表1:实施例1及对比实施例C1
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由表1可以看出,适量硅烷偶联剂的加入可以显著提高热固性聚丙烯酸酯-聚氨酯金属漆的耐溶剂性。
对比实施例C2
将27.17g Desmophen 651与2.72g MPA加入搅拌器,以500-800rpm的转速搅拌15分钟;
将29.89g含Stapa Metallux 770CC的铝粉浆加入搅拌器,以400-500rpm的转速搅拌30分钟;
将33.15g Desmodur BL 3175加入搅拌器,以400-500rpm的转速搅拌10分钟;
将4.36g 10wt.%的DBTDL的MPA溶液加入搅拌器,以400-500rpm的转速搅拌20分钟,检测细度至6H(Hegman),得到热固性金属漆。
在涂有聚酯-聚氨酯底漆的铝材上,用线棒涂布所述热固性金属漆,在高温烘箱中烘烤75秒,温度为224-232℃,形成一层干膜,所述干膜厚20-28微米。
检测所述热固性面漆的耐溶剂性,所得结果列于表2。
实施例2
将26.99g Desmophen 651与2.7g MPA加入搅拌器,以500-800rpm的转速搅拌15分钟;
将29.69g含Stapa Metallux 770CC的铝粉浆加入搅拌器,以400-500rpm的转速搅拌30分钟;
将32.93g Desmodur BL 3175加入搅拌器,以400-500rpm的转速搅拌10分钟;
将4.33g 10wt.%的DBTDL的MPA溶液与0.65g Silquest A1100加入搅拌器,以400-500rpm的转速搅拌20分钟,检测细度至6H(Hegman),得到热固性金属漆。
在涂有聚酯-聚氨酯底漆的铝材上,用线棒涂布所述热固性金属漆,在高温烘箱中烘烤75秒,温度为224-232℃,形成一层干膜,所述干膜厚20-28微米。
检测所述热固性面漆的耐溶剂性,所得结果列于表2。
实施例3
将26.94g Desmophen 651与2.69g MPA加入搅拌器,以500-800rpm的转速搅拌15分钟;
将29.63g含Stapa Metallux 770CC的铝粉浆加入搅拌器,以400-500rpm的转速搅拌30分钟;
将32.86g Desmodur BL 3175加入搅拌器,以400-500rpm的转速搅拌10分钟;
将4.32g 10wt.%的DBTDL的MPA溶液与0.86g Silquest A1100加入搅拌器,以400-500rpm的转速搅拌20分钟,检测细度至6H(Hegman),得到热固性金属漆。
在涂有聚酯-聚氨酯底漆的铝材上,用线棒涂布所述热固性金属漆,在高温烘箱中烘烤75秒,温度为224-232℃,形成一层干膜,所述干膜厚20-28微米。
检测所述热固性面漆的耐溶剂性,所得结果列于表2。
实施例4
将26.85g Desmophen 651与2.69g MPA加入搅拌器,以500-800rpm的转速搅拌15分钟;
将29.53g含Stapa Metallux 770CC的铝粉浆加入搅拌器,以400-500rpm的转速搅拌30分钟;
将32.75g Desmodur BL 3175加入搅拌器,以400-500rpm的转速搅拌10分钟;
将4.31g 10wt.%的DBTDL的MPA溶液与1.2g Silquest A1100加入搅拌器,以400-500rpm的转速搅拌20分钟,检测细度至6H(Hegman),得到热固性金属面漆。
在涂有聚酯-聚氨酯底漆的铝材上,用线棒涂布所述热固性金属面漆,在高温烘箱中烘烤75秒,温度为224-232℃,形成一层干膜,所述干膜厚20-28微米。
检测所述热固性面漆的耐溶剂性,所得结果列于表2。
表2:实施例2、3、4及对比实施例C2
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由表2可以看出,适量硅烷偶联剂的加入可以显著提高热固性聚酯-聚氨酯金属漆的耐溶剂性。
综上所述,不论在聚丙烯酸酯-聚氨酯金属漆中,还是聚酯-聚氨酯金属漆中,适量硅烷偶联剂的加入能够大大提高热固性金属漆的耐溶剂性。
虽然本发明已将较佳实施例揭露如上,然其并非用以限定本发明,任何熟习此技艺者,在不脱离本发明的精神和范围内,当可作各种更动与润饰,因此发明的保护范围应以申请专利的权利要求范围为准。