粉末涂料用不飽和聚酯樹脂膩子的性能研究

王合情 ，孫 凝，談 威

（1.常州華日新材有限公司，江蘇常州 213127；2.青島科技大學，山東青島 266061）

0 引言

膩子又稱原子灰，通常由不飽和聚酯樹脂、填料、助劑等組成，其中不飽和聚酯樹脂一般需要有一定的氣干性，易打磨，與底材附著力好，與上層涂料配套性好等特點。近年來，隨著人們環(huán)保意識的明顯增強，以及國家法律法規(guī)對環(huán)保要求日趨嚴格，在涂料涂裝領(lǐng)域，環(huán)境污染嚴重的傳統(tǒng)溶劑型涂料涂裝工藝已經(jīng)不適應新時代的發(fā)展。粉末涂料作為一種相對環(huán)保的涂料產(chǎn)品，其涂裝工藝一般采用自動化靜電噴涂，可有效減少“三廢”，得到國家政策鼓勵和應用市場的歡迎［1］。粉末涂料涂裝后一般需要經(jīng)過3個階段的后固化工藝，在第3階段，固化溫度達到200 ℃以上，最高可達230 ℃［2］。在固化工藝中，除了粉末涂料本身存在諸如附著力、耐沖擊性及吸附性較差的弊病外，一些工件在前處理時，常常要用膩子進行填補、找平，而這些膩子層由于耐溫性不夠，常常會引起漆膜鼓泡、脫層、附著力差等問題。隨著粉末涂料的大量應用，此類問題突顯。為了配套粉末涂料的發(fā)展應用，開發(fā)適合粉末涂料工藝的膩子或者膩子用不飽和聚酯樹脂很有意義［3］。

本研究主要從膩子性能的主要影響因素——不飽和聚酯樹脂的角度出發(fā)，研究不同類型的不飽和聚酯樹脂對膩子基本性能以及耐溫性的影響，以期能夠為膩子客戶選用合適的樹脂提供參考。同時針對粉末涂料的固化工藝，初步探究膩子固化工藝對粉末涂料漆膜弊病的影響。

1 試驗部分

1.1 主要原料

乙二醇（EG）、丙二醇（PG），陶氏化學（上海）有限公司；二乙二醇（DEG），沙伯基礎(chǔ)（上海）商貿(mào)有限公司；三乙二醇（TEG）、納迪克酸酐（NDA），波林化工；富馬酸（FA），常茂生物化學工程股份有限公司；膩子用不飽和聚酯樹脂（CN-H-1026、CN-H-1068、CN-H-1061），市售；鈷類促進劑（RP-136）、胺類促進劑（RP-191），常州華日新材有限公司；苯乙烯，新陽科技集團有限公司；325目（44 μm）滑石粉，無錫鳳陽粉體廠；鈦白粉（TiONA?595），科斯特美禮聯(lián)；阻聚劑，無錫恒輝化工；潤濕分散劑BYKW980，德國畢克化學；膩子固化膏CHPO；測試板（馬口鐵板、鍍鋅板、鋼板）。

1.2 儀器及設(shè)備

四口燒瓶、攪拌器、加熱套、電子天平，托利多公司；錐板黏度計，博勒飛；烘箱，上海試驗儀器廠；高速攪拌器，上?，F(xiàn)代儀器廠；馬弗爐、膩子刮涂器、漆膜沖擊試驗機、附著力測試劃格器、柔韌性漆膜測試儀，天津偉達試驗機廠。

1.3 不飽和聚酯樹脂的合成

將配方量的二元醇、二元酸投入到帶攪拌器的四口燒瓶內(nèi)，通氮氣，開動攪拌，加熱至205 ℃反應，控制酸值和黏度，反應至終點固體酸值14.0~22.0 mgKOH/g，錐板黏度500~600 mPa·s（120 ℃，2#轉(zhuǎn)子，900 r/min）時，降溫至120 ℃以下，用苯乙烯稀釋，加入適量阻聚劑，得到不飽和聚酯樹脂A，備用。

1.4 不飽和聚酯樹脂膩子的制備［4-7］

按表1配方分別配制膩子，稱取一定的樹脂，加入潤濕分散劑BYKW980、阻聚劑、鈷類促進劑RP-136，其中膩子5采用胺類促進劑RP-191，攪拌均勻，加入填料，用高速分散機于2 000 r/min分散30 min，加入少量苯乙烯調(diào)整稠度，備用。

表1 膩子組成Table 1 Putty composition 單位 ：g

1.5 膩子樣板的制備

取100 g配制好的膩子，加入2 %膩子固化膏（CHPO），用刮刀攪拌均勻，用膩子刮涂器在薄鋼板上分別制備3 mm和5 mm的膩子層。

1.6 膩子的性能測試

干燥時間：按GB/T 1728—2008《漆膜、膩子膜干燥時間測定法》進行測定；打磨性：按GB/T 1770—2008《涂膜、膩子膜打磨性測定法》進行測定；抗沖擊性：按GB/T 1732—1993《漆膜耐沖擊性測定法》進行測定；柔韌性：按GB/T 1748—1979《膩子膜柔韌性測定法》進行測定；附著力：按GB/T 1720—1979《漆膜附著力測定法》進行測定；耐熱性：按GB/T 1735—2009《色漆和清漆 耐熱性測定》進行測定。

2 結(jié)果與討論

2.1 不同類型不飽和聚酯樹脂的性能比較

膩子用不飽和聚酯樹脂一般要求具有一定的氣干性（有利于打磨），以及與底材和上層漆膜的附著力好。采用不同類型的氣干性單體合成的不飽和聚酯樹脂對膩子的性能影響明顯，直接影響到膩子的打磨性、柔韌性、耐沖擊性和附著力。表2比較了不同類型氣干性單體的不飽和聚酯樹脂的理化性能和涂膜性能。

表2 幾種膩子用不飽和聚酯樹脂的性能Table 2 Properties of several unsaturated polyester resins for putty

由表2可見，CN-H-1061（四氫苯酐型）的表干性最差，CN-H-1026（DCPD型）的柔韌性最差。CN-H-1068（烯丙基醚型）的表干性和柔韌性與樹脂A相當。

2.2 幾種不飽和聚酯樹脂膩子在常溫條件下的性能比較

一般膩子施工工藝是常溫調(diào)制、刮涂，經(jīng)常溫干燥后，打磨處理，再進行后道工序，因此其常溫下的性能，如表干性、打磨性、柔韌性和附著力很重要。表3是幾種不飽和聚酯膩子在常溫條件下的性能比較，其中膩子1、2、3、4是采用有機酸鈷類促進劑，經(jīng)過氧化環(huán)己酮（CHPO）引發(fā)固化，而膩子5是采用胺類促進劑，經(jīng)過氧化苯甲酰（BPO）引發(fā)固化。

表3 幾種不飽和聚酯樹脂膩子在常溫條件下的基本性能Table 3 Basic properties of several unsaturated polyester resin putty at normal temperature

由表3可以看出，膩子2和膩子4的綜合性能最優(yōu)，而膩子4和膩子5雖然是同一種樹脂，但由于采用不同的引發(fā)促進體系，性能有一定的差異。膩子4采用有機酸鈷類促進劑，打磨性較好，而膩子5采用胺類促進劑，打磨性不佳。這主要是由于有機酸鈷類促進劑對不飽和聚酯樹脂有較好的催干作用，而胺促進體系使樹脂表干效果不佳，特別是受濕度影響明顯。

2.3 幾種不飽和聚酯樹脂膩子在高溫條件下的性能比較

對于粉末涂裝工藝來說，較高的后固化溫度往往是必須的。這就要求工件能夠耐高溫，用于工件修補的膩子也必須耐高溫，一般溫度可達150 ℃以上，而耐230 ℃高溫是比較苛刻的條件。表4比較了幾種膩子在高溫（230 ℃）條件下的性能。

表4 幾種不飽和聚酯樹脂膩子在高溫（230 ℃）條件下的性能Table 4 The properties of several unsaturated polyester resin putty at high temperature（230 ℃）

由表4可以看出，膩子層在經(jīng)過230 ℃后都發(fā)生了變色；膩子層的柔韌性和耐沖擊性都會變差，僅樹脂A配制的膩子4和膩子5耐溫性較好；膩子與底材的附著力也變差了，膩子1與鋼板、鍍鋅板和馬口鐵板都發(fā)生了脫層，膩子2和膩子3與鍍鋅板和馬口鐵板都發(fā)生了脫層，膩子4和膩子5與馬口鐵板發(fā)生了脫層。

2.4 膩子層固化溫度對粉末涂料漆膜性能的影響

由于在粉末涂料工藝中，膩子層一般常溫固化后，打磨，然后噴涂粉末涂料，再進行漆膜后固化，后固化溫度有時可達230 ℃。目前經(jīng)常遇到的問題是單獨膩子層耐溫性測試時可以達到230 ℃的要求，但在噴涂粉末涂料后，漆膜經(jīng)高溫后固化時，漆膜表面出現(xiàn)鼓泡、脫層、氣孔等弊病，已排除粉末涂料本身的問題。為此，本試驗設(shè)計了膩子層經(jīng)不同固化溫度處理后，再噴涂粉末涂料并進行高溫后固化的試驗，選用膩子3和4進行測試，觀察漆膜性能。表5是膩子層經(jīng)不同固化溫度處理后的粉末涂料漆膜性能的比較。

表5 膩子層不同固化溫度對粉末涂料漆膜性能的影響*Table 5 The effect of different curing temperature of putty layer on properties of powder coatings film

由表5可以看出，當膩子層經(jīng)過80 ℃和120 ℃的固化處理后，其對粉末涂料的漆膜弊病改善明顯，這說明膩子層的固化程度會影響漆膜外觀性能。另外，經(jīng)過中高溫的固化處理，膩子層的綜合性能都會提高，因此筆者認為，在粉末涂料工藝中有必要增加膩子層的中高溫固化處理。

3 結(jié)語

由不同類型氣干性單體合成的不飽和聚酯樹脂對膩子的打磨性和與底材附著力有較大影響。隨著粉末涂料市場的擴大，粉末涂料用膩子需求也會增加，其對耐溫性要求較高。本研究由氣干單體納迪克酸酐合成的膩子樹脂A，韌性好，耐溫性好，而且膩子層經(jīng)過中高溫固化處理后，粉末涂料涂層不易出現(xiàn)漆膜弊病。