CN104174575A - 一种彩色钢板的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种结合力强、工艺步骤简单且生产效率高和生产品种多样化的彩色钢板的制备方法。a.在清洗洁净后的薄钢板表面进行纯化处理，纯化液中混合有纳米级膨润土颗粒，经烘干处理后薄钢板表面化学生成一层混合有纳米级膨润土颗粒的氧化物纯化层；b.在薄钢板的正面的纯化层上涂覆一层混合有纳米级膨润土颗粒的聚氨酯正面漆层；c.在薄钢板的反面涂覆有背漆层；d.上述的步骤b中的混合有纳米级膨润土颗粒的聚氨酯正面漆层的组成是：聚醚多元醇55～75g、多异氰酸酯10～30g、亲水性扩链剂3.5～7.5g、交联剂1.5～3.5g、成盐剂1.5～5.5g、纳米膨润土0.8～3.8g、去离子水170～270g，其中纳米膨润土的粒径为50～100nm，加热或/和紫外线固化。
Description
技术领域
本发明涉及一种对薄钢板表面加工的一种制备方法，特别是指一种可对薄钢板表面进行彩面加工的方法。
背景技术
在成卷的金属板涂覆涂料或层压上塑料薄膜后，以成卷或单张出售的有机材料/金属复合板材已有几十年的历史，并且得到了越来越广泛的使用。其具有很多优点，例如可将传统的薄板材的涂装变成原料薄钢板的连续涂装，既便于表面处理及涂装的质量控制又不存在易产生涂装缺陷的棱边死角，而得到最佳的涂装质量，其二是金属薄板在涂装线可以高速行进，提高了生产效率，且可便于依据涂料的不同调节行进速度，其三是可以降低生产成本和简化制备的总的生产工艺步骤。虽然有机材料/金属复合板材具有上述诸多优点，但其从宏观上或断面上看是多层材料构成，并由多工艺步骤形成上述的多层材料结构，不同层的材料不相同，因此层间的结合力对上述的复合板材的质量至关重要。但由于有机材料的多样性，使金属薄板的表面处理、涂覆的涂料和最后的表面层之间的匹配及制备工艺相当复杂，因此现有的复合板材或彩色钢板的质量控制有难度，特别是在客户有多样性的产品要求时更是如此。实质上影响彩色钢板的质量主要是在不同层材料之间的界面产生，如材料层之间的结合力的大小和不同层材料的收缩率的不同会影响彩色钢板的质量。故现有的彩色钢板在耐侯性、抗脱落性等方面存在不足，如何解决上述现有产品存在的缺陷是本技术领域面临的一个急待解决的问题，尤为是在高端产品上更是如此。
发明内容
本发明的发明目的是公开一种结合力强、工艺步骤简单且生产效率高和生产品种多样化的彩色钢板的制备方法。
实现本发明的技术解决方案如下：其制备步骤如下：
a.在清洗洁净后的薄钢板表面进行纯化处理，使用的常规的纯化液中混合有纳米级膨润土颗粒，经烘干处理后，在薄钢板表面化学生成一层混合有纳米级膨润土颗粒的氧化物纯化层；
b.在薄钢板的正面的纯化层上以连续辊涂的方法涂覆一层混合有纳米级膨润土颗粒的聚氨酯正面漆层；
c.在薄钢板的反面涂覆有背漆层；
d.上述的步骤b中的混合有纳米级膨润土颗粒的聚氨酯正面漆层的组成是：
聚醚多元醇 55～75g
多异氰酸酯 10～30g
亲水性扩链剂 3.5～7.5g
交联剂 1.5～3.5g
成盐剂 1.5～5.5g
纳米膨润土 0.8～3.8g
去离子水 170～270g
其中纳米膨润土的粒径为50～100nm，加热或/和紫外线固化。
所述的聚醚多元醇为聚氧化丙烯二醇或聚氧化丙烯三醇；多异氰酸酯为4，4′—二苯基甲烷二异氰酸酯，或为六亚甲基二异氰酸脂；所述的亲水性扩链剂为2，2二羟甲基丙酸；成盐剂为三乙胺；交联剂为三羟甲基丙烷或1，4′丁二醇，纳米膨润土和去离子水。
所述的步骤a中的纳米膨润土的粒径为5～50nm。
所述的步骤b中的聚氨酯正面漆层涂覆完成后，首先加热至80～100℃，或/和紫外线固化。
所述的纳米级膨润土颗粒的聚氨酯正面漆层的组成是：
聚氧化丙烯二醇 54g
4，4′—二苯基甲烷二异氰酸酯 33g
2，2二羟甲基丙酸 5.3g
三乙胺 3.9g
三羟甲基丙烷 2.0g
纳米膨润土 3.4g
去离子水 227g
所述的步骤d后，在聚氨酯正面漆层表面再涂覆一层面漆。
本发明的工艺设计相当简单，关键是在正面漆层中加入纳米级膨润土，同时在常规的对钢板表面进行纯化处理时在纯化液中混合有粒径更小的纳米级膨润土，由于所述的纳米级膨润土是完全无机状态的膨润土，故该纳米级膨润土具有很大的比表面积（大约在800m2/g），其表面原子数很多且原子配位严重不足，因此具有很高的活性，很容易与其它原子结合，其与聚氨酯硬段以氢键形成相结合，加强了分子间的作用力，成膜后，加强了硬段微区的凝聚力，使聚氨酯具有优良的物理机械性能。由于上述的纳米级膨润土本身具有良好紫外线吸收功能，则进一步提高聚氨酯涂层的抗紫外线老化性能；更重要的是在纯化层中混合有粒径更小的纳米级膨润土，由于膨润土是晶格结构并呈层状且具有负电性，其层间结构可吸附金属离子或有机离子或极性分子，因此纯化层中的膨润土颗粒一方面与纯化层中的离子或极性分子结合提高了纯化层自身的强度，与钢板表面接触的部分膨润土颗粒亦会与钢板表面产生作用力增强两者的吸附性能，更重要的是与聚氨酯漆层接触的表面的微小纳米级膨润土颗粒会与聚氨酯硬段结合，加强了分子间的作用力，实质上聚氨酯的某些极性分子亦可嵌入膨润土的层间结构，进一步提高纯化层与聚氨酯漆层之间的结合力，则漆层更不易脱落。
具体实施方式
本发明的具体实施例，即生产彩色钢板的制备方法的步骤如下：
a.在清洗洁净后的薄钢板表面进行纯化处理，使用的常规的纯化液中混合有纳米级膨润土颗粒，经烘干处理后，在薄钢板表面化学生成一层混合有纳米级膨润土颗粒的氧化物纯化层；
b.在薄钢板的正面的纯化层上以连续辊涂的方法涂覆一层混合有纳米级膨润土颗粒的聚氨酯正面漆层；
c.在薄钢板的反面涂覆有背漆层；
d.上述的步骤b中的混合有纳米级膨润土颗粒的聚氨酯正面漆层的组成是：
聚醚多元醇 55～75g
多异氰酸酯 10～30g
亲水性扩链剂 3.5～7.5g
交联剂 1.5～3.5g
成盐剂 1.5～5.5g
纳米膨润土 0.8～3.8g
去离子水 170～270g
其中纳米膨润土的粒径为50～100nm，加热或/和紫外线固化。
在上述的制备方法中，步骤a中的纯化液为常规的氧化物，例如在常规使用的氧化物经精密辊组涂覆在经清洗干净后的薄钢板表面，烘干后，化学生成一层氧化物薄层，该纯化液只需选取与钢板有较高吸附性能的纯化液即可，关键是在上述的纯化液中混合有纳米级膨润土颗粒，由于纳米级膨润土具有很大的比表面积、很高的活性和自身具有层间结构，很容易与原子或极性分子或离子结合，故膨润土颗粒与氧化物或金属离子结合（置于层间结构的晶格内），或和钢板表面结合，增加了纯化层内部和纯化层与钢板表面的结合力，提高了纯化层自身的强度和纯化层与钢板之间的结合强度而不易脱落；步骤b的钢板正面的纯化层上以连续辊涂的方法涂覆一层混合有纳米级膨润土颗粒的聚氨酯正面漆层，该正面漆层的组成是：聚醚多元醇55～75g、多异氰酸酯10～30g、亲水性扩链剂3.5～7.5g、交联剂1.5～3.5g、成盐剂1.5～5.5g、纳米膨润土0.8～3.8g和去离子水170～270g，其中纳米膨润土的粒径为50～100nm；上述的聚氨酯正面漆层的更具体的组成还可以是：聚醚多元醇为聚氧化丙烯二醇54g或聚氧化丙烯三醇54g，多异氰酸酯为4，4′—二苯基甲烷二异氰酸酯33g或为六亚甲基二异氰酸脂33g，亲水性扩链剂为2，2二羟甲基丙酸5.3g，成盐剂为三乙胺3.9g，交联剂为三羟甲基丙烷2g或1，4′丁二醇2g，纳米膨润土3.4g和去离子水227g；上述的聚氨酯正面漆层材料的制备方法是：将55～75g的聚醚多元醇脱水后加入10～30g的多异氰酸酯，反应1～1.5小时，升温到85～90℃，反应1～3小时，加入3.5～7.5g的亲水性扩链剂，在85～95℃反应1～3小时，降温到65～75℃加入一定量的丙酮带回流反应1.5～2.5小时，降温到25～35℃加入1.5～3.5g成盐剂反应10～20分钟制得聚氨酯预聚体；取0.8～3.8g的纳米膨润土和170～270g的去离子水混合加热至45～60℃并搅拌制得纳米膨润土水分散液，这时的纳米膨润土的PH值应在7～8之间；将上述的聚氨酯预聚体缓慢加入到纳米膨润土水分散液中，进行复合乳化20～40分钟；减压脱去丙酮，制得纳米膨润土聚氨酯材料。上述的丙酮是聚氨酯预聚体制备中常用的溶剂，所需的使用量只需够用或略多即可，最后可以回收循环利用，最终所述的涂料中会有残量的丙酮。
上述的聚醚多元醇选自聚氧化丙烯二醇或聚氧化丙烯三醇，多异氰酸酯选自4，4′—二苯基甲烷二异氰酸酯或六亚甲基二异氰酸酯，亲水性扩链剂为2，2二羟甲基丙酸，成盐剂为三乙胺，交联剂选自三羟甲基丙烷或1，4′丁二醇。此时的聚氨酯正面漆层材料的制备是：将聚氧化丙烯二醇54g，100℃脱水后加入4，4′—二苯基甲烷二异氰酸酯33g，75℃反应1小时，升温到90℃反应2小时，加入2，2二羟甲基丙酸5.3g和三羟甲基丙烷2g，90℃反应2小时，降温到70℃加入100g丙酮带回流反应2小时，降温到30℃加入三乙胺3.9g反应10分钟，制得聚氨酯预聚体；取纳米膨润土3.4g和227g去离子水加热至50℃并搅拌纳米膨润土水分散液；将上述的聚氨酯预聚体缓慢加入到纳米膨润土水分散液中，进行复合乳化30分钟，减压脱去丙酮，制得纳米膨润土聚氨酯材料。将上述的聚氨酯正面漆材料以连续辊涂的方法涂覆在薄钢板的正面，经加热至80～100℃后固化，或/和经紫外线照射固化，上述的固化方法的选择完全视工艺设备的情况而定，先加热再紫外线照射固化则固化时间可以较短，如只用加热固化则时间较长，但固化后的性能更佳一些。经大量试验与检测表明，上述的添加纳米膨润土的正面漆层的拉伸强度提高30～50%，撕裂强度提高50～100%，100%模量提高40～80%，300%模量提高70～100%，伸长率下降10～15%，抗紫外线老化性能亦提高；更重要的是在上述的聚氨酯材料经辊涂后加热时，聚氨酯的分子亦与纯化层内和表面的纳米膨润土颗粒结合，即纯化层内和表面的纳米膨润土颗粒的晶体层间与聚氨酯分子极性端结合，也就是有机极性分子可插入膨润土的层间形成化学结合，则大幅增加了纯化层与聚氨酯正面漆层之间的结合力，该结合力不仅是传统意义上的二层之间的附着力还具有分子间的作用力。由于纯化层主要是氧化物分子，故所述的步骤a中的纳米级的膨润土颗粒的粒径为50～100nm，较小的膨润土颗粒既便于其在纯化液中的均匀分布又有利于膨润土颗粒的层间结构与较小的氧化物分子的充分结合，使纯化层自身的结构强度、纯化层与钢板表面的结合强度和纯化层与正面漆层的结合强度均大幅提高，还须进一步指出的是上述的正面漆层的伸缩率的下降使正面漆层的伸缩变形率与纯化层或钢板的伸缩变形率更为一致或更为接近，可进一步提高本发明的彩色钢板的质量。
在所述的步骤d后，在聚氨酯正面漆层表面可再涂覆一层面漆，该面漆的主要作用是使钢板表面精度更高，该面漆可加入所需的颜料，然后烘干，该面漆可使用本技术领域技术人员均了解的具有保护作用的常规面漆就可，因此不作进一步限定。
Claims (5)
1.一种彩色钢板的制备方法，其制备步骤如下：
a.在清洗洁净后的薄钢板表面进行纯化处理，使用的常规的纯化液中混合有纳米级膨润土颗粒，经烘干处理后，在薄钢板表面化学生成一层混合有纳米级膨润土颗粒的氧化物纯化层；
b.在薄钢板的正面的纯化层上以连续辊涂的方法涂覆一层混合有纳米级膨润土颗粒的聚氨酯正面漆层；
c.在薄钢板的反面涂覆有背漆层；
d.上述的步骤b中的混合有纳米级膨润土颗粒的聚氨酯正面漆层的组成是：
聚醚多元醇 55～75g
多异氰酸酯 10～30g
亲水性扩链剂 3.5～7.5g
交联剂 1.5～3.5g
成盐剂 1.5～5.5g
纳米膨润土 0.8～3.8g
去离子水 170～270g
其中纳米膨润土的粒径为50～100nm，加热或/和紫外线固化。
2.按权利要求1所述的彩色钢板的制备方法，其特征在于所述的聚醚多元醇为聚氧化丙烯二醇或聚氧化丙烯三醇；多异氰酸酯为4，4′—二苯基甲烷二异氰酸酯，或为六亚甲基二异氰酸脂；所述的亲水性扩链剂为2，2二羟甲基丙酸；成盐剂为三乙胺；交联剂为三羟甲基丙烷或1，4′丁二醇，纳米膨润土和去离子水。
3.按权利要求1或2所述的彩色钢板的制备方法，其特征在于所述的步骤a中的纳米膨润土的粒径为5～50nm。
4.按权利要求3所述的彩色钢板的制备方法，其特征在于所述的步骤b中的聚氨酯正面漆层涂覆完成后，首先加热至80～100℃，或/和紫外线固化。
5.按权利要求4所述的彩色钢板的制备方法，其特征在于所述的纳米级膨润土颗粒的聚氨酯正面漆层的组成是：
聚氧化丙烯二醇 54g
4，4′—二苯基甲烷二异氰酸酯 33g
2，2二羟甲基丙酸 5.3g
三乙胺 3.9g
三羟甲基丙烷 2.0g
纳米膨润土 3.4g
去离子水 227g
按权利要求5所述的彩色钢板的制备方法，其特征在于所述的步骤d后，在聚氨酯正面漆层表面再涂覆一层面漆。
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