PVDF膜/鋼板復(fù)合專用粘合劑的性能研究

隋學(xué)斌，赫長(zhǎng)生，沈 峰

（北京高盟新材料股份有限公司，北京 102502）

PVDF膜/鋼板復(fù)合專用粘合劑的性能研究

隋學(xué)斌，赫長(zhǎng)生，沈 峰

（北京高盟新材料股份有限公司，北京 102502）

以癸二酸、對(duì)苯二甲酸、己二酸、1,4-環(huán)己烷二甲醇、1,2-丙二醇、新戊二醇為原料制備了一種聚酯多元醇樹脂，將其用有機(jī)溶劑溶解后與溶劑型聚異氰酸酯固化劑配合，組成雙組分聚氨酯粘合劑，應(yīng)用于PVDF膜/冷軋鋼板的復(fù)合。研究了固化劑配比、上膠量、復(fù)合溫度、熟化條件對(duì)剝離強(qiáng)度的影響。結(jié)果表明，m：m=10：1，上膠量為3.5～4.0 g/m2，復(fù)合溫度為60℃，主劑固化劑50 ℃固化48 h時(shí)氟碳復(fù)膜板的外觀、剝離強(qiáng)度、耐深沖強(qiáng)度、耐候性能達(dá)到最佳值。

聚酯；聚偏氟乙烯膜（PVDF）；復(fù)膜鋼板；耐深沖強(qiáng)度

聚偏二氟乙烯氟碳涂層具有優(yōu)異的耐大氣曝曬、耐溶劑性、耐腐蝕性、良好的加工性以及抗沾污性等優(yōu)點(diǎn)[1]，被廣泛應(yīng)用于高檔建筑外墻、沿海建筑外墻、屋面、大型工業(yè)廠房、大型倉(cāng)庫(kù)、機(jī)場(chǎng)建筑物、大型體育館、冷藏集裝箱等室外建筑領(lǐng)域。但氟碳涂層板在生產(chǎn)過程中容易出現(xiàn)“針眼”和涂層脆弱等缺點(diǎn)，導(dǎo)致其耐腐蝕、耐候性能變差[2]。氟碳復(fù)膜板相比氟碳涂層板具有以下優(yōu)點(diǎn)：（1）飾層隔絕性好，不會(huì)出現(xiàn)針孔和發(fā)裂等缺陷；（2）相同深沖形變時(shí)，韌性更好，不會(huì)開裂；（3）耐磨能力更強(qiáng)，在大氣、風(fēng)沙的沖刷面前，氟碳復(fù)膜板的壽命更長(zhǎng)；（4）表面光滑細(xì)膩，全無滾涂或噴涂時(shí)產(chǎn)生的條紋、橘皮、微皺等缺陷。氟碳復(fù)膜鋼板表面不易沾污，正常情況下幾乎免維護(hù)；（5）可用“清潔劑”甚至“強(qiáng)溶劑”如丙酮等清洗，氟碳薄膜表面不會(huì)被腐蝕損壞[3]。

氟碳復(fù)膜板是由氟碳薄膜通過粘合劑貼合到鋼板表面制成的，因此要求所用粘合劑對(duì)氟碳薄膜和鋼板均具有較高粘接強(qiáng)度，同時(shí)其耐深沖強(qiáng)度、耐候性、耐腐蝕性等性能須滿足室外裝飾建材的要求。而目前用于復(fù)合氟碳復(fù)膜板的粘合劑無法達(dá)到以上要求，為此，本文研制了一種PVDF膜/鋼板復(fù)合專用粘合劑。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 實(shí)驗(yàn)原料

對(duì)苯二甲酸、己二酸、1,2-丙二醇、1,4-環(huán)己烷二甲醇，工業(yè)級(jí)，韓國(guó)SK；癸二酸，工業(yè)級(jí)，衡水京華化工廠；新戊二醇，工業(yè)級(jí)，日本三菱；鈦酸四丁酯、亞磷酸三苯酯，化學(xué)純，北京化學(xué)試劑公司；KBM403、KBM603，日本信越；聚偏氟乙烯膜（PVDF），深東南膜結(jié)構(gòu)技術(shù)開發(fā)有限公司；冷軋鋼板，首鋼。

1.2 實(shí)驗(yàn)方法

1.2.1 粘合劑主劑的制備[4]

酯化反應(yīng)： 在10 L不銹鋼聚酯合成釜中按配比加入對(duì)苯二甲酸、癸二酸、己二酸、新戊二醇、1,2-丙二醇、1,4-環(huán)己烷二甲醇、鈦酸四丁酯、亞磷酸三苯酯，升溫至210～230 ℃，反應(yīng)2～3 h ，完成一次酯化，酯化后產(chǎn)物的酸值≤20 mgKOH/g。

縮聚反應(yīng)：一次酯化完成后，對(duì)聚酯合成釜內(nèi)抽真空，按-0.02、-0.04、-0.06、-0.08 MPa依次各預(yù)抽1 h ，釜溫控制在245～255℃，之后進(jìn)行長(zhǎng)抽真空操作，真空度達(dá)到-0.1 MPa，時(shí)間6～8 h ，最終產(chǎn)物的羥值為10～30 mgKOH/g，酸值≤2 mgKOH/g。

主劑的制備：將上述聚酯多元醇樹脂用乙酸乙酯溶解后加入偶聯(lián)劑KBM403、KBM603配成固含量為50%～60%的溶液，即得粘合劑主劑。

1.2.2 粘合劑的配制

取一定量的主劑加入乙酸乙酯稀釋到一定濃度，開動(dòng)攪拌，緩慢加入固化劑，攪拌10 min混合均勻，即得到雙組分聚氨酯型粘合劑。

1.3 性能測(cè)試[5]

外觀采用目測(cè)法；固含量按GB/T 2793—1995測(cè)定；黏度按GB/T 2794—1995測(cè)定；剝離強(qiáng)度按GB/T2790—1995測(cè)定；耐深沖強(qiáng)度按GB/T 9753—2007測(cè)定；耐老化性能按UL1703和IEC61215測(cè)定；耐黃變性能按ASTMD1148測(cè)定。

2 結(jié)果與討論

2.1 PVDF膜/鋼板復(fù)合用粘合劑基本性能

PVDF膜/鋼板復(fù)合用粘合劑由主劑和固化劑組成，其基本性能如表1所示。

2.2 應(yīng)用性能

2.2.1 固化劑加入比例對(duì)氟碳復(fù)膜板性能的影響

取主劑100 g分別加入12.5、10、8、5 g固化劑，采用干式復(fù)合法進(jìn)行PVDF膜與冷軋鋼板的復(fù)合，上膠量控制在3.5 g/m2，復(fù)合溫度60 ℃，復(fù)合后于50 ℃下固化48 h，性能測(cè)試結(jié)果見表2。

表1 PVDF膜/鋼板復(fù)合用粘合劑基本性能Tab.1 Basic performance of adhesive for PVDF film/steel laminating

表2 主劑與固化劑配比對(duì)氟碳復(fù)膜板性能的影響Tab.2 Effect of curing agent content on fluorocarbon laminated plate performance

由表2可以看出，剝離強(qiáng)度隨固化劑添加量的增大而提高。當(dāng)m主劑/m固化劑=100/8和100/5時(shí)剝離強(qiáng)度、耐深沖強(qiáng)度、耐老化性能等均較差，達(dá)不到室外建材用氟碳復(fù)膜板的要求，這是由于固化劑添加量不足，主劑未充分交聯(lián)固化所致。當(dāng)m主劑/m固化劑=100/10和100/12.5時(shí)各性能等均較高，能夠達(dá)到室外建材用氟碳復(fù)膜板的要求?？紤]到成本，主劑/固化劑的合適配比為10/1。

2.2.2 上膠量對(duì)氟碳復(fù)膜板性能的影響

選擇上膠量在進(jìn)行復(fù)膜實(shí)驗(yàn)，復(fù)合溫度℃，復(fù)合后于℃固化測(cè)試結(jié)果見表。

表3 上膠量對(duì)氟碳復(fù)膜板性能的影響Tab.3 Effect of adhesive amount on fluorocarbon laminated plate performance

由表3可以看出，當(dāng)上膠量≥3 g/m2時(shí)耐老化測(cè)試強(qiáng)度衰減較小，上膠量對(duì)耐黃變性能沒有影響。當(dāng)上膠量小于3.5 g/m2時(shí)強(qiáng)度較低，滿足不了要求；當(dāng)高于3.5 g/m2時(shí)強(qiáng)度較高，能夠滿足要求；上膠量大于4.0 g/m2時(shí)強(qiáng)度提高不明顯，反而不利于粘合劑的流平和干燥，同時(shí)會(huì)增加成本。因此，上膠量以3.5～4.0 g/m2為宜。

2.2.3 復(fù)合溫度對(duì)氟碳復(fù)膜板性能的影響

選擇復(fù)合溫度為40、60、80、100℃，主固劑配比為10/1，上膠量為3.5～4.0 g/m2，復(fù)合后于50 ℃固化48 h，測(cè)試結(jié)果如表4所示。

表4 復(fù)合溫度對(duì)氟碳復(fù)膜板性能的影響Tab.4 Effect of laminating temperature on fluorocarbon laminated plate performance

由表4可見，復(fù)合溫度為40℃時(shí)復(fù)合強(qiáng)度較低，100 ℃時(shí)PVDF膜易起皺，60～80℃時(shí)氟碳復(fù)膜板的外觀和強(qiáng)度均較好?？紤]到節(jié)能，建議復(fù)合溫度為60℃。

2.2.4 固化時(shí)間與反應(yīng)完成率的關(guān)系

雙組分聚氨酯型粘合劑需要交聯(lián)固化才能達(dá)到足夠的粘接強(qiáng)度，為了不影響粘合劑復(fù)合產(chǎn)品的外觀和性能，氟碳復(fù)膜板的固化溫度一般選擇50 ℃。選擇m主劑/m固化劑=10/1，上膠量35 g/m2，60 ℃進(jìn)行PVDF膜與冷軋鋼板的復(fù)合。將復(fù)合樣板于50℃下固化不同時(shí)間，測(cè)試剝離強(qiáng)度隨固化時(shí)間的變化，如圖1所示。

圖1 固化時(shí)間對(duì)剝離強(qiáng)度的影響Fig.1 Effect of curing time on peeling strength

由圖1可見，在50℃固化氟碳復(fù)膜板的剝離強(qiáng)度隨固化時(shí)間延長(zhǎng)呈遞增趨勢(shì)。當(dāng)固化時(shí)間大于48 h后，剝離強(qiáng)度增長(zhǎng)趨緩，表明固化48 h粘合劑已固化完全，達(dá)到最終強(qiáng)度。因此，建議固化條件為50 ℃固化48 h。

3 結(jié)論

將氟碳復(fù)膜板用粘合劑用于PVDF膜與冷軋鋼板的復(fù)合，較佳的使用工藝為m主劑/m固化劑=10/1，復(fù)合溫度60 ℃，上膠量為3.5～4.0 g/m2，50 ℃固化48 h 時(shí)其剝離強(qiáng)度、耐深沖強(qiáng)度、耐老化性能、耐黃變性能等各種性能均能達(dá)到室外建材用氟碳復(fù)膜板的要求。

[1]徐小連,徐承明,等.耐劃傷PVDF彩板的工藝研究[J].腐蝕科學(xué)與防護(hù)技術(shù),2008,20(1):73-74.

[2]李曉俊,劉小蘭,等.氟碳涂料及其在彩鋼材料中的應(yīng)用[J].化工新型材料,2005,33(12):79-80.

[3]徐會(huì)林,劉炳炎.一種氟碳覆膜板:中國(guó),201785971U[P].2011-04-06.

[4]隋學(xué)斌,等.復(fù)膜鐵用預(yù)涂膜粘接層的制備及性能[C]//CIB’.北京,2013:485-489.

[5]金士九,金晟娟.合成膠黏劑的性質(zhì)及性能測(cè)試[M].北京:科學(xué)出版社,1994.

Study of performance of adhesive for PVDF film/steel laminating

SUI Xue-bin,HE Chang-sheng,SHEN Feng
(Beijing Comens New Materials Co.,Ltd.,Beijing 102502,China)

A polyester polyol resin was prepared using sebacic acid, terephthalic acid, adipic acid, 1,4 -cyclohexanedimethanol, 1,2-propylene glycol and neopentyl glycol as the raw materials.Then it was dissolved in organic solvent as the base resin, a polyisocyanate solution was used as the curing agent, and both materials composed the twocomponent polyurethane adhesive for laminating of the PVDF film and the steel sheet.This study investigated the effects of curing agent content, applied adhesive amount, laminating temperature and curing conditions on the peel strength.The results indicated that the appearance, peel strength, resistance to deep-drawing, weather resistance of the fluorocarbon laminated plate can achieve the optimal values when the wight ratio of base resin and curing agent was mbase resin: mcuring agent = 10:1, the applied adhesive amount was 3.5-4.0g/m2, the laminating temperature was 60℃ and the curing condition was 50 ℃ for 48 h.

polyester;polyvinylidene fluoride film;laminated steel;resistance to deep-drawing

TQ433.4+32

A

1001-5922（2015）04-0069-03

2014-08-07

隋學(xué)斌（1985-），男，碩士，工程師，主要從事聚酯、聚氨酯型粘合劑的研發(fā)工作。E-mail：sxb@co-mens.com。