影响水性聚氨酯树脂对金属附着力的因素及解决方法.doc

影响水性聚氨酯树脂对金属附着力的因素及解决方法table=98%近年来 , 水性聚氨酯技术在国内发展迅速 , 由于其高环保性、高装饰性、高耐磨性、高抗粘、抗裂性 , 以及相对较宽的施工温度范围 , 应用越来越广泛。但单组分水性聚氨酯金属涂料附着力不理想 , 本文就此问题进行了研究 , 分析了影响附着力的因素 , 并提出了相应的解决方法。 涂料,配方, 华润涂料,立邦,byk,basf,助剂,油墨, 粉末, 分散剂,流变,辐射固化,色料,颜色,树脂,汽车涂料,工业涂料,丙烯酸涂料,防火涂料xs-emb1t9y7目前 , 关于树脂在金属表面附着的原理很多。如机械咬合粘接理论、静电理论、吸附理论、扩散理论、酸碱使用理论和化学键理论等 1 。总的说 , 附着力是机械连接、静电吸引和化学键合共同作用的结果。附着力强度是润湿程度、两表面的相对表面力学能和润湿动力学的函数 , 在附着力的定义上 , 附着力应该是指涂装金属暴露在高湿环境或溶液中的附着力 , 俗称湿附着力 , 即指将涂装金属置于介质环境后 , 表现出来的附着力 , 目前通用的一些测定涂层附着力的方法 , 大多测试的是干涂层体系的数值 , 本实验所描述的附着力数值是用划圈法所测定的干涂层数值。 idt6awe:e#vh1 实验 中国涂料无忧网论坛j4gm/bj r1. 1 仪器 dr!s:zl4o反应装置 ( 三口烧瓶、温度计、搅拌仪、水浴箱、高速分散仪 ), 附着力测试仪 , 马口铁片。中国涂料无忧网专注于涂料油墨胶粘剂等技术研究,原材料供应商收集,名牌涂料厂商介绍8a?h x1 . 2 原料 华润涂料,立邦,byk(j#usb%l!sxw/c异佛尔酮二异氰酸酯 ( ipdi) , 工业品 , 德固萨公司产 ; 六亚甲基二异氰酸酯 ( hdi) , 工业品 , 上海和氏璧化工有限公司产 ; 甲苯二异氰酸酯 ( tdi) , 工业品 , 进口 ; 二苯甲烷二异氰酸酯 (mdi) , 工业品 , 烟台万华合成革集团有限公司产 ; 丁二醇 (bdo) , 工业品 ,basf 公司产 ; 聚己内酯多元醇 , 工业品 , 日本大赛璐公司 -hn%vv3q7b/i涂料,配方, 华润涂料,立邦,byk,basf,助剂,油墨, 粉末, 分散剂,流变,辐射固化,色料,颜色,树脂,汽车涂料,工业涂料,丙烯酸涂料,防火涂料产 ; 聚醚多元醇 , 工业品 , 抚顺佳化聚氨酯有限公司产 ; 二羟甲基丙酸 (dmpa) , 工业品 , 进口 ; n - 甲基吡烙烷酮 (nmp) , 工业品 , 濮阳市迈奇精细化工有限公司产 ; 二月桂酸二丁基锡 , 工业品 , 上海达茵化学助剂公司产 ; 消泡剂 (sa-3) , 工业品 , 上海华夏助剂厂产 ;byk-346 , 工业品 ,byk 公司产 ; 二乙烯三胺 , 工业品 , 进口 ; 三羟甲基丙烷 ( tmp) , 工业品 ,basf 公司产 ; 三乙胺 , 工业品 , 大红门化工有限公司产 ; 异佛尔酮二胺 , 工业品 , 德固萨公司产。 e,r9cotl x1 . 3 配方 涂料,配方, 华润涂料,立邦,byk,basf,助剂,油墨, 粉末, 分散剂,流变,辐射固化,色料,颜色,树脂,汽车涂料,工业涂料,丙烯酸涂料,防火涂料#zqg1g*p5|*y%i-b树脂合成配方见表 1 。 中国涂料无忧网论坛.rf1d*c6k!hk表 1 树脂合成配方 vp)lqj4uymv原料 华润涂料,立邦,byks%l +hqb u,b质量分数 / % nmp ,w8o$m_igj3 6 dmpa k|)l il3+a1 .5 2 .4 tmp 涂料,配方, 华润涂料,立邦,byk,basf,助剂,油墨, 粉末, 分散剂,流变,辐射固化,色料,颜色,树脂,汽车涂料,工业涂料,丙烯酸涂料,防火涂料il:)c:t1l0 . 5 0 .6 bdo 涂料,配方, 华润涂料,立邦,byk,basf,助剂,油墨, 粉末, 分散剂,流变,辐射固化,色料,颜色,树脂,汽车涂料,工业涂料,丙烯酸涂料,防火涂料+w/aal0 . 8 1 . 4 t -12 s%|/yd:7ng,涂料,配方, 华润涂料,立邦,byk,basf,助剂,油墨, 粉末, 分散剂,流变,辐射固化,色料,颜色,树脂,汽车涂料,工业涂料,丙烯酸涂料,防火涂料0 . 03 0 . 06 聚醚多元醇 +u urrp8ty10 20 ipdi 、 hdi 、 tdi 、 mdi ekc0es6ob.w&v10 18 三乙胺 ( tea) $ul0qc n6d中国涂料无忧网论坛1 .1 1. 8 sa -3 &gjaz0 . 07 0 . 1 胺类扩链剂 0rb,u$i6yci中国涂料无忧网专注于涂料油墨胶粘剂等技术研究,原材料供应商收集,名牌涂料厂商介绍0 . 8 1 . 4 水 中国涂料无忧网专注于涂料油墨胶粘剂等技术研究,原材料供应商收集,名牌涂料厂商介绍0em5fl;ixjd2w58 60 1 . 4 树脂合成 涂料,配方, 华润涂料,立邦,byk,basf,助剂,油墨, 粉末, 分散剂,流变,辐射固化,色料,颜色,树脂,汽车涂料,工业涂料,丙烯酸涂料,防火涂料c9qxa8w&j,os将 nmp 、 dmpa 、 tmp 、 bdo 加入装有温度计、搅拌仪的三口烧瓶中 , 再将三口烧瓶放入水浴箱中加热 , 开始搅拌 , 混合液中的固体完全溶解后 , 加入高分子多元醇、二月桂酸二丁基锡升到预定温度后 , 缓慢加入 ipdi 、 hdi 、 tdi 、 mdi , 开始计时 , 待反应结束后倒入高速分散仪中 , 加入含有三乙胺、消泡剂的水 , 高速分散一定时间 , 缓慢加入二乙烯三胺 , 继续分散一定时间后 , 将树脂过滤装桶待测。 w)_n;qa.x中国涂料无忧网论坛1. 5 附着力的测试标准 u*quc|zu:bw中国涂料无忧网论坛用附着力实验仪 ( 天津材料实验机厂 ) 测量 , 采用 gb1727 79 标准 , 将树脂均匀涂在经过一定处理的马口铁片上 , 涂层实干后 , 涂膜厚度约 35 40 m , 在温度 (23 2) 、湿度 (50 5) % 条件下 , 静放 7 d , 然后进行测试。 中国涂料无忧网专注于涂料油墨胶粘剂等技术研究,原材料供应商收集,名牌涂料厂商介绍i.twi6ux2 讨论 中国涂料无忧网论坛o-s:jah2 . 1 金属表面处理对附着力的影响 l?,zk04rt中国涂料无忧网论坛在涂刷之前的金属表面处理非常重要 , 金属表面常存在油脂、灰尘、铁锈或表面太光滑等现象 , 使金属表面成为弱界面层 , 如果处理不好 , 会严重影响树脂的附着力。对金属表面可进行除锈 ( 用砂纸打磨 , 用钢丝刷除 ) 、脱脂 ( 用有机溶剂清洗 ) 、轻微腐蚀处理 ( 用 50 % 的酸溶液浸泡 5 10 min 后 , 水洗、干燥 ) 或喷砂等很多方法 , 使表面产生大量的机械凹陷 , 增加了树脂与金属表面的接触面积 , 或采取磷化处理 2 , 在金属表面上形成大量交错的磷酸铁微晶片 , 晶片间的空间提供了大量的物理连接点 , 有利于机械连结 , 可明显提高树脂对金属的附着力。表 2 为在一块表面有明显油迹的钢材上采取不同的处理方式 , 涂刷、干燥后 , 所测得的附着力值。 g3x c&or华润涂料,立邦,byk表 2 树脂对表面经过不同处理的钢材的附着力 67&dn l ed 处理方式 q,b2|k!e附着力 / 级 直接刷涂 中国涂料无忧网论坛/qq.m?r,f$m.i a;j极差 ( 无法测量 ) 脱脂 涂料,配方, 华润涂料,立邦,byk,basf,助剂,油墨, 粉末, 分散剂,流变,辐射固化,色料,颜色,树脂,汽车涂料,工业涂料,丙烯酸涂料,防火涂料o#jt5 打磨 25rqie3 酸化处理 5s _,d4tg#q2 喷砂或磷化 v8f (i6nbs)jp1 2 . 2 高分子多元醇对附着力的影响 eol v中国涂料无忧网专注于涂料油墨胶粘剂等技术研究,原材料供应商收集,名牌涂料厂商介绍高分子多元醇是聚氨酯中的软链段 , 是分子链上的主要成分 , 对树脂性能有很大的影响。常用的多元醇有聚酯和聚醚两种 , 由于酯基的极性大 , 内聚能 (12 . 2 kj/ mol) 比醚基的内聚能 (4 . 2 kj/ mol) 高 3 , 所以与极性基材的附着力比聚醚高。此外软段的规整性 ( 如链段中侧基少、亚甲基数多 ), 对附着力有很大的影响 , 因为链段的规整性影响结晶性 , 结晶度高会使树脂附着力增加。如用己二酸丁二醇酯为软链段合成的高相对分子质量的线型水性聚氨酯树脂 , 其附着力明显高于用己二酸新戊二醇酯合成后的其他链段结构相近的相对高分子质量的线型水性聚氨酯树脂 , 但己二酸新戊二醇酯有侧基对酯键起保护作用 , 能改善树脂的耐热氧化性、耐水性和耐霉菌性 , 所以用 2 种聚酯按一定比例混合使用较好。高分子多元醇的相对分子质量对附着力的影响。如图 1 、 2 所示。 &kt!|_4h9ifwp中国涂料无忧网专注于涂料油墨胶粘剂等技术研究,原材料供应商收集,名牌涂料厂商介绍&bl5o qx2rs图 1 聚酯相对分子质量对附着力的影响 涂料,配方, 华润涂料,立邦,byk,basf,助剂,油墨, 粉末, 分散剂,流变,辐射固化,色料,颜色,树脂,汽车涂料,工业涂料,丙烯酸涂料,防火涂料ov&jqf6em:lx8im3c中国涂料无忧网论坛r$?i$iq!|图 2 聚醚相对分子质量对附着力的影响 k+htlg9m4k-n华润涂料,立邦,byk从图 1 可知 , 当聚酯多元醇相对分子质量增加时 , 附着力增加 , 然后又降低。这是由于聚酯多元醇相对分子质量增加时 , 分子链结构相对更规整 , 附着力就相应提高 , 但再增大时 , 硬链段的相对含量就会降低 , 使附着力下降。图 2 中 , 由于醚键的极性低 , 聚醚相对分子质量增加时 , 附着力基本无变化 , 继续增大时 , 硬链段含量也相对降低 , 附着力也相应降低。 /c? a2b#,iva6e涂料,配方, 华润涂料,立邦,byk,basf,助剂,油墨, 粉末, 分散剂,流变,辐射固化,色料,颜色,树脂,汽车涂料,工业涂料,丙烯酸涂料,防火涂料2 . 3 硬链段种类和含量对附着力的影响 +hx h硬链段是多异氰酸酯和扩链剂 , 常用的多异氰酸酯有 tdi 、 mdi 、 hdi 、 ipdi 以及二聚或三聚体等 , 常用的扩链剂有小分子多元醇 tmp 、 bdo 、 1 ,4 - 环己烷二甲醇 (chdm) , 小分子多元胺有乙二胺、二乙烯三胺、三乙烯四胺、异佛尔酮二胺等。多异氰酸酯的种类对附着力有一定的影响 , 如 mdi 、 hdi 的对称性好 , 能促进聚合物链段的结晶 , 对附着力的提高有利 , 而 mdi 上有对称的刚性芳环 , 内聚强度大 , 附着力更好 , 但耐候性不好。多异氰酸酯和扩链剂的增加 , 会使树脂的硬链段增加 , 小分子多元醇与多异氰酸酯形成氨酯键 , 小分子多元胺和多异氰酸酯形成脲键 , 这两种键的极性均较大 , 所以增加硬链段含量会使树脂附着力增加 , 而且还可提高树脂的硬度、耐水性、耐热性、低温性 , 但弹性会降低。当硬链段含量过高时 , 会使树脂分子链的活动和扩散能力降低 , 导致与底材的浸润不好 , 树脂不能完全渗透到金属表面的不规则处 , 那么树脂和底材之间会出现空隙 , 使实际的接触面积比相应的金属表面积小 , 附着力就会降低 , 如图 3 。 涂料,配方, 华润涂料,立邦,byk,basf,助剂,油墨, 粉末, 分散剂,流变,辐射固化,色料,颜色,树脂,汽车涂料,工业涂料,丙烯酸涂料,防火涂料/bhu1q$vds2h1bah9p中国涂料无忧网论坛*mvl3nu8tc k图 3 硬链段含量对附着力的影响从图 3 可知 , 硬链段含量在 50 % 55 % 时 , 树脂的附着力较好。 :q+d./cp?2 . 4 交联度对附着力的影响 qv_!交联度对附着力的影响如图 4 所示。 中国涂料无忧网论坛dhaz0_5rg+o u*vt涂料,配方, 华润涂料,立邦,byk,basf,助剂,油墨, 粉末, 分散剂,流变,辐射固化,色料,颜色,树脂,汽车涂料,工业涂料,丙烯酸涂料,防火涂料图 1 交联度对附着力的影响 i#fiuac6f中国涂料无忧网专注于涂料油墨胶粘剂等技术研究,原材料供应商收集,名牌涂料厂商介绍从图 4 可知随着交联度的提高 , 附着力先降低 , 再升高 , 最后又降低。这可能是由于刚引入交联剂时 , 打乱子分子链原来的规整的排列 , 使结晶降低 , 附着力下降 , 随着交联度的增加 , 树脂整体的内聚强度增大 , 附着力变大 , 但当交联度进一步增大时 , 使聚合物难以分散 , 影响微相分离 , 损害树脂的内聚强度 , 而且树脂细度也会变大 , 使附着力以及其他性能降低。合适的交联度应控制在 0 . 5 % 0 . 6 % 之间。 涂料,配方, 华润涂料,立邦,byk,basf,助剂,油墨, 粉末, 分散剂,流变,辐射固化,色料,颜色,树脂,汽车涂料,工业涂料,丙烯酸涂料,防火涂料|+x!y.y)8m2 . 5 dmpa 含量对附着力的影响 涂料,配方, 华润涂料,立邦,byk,basf,助剂,油墨, 粉末, 分散剂,流变,辐射固化,色料,颜色,树脂,汽车涂料,工业涂料,丙烯酸涂料,防火涂料ab-x0gdmpa 的增加 , 会增加树脂中的 cooh 基团 , 一方面 cooh 基团极性大 , 对增加附着力有利 , 另一方面增加了树脂的水溶性 , 使树脂细度变小 , 增加了树脂的润湿性 , 有利于附着力的提高。但 cooh 含量太多 , 会使耐水性下降 , 严重影响树脂的湿附着力 , 所以 dmpa 的含量不能太高 ,