CN104358343B - 一种水性有机瓷喷涂铝单板及其制造工艺 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种水性有机瓷喷涂铝单板及其制造方法，属于幕墙装饰板材技术领域。该水性有机瓷喷涂铝单板由上而下依次为钝化层一、铝基板、钝化层二、底漆层和面漆层，铝基板的底面和表面分别经钝化处理获得钝化层一、钝化层二，所述的底漆层是在钝化层二上由水性有机瓷材料喷涂15‑20μm的底漆层，所述的面漆层是在底漆层上由水性有机瓷材料经喷涂20‑30μm的面漆层。本发明所得喷涂铝单板具有光泽度可控范围、高强度、高硬度、抗划伤、耐酸蚀、高阻燃、耐老化以及自清洁性能和色彩选择空间大等优点。
Description
技术领域
本发明涉及一种水性有机瓷喷涂铝单板及其制造工艺，属于幕墙装饰板材技术领域。
背景技术
随着涂料工业的发展，涂料的花色、品种、功能越来越多，分工也越来越细。但传统溶剂型涂料多以甲苯、二甲苯、醋酸丁酯等有机溶剂为稀释剂，其制造和施工过程因有机溶剂的大量排放而对环境造成巨大的污染。为限制有机溶剂的排放，涂料的高固体化、无溶剂化、水性化已呈日趋壮大之势，即业内人士所谓的“4E”涂料（Economy，Efficiency，Ecology，Energy）。其中，涂料的水性化是近年来发展十分迅速的一个领域。
在地铁的灾害中，火灾发生的次数最多，危害最为严重。由于地铁的建筑与环境特点，在运营时间内若隧道、车站、列车等封闭环境发生火灾，高温伴随着有毒浓烟，加上被困在一个有限空间内的恐怖感，从而增加了疏散乘客、救人灭火的难度，往往会带来群死群伤的严重后果。另外在地铁站、轨道交通运行过程中人员流动性大，对装饰材料的磕碰、擦伤的损伤几率也大，表面被污染的可能性也增加。在厨电领域，对材料的要求同样存在着耐高温、防擦伤、易清洁的性能要求。
现有性能类似的陶瓷或搪瓷涂层板多采用溶剂型涂料，而且在施工过程中对基板的表面状态要求较高，需做喷砂、喷丸处理，工序复杂。如专利200410014277.6（耐900－1200℃高温的有机硅－陶瓷涂料）主要是对涂料耐高温性能进行研究的发明，对防火、高硬度、自清洁的等性能以及涂装产品少有涉及；专利CN 101857772 A（抗划伤纳米无机-有机聚合物涂料及其应用）涉及的涂料虽然含水性纳米聚硅氧烷，但其只占总量的20~30%，称不上水性涂料，而且只是重点对抗划伤性能的发明。
发明内容
本发明采用一种有机无机杂化的高固份水性有机瓷涂料制作的喷涂铝板，光泽度范围在5~95°之间可调，颜色不受限制，能够满足各种色彩想象力要求。该发明的喷涂铝板具有耐高温、耐酸蚀、抗划伤、高硬度、防火性、耐候性和自清洁功能。而且可利用现有溶剂型涂料生产线稍作工艺调整和设备改造即可实现。
为实现上述目的，本发明采取的技术方案如下：
一种水性有机瓷喷涂铝单板，由上而下依次为钝化层一、铝基板、钝化层二、底漆层和面漆层，铝基板的底面和表面分别经钝化处理获得钝化层一、钝化层二，所述的底漆层是在钝化层二上喷涂15-20μm的水性有机瓷底漆，所述的面漆层是在底漆层上喷涂20-30μm、光泽度为5-95°的水性有机瓷涂层。
进一步的，作为优选：
所述的铝基板为1系、3系的厚度为1.5~6mm合金铝单板。
所述的钝化层一的下表面上可选的设置有防锈背漆层，厚度为6-10μm，作为优选，所述的防锈背漆层为环氧涂料防锈背漆层或聚酯涂料防锈背漆层。
所述的水性有机瓷涂料是将含硅、氟元素的无机盐、有机物通过有机无机杂化复合所得到高分子合金涂料，制造出的具有高硬度、高耐候、耐高温、高阻燃等性能且应用广泛的高分子合金涂料。
所述的有机无机杂化复合具体工艺是采用溶胶凝胶法将具有高耐候性、耐阻燃、耐高温性能的金属氧化物经硅烷偶联剂表面处理，与含氟元素的聚偏二氟乙烯、聚三氟乙烯等的树脂、可水解的硅化合物、含仲酰胺含叔酰胺的乙烯基单体及可与其共聚的其他乙烯基单体在水和乳化剂存在下聚合形成100~850nm粒径的多层核壳结构或者互穿网络结构的分散体，然后再与水分散的二氧化硅胶体混合；其中可水解硅化合物与乙烯基共聚物比为0.2~0.6；涂料中金属氧化物的含量为3~15%。
所述的金属氧化物主要是指具有高的耐高温、耐候、耐阻燃的二氧化钛、过渡金属氧化物或蒙脱土等；粒径控制在1~500nm范围内。
所述的面漆层上表面上覆有保护膜层。
本发明的另一目的是提供一种具有上述特征的水性有机瓷喷涂铝单板的制造工艺。
为实现上述目的，本发明采取的技术方案如下：
一种水性有机瓷喷涂铝单板的制造工艺，包括如下工序：（1）前处理：将铝基板进行钝化处理，工件经脱脂、酸洗、钝化、水洗、烘干等工序，在铝基板的底面和表面形成200~1300mg/m2厚度的钝化层一和钝化层二；（2）背漆层、底漆层形成：可选的在钝化层一上喷涂6~10μm背漆，同时在钝化层二上喷涂15-20μm的水性有机瓷底漆后，喷涂板在60~80℃温度环境下预加热、流平1-15分钟，在钝化层二的上表面上形成背漆层和底漆层；（3）面漆层形成：待步骤（2）处理后冷却至室温，喷涂20-30μm的光泽度为5-95°的水性有机瓷材料后，喷涂板在烘烤温度150-240℃的烘箱中烘烤时间20-40分钟，在底漆层的上表面上形成面漆层；（4）后处理：烘干固化后，贴覆保护膜作为保护膜层。
进一步的，对喷涂工艺分别进行优选：
所述的步骤（2）中还包括有防锈背漆层的形成，在钝化层一的下表面喷涂环氧涂料或聚酯涂料，在160-200℃下烘烤20~40分钟，可根据需要选择是否喷。
所述的步骤（2）中，底漆层采用喷涂方式，喷涂线速度设定为1~3m/min，喷涂完毕后在60-80℃下预加热、流平1-15分钟形成底漆层.
所述的步骤（3）中，面漆层采用喷涂方式，喷涂线速度为1~3m/min，喷涂完毕后在60-80℃下预加热、流平1-15分钟，形成面漆层；然后底漆层与面漆层一起置于160-200℃下烘干固化20~40分钟。
与常规喷涂铝单板的制造方式相比，本发明的工作原理及有益效果如下：
（1）本发明采用有机无机杂化的高固份水性有机瓷涂料制作的喷涂铝单板光泽度范围在5~95°之间，钝化处理将被涂物表面的油脂、油污、腐蚀产物、残留杂质等清除掉，其在铝基板底面和表面形成的钝化层一和钝化层二赋予了铝基板表面良好的涂层附着力，增加了被涂物保护性和装饰性；而底漆层与面漆层所采用的水性有机瓷涂料将F-C、Si-O等高键能的有机、无机物进行杂化制得的高分子合金，通过无机Si-O化物保证涂层的耐高温性能、高硬度以及防火性，由覆于表面的键能极高的氟-碳原子的高度屏蔽效应和空间位阻作用提升涂层的耐腐蚀和抗老化性，从而赋予所制备的水性有机瓷喷涂铝单板具有耐高温、耐酸蚀、抗划伤、高硬度、抗涂鸦、耐火性、优异的老化性和自清洁功能。
（2）本发明中面漆层和底漆层所采用的涂料均以水为稀释溶剂，在使用成膜过程中向外挥发的物质为水，挥发物对人体无害，固体成分含量高，不含有对人体有害的甲醛、苯、二甲苯等有害化学物质，因此生产使用过程中既不会对人体健康产生威胁，大量使用也不会对室内空气及大气空气质量造成污染，安全性好；同时，由于水性有机瓷材料中水分极性高，具有低挥发速率、高表面张力以及易产生气泡的特点，加工过程中水分的完全挥发是工艺控制的关键点。本发明中涂料采用喷涂方式，喷涂工艺烘烤温度为150~240℃，烘烤时间20~40分钟。为保证水分的充分挥发，采用如下处理工艺：喷涂时，底漆层、面漆层需分别进行预加热，再一起进行高温烘箱固化处理，从而使获得固化完全、表面平整，且成品表面光泽度在5~95o可调的涂层效果。最终实现产品硬度高、耐腐蚀、耐老化、阻燃、自清洁、铅笔硬度可达5H、耐燃烧等级A1、产烟毒烟分级AQ1。
（3）本发明的水性有机瓷喷涂铝单板具有原材料环保，施工现场空气环境清洁，对人体健康无危害，所制得的成品具有特别优异的高硬度、抗划伤、耐酸蚀、高阻燃、耐老化和自清洁性能，且强度高、色彩选择空间大，其他物理性能相当或高于溶剂型涂装产品，而综合成本与溶剂型涂料涂装产品相当，是一种节能环保的装饰材料；与普通溶剂型金属彩涂板相比，VOC排放量减少80%以上，无受限排放物品，耐燃烧等级达到最高级别A1级，光泽度选取范围更广，可广泛应用于高层建筑的外墙装饰、室内建筑装饰、高档住宅楼、别墅的建筑装饰以及厨电、地铁站、隧道、机场、高档楼宇幕墙的室内外装饰等领域。
附图说明
图1为采用预辊涂时的工艺流程图；
图2为本发明采用喷涂时的工艺流程图；
图3为本发明成品的结构示意图。
图中标号：1. 铝基板；2. 钝化层一；3. 钝化层二；4. 底漆层；5. 面漆层；6. 保护膜层；7. 背漆层。
具体实施方式
实施例1
本实施例是一种水性有机瓷喷涂铝单板及其制造工艺，结合图1和图3，选取3.0mm厚度3003H24牌号的铝单板作为铝基板1，经酸洗、水洗、前处理分别在铝基板1的底面和表面形成钝化层一2和钝化层二3，在钝化层一2上喷涂施工粘度按水性涂料特性设定为20~40秒，膜厚6~10µm的聚酯背漆作为防锈层，同时在钝化层二3上喷涂施工粘度设定为10~30秒、膜厚10~20µm的水性纯白漆，喷涂线速设定为1.5~2m/min，经60℃预加热段10min流平、挥发水分形成背漆层7和底漆层4；选取银色水性有机瓷面漆，在面喷房喷涂20~30µm喷涂（施工粘度按水性涂料特性设定为10~30s，线速设定为1.5~2m/min）。为使漆面均匀，水溶剂得以充分的预挥发，面漆分两次喷涂，先进行初次较薄的面漆均匀喷涂（初喷），再进行二次精确控制的面漆喷涂（精喷）后，再经60℃预加热段15min流平、挥发水分后形成面漆层5，经流平、预热处理过的底漆层和面漆层同时进入高温烘房经160~200℃烘箱烘干30分钟，经检验合格后下架进入包装程序，表面覆高粘度保护膜作为保护膜层6。
该实施例产品可用于沿海或湿气较重等区域对腐蚀性要求较高的轨道交通地铁站、隧道或建筑物幕墙装饰，经检测主要指标如表1所示。
表1 实施例1的成品检测结果汇总表
。
实施例2
本实施例一种水性有机瓷喷涂铝单板及其制造工艺，结合图2和图3，选取2.0mm厚度3003H24牌号的铝单板作为铝基板1，经酸洗、水洗、前处理分别在铝基板1的底面和表面形成钝化层一2和钝化层二3，在钝化层二3上喷涂施工粘度按水性涂料特性设定为10~30s、厚度10~20µm的水性纯白漆，喷涂线速设定为1.5~2m/min，经60℃预加热段10min流平、挥发水分形成底漆层4；选取银色水性有机瓷面漆，在面喷房喷涂20~30µm喷涂（施工粘度按水性涂料特性设定为10~30s，线速设定为1.5~2m/min）。为使漆面均匀，水溶剂得以充分的预挥发，面漆分两次喷涂，先进行初次较薄的面漆均匀喷涂（初喷），再进行二次精确控制的面漆喷涂（精喷）后，再经60℃预加热段15min流平、挥发水分后形成面漆层5，经流平、预热处理过的底漆层和面漆层同时进入高温烘房经160~200℃烘箱烘干30分钟，经检验合格后下架进入包装程序，表面覆高粘度保护膜作为保护膜层6。
该实施例产品可用于轨道交通地铁站、隧道或建筑物幕墙装饰，经检测主要指标如表2所示。
表2 实施例2的成品检测结果汇总表
。
实施例3
本实施例一种水性有机瓷喷涂铝单板及其制造工艺，结合图2和图3，选取3.0mm厚度3004H24牌号的铝单板为铝基板1，经酸洗、水洗、前处理后分别在铝基板1的底面和表面形成钝化层一2和钝化层二3；在钝化层二3上喷涂施工粘度按水性涂料特性设定为15~30s、厚度10~15µm的水性纯白背景漆，喷涂线速设定为1.5~2m/min，经80℃预加热段10分钟流平、挥发水分形成底漆层4；选取高光黄色水性有机瓷面漆，在面喷房完成20~30µm面漆喷涂。（为使漆面均匀，水溶剂得以充分的预挥发，面漆分两次喷涂，先进行初次较薄的面漆均匀喷涂（初喷），再进行二次精确控制的面漆喷涂（精喷），喷涂方式与底漆层4相同（喷涂施工粘度按水性涂料特性设定为10~30s，喷涂线速设定为1.5~2m/min），经80℃预加热段15min流平、挥发水分形成面漆层5，流平、预热过的底漆层4和面漆层5同时进入高温烘房经160~200℃烘箱烘干30分钟，经检验合格后下架进入包装程序，表面覆高粘度保护膜作为保护膜层6。
该实施例产品可用于轨道交通地铁站、隧道或建筑物幕墙装饰，经检测主要指标如表3所示。
表3 实施例3的成品检测结果汇总表
。
将上述各实施例获得的成品性能与常规的溶剂型氟碳涂料所制备的喷涂铝单板进行对比，具体参数相见表4。
表4 本发明水性有机瓷喷涂铝单板与常规溶剂型喷涂铝单板性能对照表
。
从表4可以看出，本发明的水性有机瓷喷涂铝单板具有原材料环保，施工现场空气环境清洁，对人体健康无危害，所制得的成品具有特别优异的高硬度、抗划伤、耐酸蚀、高阻燃、耐老化和自清洁性能，且强度高、色彩选择空间大，其他物理性能相当或高于溶剂型涂装产品，而综合成本与溶剂型涂料涂装产品相当，是一种节能环保的装饰材料；与普通溶剂型金属彩涂板相比，VOC排放量减少80%以上，无受限排放物品，耐燃烧等级达到最高级别A1级，光泽度选取范围更广。
Claims (6)
1.一种水性有机瓷喷涂铝单板，其特征在于：由上而下依次为钝化层一、铝基板、钝化层二、底漆层和面漆层，铝基板的底面和表面分别经钝化处理获得钝化层一、钝化层二，所述的底漆层是在钝化层二上由水性有机瓷底漆材料喷涂15-20μm的涂层，所述的面漆层是在底漆层上由水性有机瓷材料喷涂20-30μm、光泽度为5-95°的涂层；
所述底漆层的水性有机瓷底漆材料和面漆层的水性有机瓷材料均是将含硅、氟元素的无机盐、有机物通过有机无机杂化复合所得到高分子合金涂料，该高分子合金涂料采用溶胶凝胶法将具有高耐候性、耐阻燃、耐高温性能的金属氧化物经硅烷偶联剂表面处理，与含氟元素的聚偏二氟乙烯、聚三氟乙烯的树脂、可水解的硅化合物、含仲酰胺含叔酰胺的乙烯基单体及可与其共聚的其他乙烯基单体在水和乳化剂存在下聚合形成100~850nm粒径的多层核壳结构或者互穿网络结构的分散体，然后再与水分散的二氧化硅胶体混合而成的涂料；该涂料中，可水解硅化合物与乙烯基共聚物比为0.2~0.6，金属氧化物的含量为3~15%；
所述的铝基板为1系、3系的厚度为1.5-6mm的合金铝单板；
所述的钝化层一的下表面上设置有防锈背漆层，厚度为6-10μm。
2.如权利要求1所述的一种水性有机瓷喷涂铝单板，其特征在于：所述的防锈背漆层为环氧涂料防锈背漆层或聚酯涂料防锈背漆层。
3.如权利要求1所述的一种水性有机瓷喷涂铝单板，其特征在于：所述的面漆层上表面上设置有保护膜层。
4.如权利要求1-3任一项所述的水性有机瓷喷涂铝单板的制造工艺，其特征在于包括如下步骤：
（1）前处理：将铝基板进行钝化处理，在铝基板的底面和表面形成200-1300mg/m2厚度的钝化层一和钝化层二；
（2）底漆层形成：在钝化层二上喷涂15-20μm的水性有机瓷底漆材料后，控制喷涂烘烤温度150-220℃、烘烤时间20-40分钟，在钝化层二的上表面上形成底漆层；
（3）面漆层形成：待步骤（2）处理后冷却至室温，喷涂20-30μm的水性有机瓷面漆材料后，控制喷涂烘烤温度150-220℃、烘烤时间20-40分钟，在底漆层的上表面上形成光泽度为5-95°的面漆层；
（4）后处理：流平、烘干固化后，贴覆保护膜作为保护膜层；
所述的水性有机瓷底漆材料和水性有机瓷面漆材料均是将含硅、氟元素的无机盐、有机物通过有机无机杂化复合所得到高分子合金涂料，该复合工艺具体为：采用溶胶凝胶法将具有高耐候性、耐阻燃、耐高温性能的金属氧化物经硅烷偶联剂表面处理，与含氟元素的聚偏二氟乙烯、聚三氟乙烯等的树脂、可水解的硅化合物、含仲酰胺含叔酰胺的乙烯基单体及可与其共聚的其他乙烯基单体在水和乳化剂存在下聚合形成100~850nm粒径的多层核壳结构或者互穿网络结构的分散体，然后再与水分散的二氧化硅胶体混合而成的涂料；所形成的涂料中，可水解硅化合物与乙烯基共聚物比为0.2~0.6，涂料中金属氧化物的含量为3~15%。
5.如权利要求4所述的一种水性有机瓷喷涂铝单板的制造工艺，其特征在于：所述的步骤（2）中，底漆层采用喷涂方式，喷涂线速度为1-3m/min，喷涂完毕后在60-80℃下预加热1-15分钟，流平形成底漆层；再进入步骤（3），面漆层采用喷涂方式，分两次进行，喷涂速度线速度为1-3m/min，喷涂完毕后在60-80℃下预加热1-15分钟，流平形成面漆层；将获得的底漆层与面漆层一起置于150-220℃下烘干固化20-40分钟。
6.如权利要求4所述的一种水性有机瓷喷涂铝单板的制造工艺，其特征在于：所述的步骤（2）中，喷涂底漆层的同时还包括有防锈背漆层的形成，在钝化层一的下表面喷涂环氧涂料或聚酯涂料后，在150-220℃下烘烤20-40分钟。
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