端羥基—羧基雙官能團飽和聚酯樹脂在粉末塗料中的應用

2020-11-25 慧聰網

    慧聰表面處理網訊：【摘要】EL-5060，EL-3050兩種雙官能團飽和聚酯樹脂製作出的粉末塗料具有硬度高，耐溶性好，可以用在一些要求耐刮，耐磨；耐水煮，熱轉印的器件上。利用雙官能團進行固化使得塗膜具有多結構式，用於提高交聯密度，從而達到塗膜有較高的硬度，此類樹脂可使用於要求耐刮，耐磨比較高，以及熱轉印的粉末塗料上。

    1、引言

    目前常用飽和聚酯樹脂所製得的粉末塗料，固化成膜後塗膜硬度一般都在1H左右，不耐刮，此類粉末用於熱轉印時經常會遇到不好撕紙或轉印膠水附著塗膜表面不易清除的問題。要取得較好的塗抹硬度，大多都是通過加快粉末的膠化時間，提高烘烤溫度，增加填料量，或者添加助劑以及降低光澤度等多種方法來達到。本公司多年前就開始有開發及生產銷售由EL-1900（羥值約300）與EL-1200（羥值約50）兩種高-低羥基樹脂共用於粉末配方中，用封閉型異氰鹽酸B-1530固化，所得塗膜光澤度約為5-10%，塗膜硬度4H，硬而脆，用於熱轉印非常好撕紙，同時也具有很好的耐溶劑MEK的性能。

    隨著社會的發展及用戶的需求，以上配方粉末在有些方面不能滿足客戶要求，如要求高光澤度，附著力好，塗膜硬度好，耐衝擊力好，板面油亮熱轉印時易於將轉印紙撕下等，以下所要討論的這一類型雙官能團飽和聚酯樹脂就能很好的解決這些問題。

    2、樹脂合成原料及工藝

    將己二酸，對苯二甲酸，間苯二甲酸，偏苯三酸酐，新戊二醇，三羥基乙烷等原料按一定比例及時間先後加入反應鍋中，逐步升高溫度到240℃，保溫反應並同時回流去除反應產生的水份，等到回流水量較少時真空減壓進一步反應，當酸價及粘度達到所規定值範圍內時解壓停止反應，出料冷卻，粗碎包裝。

    3、試驗用到的各種樹脂參數

    EL-5060，EL-3050樹脂和其它樹脂的最大差別就是同時含有羥基（—OH）和羧基（—COOH）官能團，所以粉末配方中除了加有封閉型異氰酸鹽（官能團為R2—N=C=O，本次試驗用B-1530）固化外，同時還加入了TGIC

（）與羧基官能團固化。雙官能團樹脂EL-3050，EL-5060與TGIC，B-1530反應原理如下：

    依據以上反應原理，樹脂反應固化後，塗膜就具有了多結構化及高交聯密度，從而使得在塗膜在多個方面表現出獨特的作用。有了反應機理就可以通過實驗總結比較，得出在合成樹脂所需要選擇的酸值，羥值的大小對塗膜的影響情況，通過以下加於討論。

    4、樹脂參數的選定

    4.1依據反應機理，選擇雙官能團樹脂的酸值及羥值，以下先來討論比較羥值的大小對膠化時間的影響：

    從上表綜合選擇考慮，選擇羥值在大約40-60的範圍，不論在耐衝擊及流平上都能夠得到比較好的塗膜效果。純PU型樹脂EL-1200就是這一類型的典型樹脂，EL-1200大多都是應用在與B-1530（本實驗使用的是HULS：B-1530，NCO%=15%）固化的平面高光，或與powerlink1174固化的裝飾性皺紋塗裝。隨著羥值的升高（即支化高的提高），單獨的EL-1900樹脂與B-1530反應固化時，膠化時間比較快，所得塗膜硬度接近5H，塗膜足夠硬，但同時表現出了硬而脆，附著力下降的弱點，用在一些要求硬度極高，耐溶劑要求也特別高的時候才會單獨用到EL-1900。

    4.2以下列舉在沒有加入固化促進劑的情況下，不同酸值的樹脂與TGIC反應固化的膠化時間（樹脂與TGIC用量依據等當量計算）：

    從上表可以總結出，為得到高光澤度及有較好的流平性及衝擊性，酸值最多也只能在3--55左右，因為酸值越高，樹脂與反應固化時TGIC用量也會隨之增多，不易控制塗膜的流平性及膠化時間。

    膠化時間越慢，表示固化成膜也慢，所得塗膜流平就越好，但膠化時間過慢，固化不完全，不利於塗膜的耐衝擊性能，為兼顧流平及衝擊性能，大多粉末配方的膠化時間一般都會控制在90秒至180秒。所以大多用TGIC固化的飽和聚酯樹脂酸值都會選擇30-50這一段範圍內，由於酸值約30的樹脂與TGIC固化時反應還是比較稍慢，所以會加入極少量的固化促進劑來加快反應速度（固化促進劑加入量對塗膜流平影響比較明顯，只能在不影響流平的情況下為提高衝擊性而少量加入）。

    綜合以上對羥值，酸值的大小進行比較，選擇雙官能團飽和聚酯樹脂的羥值在45-60範圍內，酸值選擇在30-55範圍內，所得樹脂做成的粉末塗料塗膜在流平性，耐衝擊，硬度，光澤度等方面都有很好的效果。選擇制定合成了酸值30，羥值50的EL-3050和酸值50，羥值60的EL-5060兩種雙官能團飽和聚酯樹脂進行討論。酸值，羥值的高低代表著固化劑TGIC，B-1530用量的多少。

    5、實驗結果討論及應用檢測

    雙官能團飽和聚酯樹脂EL-3050，EL-5060制粉過程：稱取各組份後進行預混合，然後通過擠壓機（溫度設置約為：110-120℃）擠壓出料，壓片冷卻初碎後細粉碎過篩留存。通過靜電噴塗在馬口鐵板上，放置於烘箱中烘烤200℃x15分鐘（膜厚約在60-80微米之間），下表為實驗配方及塗膜物性：

    從上表可以比較出A，B雙官能團固化樹脂兩個配方兼顧了單羧基和單羥基兩類樹脂的特點，是一類具有比較綜合性能的樹脂，不論在衝擊性，流平性，耐溶劑性，硬度，高光澤等各個方面都是表現比較好的特性。具體用途表現為：

    耐溶劑性較好，可以用在長期盛裝輕度腐爛等要求耐化學品的容器上。

    硬度高，可以用在一些要求耐刮，耐磨；耐水煮，熱轉印不易粘紙的器件上。以水煮和熱轉印的實例來進行比較討論。

    （1）水煮比較（以高光澤度的實驗配方相比較）：

    以上表可以比較出，EL-5060，EL-3050在耐水煮方面具有很好的性能。

    （2）熱轉印比較(E，F配方為亞光和半光，易做成熱轉印粉，在此就不再進行比較)：

    （註：同一配方粉末烘烤溫度適當提高，固話比較安全，成膜越好。熱轉印溫度越高，塗膜就越易反軟回粘粘著轉印紙和附著轉印油a熱轉印條件：180℃X6min，b熱轉印條件：200℃X6min）

    從上表可以比較出，EL-5060，EL-3050在熱轉印上也是有很好的優點，先用180℃烘烤成膜，然後用高於成膜烘烤溫度20℃來進行熱轉印，同樣可以將轉印紙很容易撕下。這就很好的解決了在熱轉印過後要經過手工將殘餘粘紙進一步刮下的麻煩。延長轉印200℃x25min，轉印紙同樣可以很容易的撕下。判斷熱轉印是否成功，是否可以做熱轉印粉，最主要的是看能否輕易地將轉印紙從塗膜撕下。紙可以撕下，才會進一步觀察轉印油附著的多少。一般情況下，越易撕下轉印紙，附著在塗膜表面的油汙就會越少，轉印效果就越好。如果不需要那麼高光澤度，填料改換加入配方總量5-10%的碳酸鈣或消光鋇，光澤由92%降低至大概70-80%，更容易於熱轉印撕紙。

    A，B粉末配方在成本上與E，F兩個相比，具有很大的優勢（原因為B-1530的價格比較高，用量大時粉末配方成本就隨之增多明顯），而且E，F兩個配方不能做到高光澤度，只要在A，B兩個配方加入適量的消光劑，同樣也可以做出低光澤度的板面，一個配方可以有很大的靈活性。

    6、總結

    EL-5060，EL-3050此兩種雙官能團飽和聚酯樹脂粉末塗料，很好地解決了單一官能團樹脂只能用一種固化劑進行固化反應而引起的性能不綜合，多結構固化提高交聯密度從而彌補了塗膜性能「不綜合」的缺陷。在流平性，硬度，高光澤度，耐溶劑性等各方面都有很好的保證，此配方加入消光填料即可做到70-80%的光澤度，加入物理消光劑也是可以較好的達到更低光澤度的目的，所得消光板面流平很好，這兩種樹脂所做的粉末塗料具有很大的應用領域。

責任編輯：鄭必佳

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