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塑料耐久性涂料用新型树脂

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发表于 2016-11-30 10:24:11 | 显示全部楼层 |阅读模式
本帖最后由 景玥新材料 于 2016-11-30 10:26 编辑

塑料耐久性涂料用新型树脂
作者:周铭

随着消费者环保意识变强,聚丙烯(PP)在汽车零部件行业极受欢迎,它比丙烯腈-丁二烯-苯乙烯(ABS)以及聚碳酸酯(PC)更容易回收,并提供了降低汽车燃料消耗的轻量化能力。因为它很容易回收和再利用,汽车内饰件和外饰件以及消费电器和包装使用的聚丙烯(PP)的量在增加。

随着聚丙烯(PP)在各行各业的更广泛使用,需要更高性能的涂料体系的需求从未如此强烈。太阳化学先进材料公司从其母公司(DIC公司)处获得提供树脂的技术,该公司制备的含聚丙烯的涂料树脂体系具有高附着力、耐化学介质性,通过自愈机理高光表面具有耐划伤性。

这三种树脂涂层体系能为配方设计师提供节省成本和简化涂装作业的机会,因为不需要对聚丙烯基材进行预处理。通常情况下,聚丙烯(PP)是通过开焰或通过电晕放电氧化。使用新的底漆树脂,配方工艺的这一步不再需要,因为底漆不需任何预处理就能提供好的附着力。因此,涂装时间缩短、效率提高。底漆树脂是新技术家族的一部分,可以单独使用,也可以组合使用来构建ABS、PC和PC/ABS的涂料体系。

本文将描述这三种树脂各自的性能和涂料配方,再来解释如何组合使用形成创新型涂料体系来提供出色的附着力、耐化学介质性和耐划伤性能。

耐化学介质和耐划伤的树脂组合

为实现性能的良好平衡,有必要使用多道涂层;底漆提高附着力、面漆提高耐久性。接枝聚烯烃改性的丙烯酸树脂可被用作底漆来提供与聚丙烯之间的优异的附着力。另外,耐化学介质的丙烯酸类多元醇可以得到耐化学介质的面漆,防止基材受到侵蚀和本身的耐降解性。通过自我修复机制,自愈丙烯酸多元醇赋予面漆高光表面的耐划伤性。

设计成作为组合一起发挥作用,这些树脂能确保多涂层之间的兼容性。此外,它们可以基于PP,ABS和PC树脂单独使用,为配方设计师提供了更多灵活性和便利性。这一揽子解决方案有助于减少制定规范的时间以及降低代价高昂的生产错误和材料浪费的风险(表1)。

随着各行各业越来越多地使用PP,超强附着力、耐化学介质性以及耐划伤性已成为OEM厂商和最终消费者的先决条件。例如面板、中心控制台和仪表盘等汽车部件,它们会持续与耐磨物品以及具有高度腐蚀性的溶剂,酸性物质和醇接触。

多功能和兼容底漆

为获得具有高附着力、耐化学介质性和抗刮伤性的聚丙烯涂层,底漆必须首先用接枝聚烯烃改性的丙烯酸类树脂配制。这种树脂既与面漆兼容,当单独使用时也能保持其创新性的性能特性。

这种树脂具有接枝到其主链氯化聚烯烃链上的丙烯酸链段,从而使该树脂能对PP基材提供优异的附着力。这种接枝聚烯烃改性的丙烯酸类树脂可以配制成由PP组成底漆,能施涂到汽车内饰件和外饰件以及高品位的包装材料上(包括化妆品包装)。氯化聚烯烃链段是负责树脂与烯烃基材的附着力,而接枝聚丙烯酸酯链段能创建适合制备单组份底漆的成膜聚合物(图1)。

接枝聚烯烃改性的丙烯酸类树脂用于配制能促进与PP附着力的底漆。此外,此单组份丙烯酸树脂能方便配方设计师,因为它不要求任何其他组分,并且不需要特殊的溶剂或储存条件。它可以用作用于各种聚丙烯基材的底漆(如保险杠、室内用品、消费电器和化妆品包装)。

这种创新型接枝聚烯烃改性的丙烯酸类树脂是混浊的液体,固体含量为45%,玻璃化转变温度(Tg)约为60℃,并且是不含芳族溶剂的。溶剂是醋酸丁酯/甲基环己烷(表2)。

用这种接枝聚烯烃改性的丙烯酸类树脂配制的底漆具有优异的附着力促进性能,上面也可以涂覆双组份丙烯酸涂料,得到的涂层体系具有优异耐化学介质性和高光表面的耐划伤性。

耐化学介质的面漆

为了得到较高水平的耐化学介质性,涂料通常可以用具有较高Tg和高交联密度的树脂配制。然而,这可能导致黏度增加、挥发性有机化合物(VOC)含量提高。

一种新的方法是研制一种新的高固体含量、耐化学介质的具有高酸值的丙烯酸多元醇,从而使面漆具有高交联密度和大约80℃的高Tg,尽管具有相对较低的相对分子质量(8000-10000相对分子质量)。这些性能解释了为什么这种多元醇具有优异的耐化学介质性、易涂布性,与ABS和PC都具有优异的附着力。此外,这种耐化学介质的丙烯酸多元醇不含芳族溶剂,只有乙酸正丁酯。

当配制成双组份面漆时,高固体耐化学介质的丙烯酸类多元醇能提供卓越的耐化学介质性,特别是对空气清新剂、DEET和化妆品,与未涂底漆的ABS、PC和PC/ABS间具有好的附着力。这种耐化学介质的丙烯酸类多元醇还具有55%的中等固体含量,固体羟值(OHV)为66(表3)。

耐化学介质的丙烯酸多元醇与低极性的稀释剂如环己烷、甲基环己烷和矿物溶剂不兼容,但使用酯、酮和醚类溶剂没有任何问题。理想的是,叔醇如二丙酮醇在大多数情况下将提供最好的溶解度。

当在用于ABS和PC上的面漆中使用时,这种耐化学介质的丙烯酸多元醇具有卓越的耐化学介质性和耐水性。在不使用底漆的情况下,它在Scotch®胶带附着力试验中也表现出良好的性能(表4)。

如上述,通过在相同的面漆涂层中组合使用自愈丙烯酸多元醇作为耐化学介质的丙烯酸类多元醇,是可以得到同时具有耐划伤性和耐化学介质性的面漆。

自我修复面漆

高固体分自愈型丙烯酸多元醇制备的面漆具有高光表面耐划伤性以及与无底涂的ABS、PC和PC/ABS之间具有好的附着力。通过使用特别硬的涂层可以获得抗划伤性、耐划伤变形性和材料去除性,或者说使它们变得坚韧和有弹性来实现。用一种独特的方法来获得高光表面的耐划伤性,这种多元醇利用了自愈机制,开发用于制备多元醇的独特的软链段低聚物使得这种自愈机制成为可能。

用于自愈丙烯酸多元醇的软链段低聚物增加了柔软性和聚合物的回流性。这种新技术允许相同的聚合物同时具有耐化学介质性和自愈特性。通常情况下,相同的产品很难同时具有自愈特性和耐化学介质性。表5对使用常规的多元醇和这种新型自愈丙烯酸多元醇得到的性能进行了比较。

自愈丙烯酸多元醇形成了不均匀的膜。使用原子力显微镜,可以看到在涂层表面有丙烯酸和软链段低聚物这两种结构的微相分离结构,这使得其同时具有耐化学介质性和自我修复功能。这使得涂层具有类似于记忆泡沫的变形和再生成的性能。因此,聚合物回流使得涂层能再次获得其连续的高光泽,即使是在被轻轻刮伤后(图2)。




这种自愈丙烯酸多元醇是一种透明液体,具有大约60%的固体含量,OHV值为85,并不含芳族溶剂。在这种情况下,溶剂是丙二醇甲基醚乙酸酯(表6)。

当用于配制PC和ABS上的透明面漆时,这种双组份丙烯酸多元醇能提供优异的耐洗涤剂性能,同时在Scotch胶带附着力试验和耐划伤性试验中也具有好的结果(表7)。




高光表面用黄铜刷划伤后,光泽在30秒后能完全恢复(图3)。

当两种丙烯酸多元醇被配制到相同的面漆中并涂覆到上述底漆上时,涂层体系通过自愈作用能提供附着力、耐化学介质性和高光表面耐划伤性。

实现耐化学介质性和自我修复功能

当底漆作为单独的涂层使用时,聚丙烯基材上未着色底漆的配方保持不变。接枝聚烯烃改性的丙烯酸类树脂占了42.2%(质量比),乙酸丁酯占43.4%(质量比),乙酸乙酯占5.8%(质量比),丙二醇单甲基醚乙酸酯占8.6%(质量比)(表8)。

在聚丙烯基材上施涂未着色底漆和透明面漆后,涂层系统在Scotch透明胶带附着力测试、耐空气清新剂测试、耐DEET测试、耐防晒护肤液测试、耐化妆品测试和铜刷划痕试验中将获得最有可能实现的结果。这些试验后,聚丙烯基材没有变化(表9)。

随着聚丙烯在各个行业使用的不断增加,配方设计师不断寻求创新型树脂体系,这些树脂体系能为消费者提供了方便耐用的产品。用作包装涂料体系或各种基材上的涂料体系的树脂是非常受欢迎的,但难以获得。利用这些突破性树脂可以帮助配方设计师实现这一目标。








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