CN105002495B - 抗沾污性环保彩涂板 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种抗沾污性高耐候环保彩涂板，其包括：基板、化学钝化层、低氟底涂层、高氟面涂层、背涂层；其中，基板为钢板，所述钢板表面涂覆一锌层；高氟面涂层包括3～5wt％的1，4‑丁二醇、1～2wt％的二氧化硅、1～3wt％的氧化铝，90～95wt％的聚偏氟乙烯；所述低氟底涂层包括15～25wt％的4‑羟丁基乙烯基醚、10～20％的聚乙烯醇、55～75wt％的聚偏氟乙烯；化学钝化层包括25～30wt％的钼酸盐、45～50wt％的有机氟改性环氧树脂、5～7wt％的硝酸锆、10～15wt％的磷酸及5～15wt％的二氧化硅。本发明制备得到的彩涂板抗沾污性和耐候性强，且面涂层附着力优异。

Description

抗沾污性环保彩涂板

技术领域

本发明涉及材料技术领域。更具体地说，本发明涉及具有一种抗沾污性强、使用持久的高耐候无铬环保型彩涂板。

背景技术

彩涂板即彩色涂层钢板，其是以冷轧钢板和镀锌钢板为基板，经过表面预处理(脱脂、清洗、化学转化处理)，以连续的方法涂上涂料(辊涂法)，经过烘烤和冷却而制成的产品。涂层钢板具有轻质、美观和良好的防腐蚀性能，又可直接加工，它给建筑业、造船业、车辆制造业、家具行业、电气行业等提供了一种新型原材料，起到了以钢代木、高效施工、节约能源、防止污染等良好效果。

在工业污染区、车流量密集的道路两旁或易受腐蚀的海边等环境中，彩涂板由于长期遭受紫外线、酸雨、酸雾、盐水等的侵害，其使用寿命受到了极大的影响。为了提高建筑物的耐候性和持久性，聚偏氟乙烯彩涂板得到了越来越多的关注和应用。由于氟的电负性特别大，与其它元素形成的共价键键能很强，加至C-F键的键长短对碳键的屏蔽作用，因此聚偏氟乙烯对热、光和化学试剂具有较好的稳定性及抗沾污性。但聚偏氟乙烯涂料与金属的粘着性较差，其在使用时一般需经丙烯基树脂改性后再使用，但效果并不显著，且降低了聚偏氟乙烯优良的耐候性及抗沾污性，影响了其防侵蚀年限。

发明内容

作为各种广泛且细致的研究和实验的结果，本发明的发明人已经发现，在钢板的有机层涂覆过程中，以聚偏氟乙烯为基础，分别进行面涂层和底涂层的涂覆，并通过添加二氧化硅、氧化铝等小分子进一步提高面涂层的耐候及抗沾污性，通过添加合适配比的4-羟丁基乙烯基醚及聚乙二醇有效提高底涂层的粘着性，从而显著提高了聚偏氟乙烯有机涂覆层的综合性能。基于这种发现，完成了本发明。

本发明的一个目的是解决至少上述问题和/或缺陷，并提供至少后面将说明的优点。

本发明还有一个目的是提供一种抗沾污性高耐候环保彩涂板，其能够有效提高有机涂层与基板之间的附着力，且涂层耐潮湿环境、酸性腐蚀、粉尘、紫外线、海水等能力强，从而有效提高了彩涂层的使用寿命。

为了实现根据本发明的这些目的和其它优点，提供了一种抗沾污性高耐候环保彩涂板，其包括：基板，所述基板上表面从下到上依次设有第一化学钝化层、低氟底涂层、高氟面涂层，所述基板下表面从上到下依次设有第二化学钝化层、背涂层；

其中，所述基板为钢板，所述钢板表面涂覆一锌层，以提高钢板的耐蚀性；

所述高氟面涂层包括3～5wt％的1，4-丁二醇、1～2wt％的二氧化硅、1～3wt％的氧化铝及90～95wt％的聚偏氟乙烯，其中，1，4-丁二醇的添加可提高聚偏氟乙烯成膜时形成的胶束粗糙结构的比例，增大面涂层的接触角，从而提高了其疏水性能，另外，聚偏氟乙烯膜中添加适当比例的混合无机粒子，无机粒子均匀分布于膜的基体中，可提高膜骨架的结构致密性和硬度，从而提高膜的耐候性，此外，膜硬度的提高也可提高其抗沾污性；

所述低氟底涂层包括15～25wt％的4-羟丁基乙烯基醚、10～20％的聚乙烯醇及55～75wt％的聚偏氟乙烯，4-羟丁基乙烯基醚及聚乙烯醇和聚偏氟乙烯进行共聚，降低了共聚物的洁净度，改善了共聚物的熔融粘度，得到的共聚物对金属基板有优异的粘结力；

所述第一化学钝化层和第二化学钝化层均包括25～30wt％的钼酸盐、45～50wt％的有机氟改性环氧树脂、5～7wt％的硝酸锆、10～15wt％的磷酸及5～15wt％的二氧化硅，钼酸盐进入基板锌层后可形成一层钝化膜，提高基板的耐腐蚀能力，但钼酸盐膜层易出现裂纹，影响其耐蚀性能，通过有机氟改性环氧树脂与钼酸盐进行相互交联进行复合钝化，阻止腐蚀介质向膜内的的渗透，有效提高了钝化膜的附着性和抗蚀性，而且有机氟改性环氧树脂的添加也进一步增加了钝化层与底涂层之间的附着性，SiO₂的添加提高了钝化膜与金属基材之间的粘结力，且提高了膜的致密性，此外磷酸和硝酸锆的添加对钼酸盐的缓释有协同作用。

目前在镀锌钢板的钝化工艺中，一般通过在镀锌板表面镀覆一层含Cr⁶⁺与Cr³⁺的钝化膜，其以良好的耐蚀性与附着力在彩涂板中得到广泛的应用，但Cr⁶⁺对环境和人体有着极其严重的危害，其是强烈的突变物质，且会引起细胞的突变与癌变，目前，各国都在致力于无铬钝化剂的开发，但得到的无铬钝化膜的耐蚀性能却一直达不到铬酸盐钝化的水平。本发明采用无机和有机树脂进行复配，并通过添加一些协同缓蚀因子，有效提高了钝化膜层的耐蚀性和附着性，本发明得到的钝化膜和按常规工艺处理得到的含铬酸盐钝化膜性能一样优良。

优选的是，其中，所述背涂层包括60～70wt％的聚偏氟乙烯及30～40wt％的聚甲基丙烯酸甲酯，相容性较好的聚甲基丙烯酸甲酯与聚偏氟乙烯共混可有效提高聚偏氟乙烯的物理性能，既保证背涂层一定的耐候性和机械性能，又具有优良的附着性。

优选的是，其中，所述锌层中还添加有2～5wt％的铝，可在一定程度上提高锌层的抗氧化性能及粘附性能。

优选的是，其中，所述高氟面涂层还添加占其总质量为0.2～0.5wt％的分散剂，以提高涂层的均匀性和致密性。

优选的是，其中，所述分散剂为磺酸类氟碳表面活性剂，磺酸类氟碳表面活性剂与聚偏氟乙烯的润湿性极好，可有效提高其分散效果。

优选的是，其中，所述高氟面涂层的厚度为20～25μm，以保证面涂层的耐侵蚀性。

优选的是，其中，所述低氟底涂层的厚度为10～15μm，以保证其粘结效果，提高有机涂层的综合性能。

本发明至少包括以下有益效果：

(1)本发明在钢板的有机层涂覆过程中，以聚偏氟乙烯为基础，分别进行高氟面涂层和低氟底涂层的涂覆，既保证了彩涂板的抗沾污性和耐候性，又保证了面涂层的良好的附着力，显著提高了彩涂板的综合性能；

(2)高氟面涂层还通过添加1，4-丁二醇及无机粒子提高了面涂层的疏水性能、结构致密性和硬度，低氟底涂层通过与4-羟丁基乙烯基醚及聚乙烯醇共聚保证了其与金属基板优异的粘结力，面涂层和底涂层的改性进一步提高了彩涂板的耐久性；

(3)钝化层采用钼酸盐和有机氟改性环氧树脂相互交联进行复合钝化，并通过添加一些协同缓蚀因子，有效提高了钝化膜层的耐蚀性和附着性，从而替代了对环境和人体均有极大危害的含Cr⁶⁺与Cr³⁺的钝化膜。

本发明的其它优点、目标和特征将部分通过下面的说明体现，部分还将通过对本发明的研究和实践而为本领域的技术人员所理解。

具体实施方式

下面结合具体实施方式对本发明做进一步的详细说明，以令本领域技术人员参照说明书文字能够据以实施。

应当理解，本文所使用的诸如“具有”、“包含”以及“包括”术语并不配出一个或多个其它元件或其组合的存在或添加。

<实例1>

一种抗沾污性高耐候环保彩涂板，其包括：基板，所述基板上表面从下到上依次设有第一化学钝化层、低氟底涂层、高氟面涂层，所述基板下表面从上到下依次设有第二化学钝化层、背涂层；

其中，所述基板为镀锌钢板，所述钢板的镀锌层中还包括2wt％的铝；

所述高氟面涂层包括3wt％的1，4-丁二醇、1wt％的二氧化硅、1wt％的氧化铝，95wt％的聚偏氟乙烯，其中，所述高氟面涂层的厚度为20μm；

所述低氟底涂层包括15wt％的4-羟丁基乙烯基醚、10％的聚乙烯醇、75wt％的聚偏氟乙烯，其中，所述低氟底涂层的厚度为10μm；

所述第一化学钝化层和第二化学钝化层均包括25wt％的钼酸盐、45wt％的有机氟改性环氧树脂、5wt％的硝酸锆、10wt％的磷酸及15wt％的二氧化硅。

其中，所述背涂层包括60wt％的聚偏氟乙烯及40wt％的聚甲基丙烯酸甲酯，所述高氟面涂层还添加占其总质量为0.2％的分散剂，所述分散剂为磺酸类氟碳表面活性剂。

<实例2>

一种抗沾污性高耐候环保彩涂板，其包括：基板，所述基板上表面从下到上依次设有第一化学钝化层、低氟底涂层、高氟面涂层，所述基板下表面从上到下依次设有第二化学钝化层、背涂层；

其中，所述基板为镀锌钢板，所述钢板的镀锌层中还包括5wt％的铝；

所述高氟面涂层包括5wt％的1，4-丁二醇、2wt％的二氧化硅、3wt％的氧化铝，90wt％的聚偏氟乙烯，其中，所述高氟面涂层的厚度为25μm；

所述低氟底涂层包括25wt％的4-羟丁基乙烯基醚、20％的聚乙烯醇、55wt％的聚偏氟乙烯，其中，所述低氟底涂层的厚度15μm；

所述第一化学钝化层和第二化学钝化层均包括27wt％的钼酸盐、50wt％的有机氟改性环氧树脂、7wt％的硝酸锆、11wt％的磷酸及5wt％的二氧化硅。

其中，所述背涂层包括70wt％的聚偏氟乙烯及30wt％的聚甲基丙烯酸甲酯，所述高氟面涂层还添加占其总质量为0.5％的分散剂，所述分散剂为磺酸类氟碳表面活性剂。

<实例3>

一种抗沾污性高耐候环保彩涂板，其包括：基板，所述基板上表面从下到上依次设有第一化学钝化层、低氟底涂层、高氟面涂层，所述基板下表面从上到下依次设有第二化学钝化层、背涂层；

其中，所述基板为镀锌钢板，所述钢板的镀锌层中还包括3wt％的铝；

所述高氟面涂层包括4wt％的1，4-丁二醇、2wt％的二氧化硅、2wt％的氧化铝，92wt％的聚偏氟乙烯，其中，所述高氟面涂层的厚度为22μm；

所述低氟底涂层包括20wt％的4-羟丁基乙烯基醚、15％的聚乙烯醇、65wt％的聚偏氟乙烯，其中，所述低氟底涂层的厚度12μm；

所述第一化学钝化层和第二化学钝化层均包括26wt％的钼酸盐、47wt％的有机氟改性环氧树脂、6wt％的硝酸锆、12wt％的磷酸及9wt％的二氧化硅。

其中，所述背涂层包括65wt％的聚偏氟乙烯及35wt％的聚甲基丙烯酸甲酯，所述高氟面涂层还添加占其总质量为0.3％的分散剂，所述分散剂为磺酸类氟碳表面活性剂。

<实例4>

一种抗沾污性高耐候环保彩涂板，其包括：基板，所述基板上表面从下到上依次设有第一化学钝化层、低氟底涂层、高氟面涂层，所述基板下表面从上到下依次设有第二化学钝化层、背涂层；

其中，所述基板为镀锌钢板，所述钢板的镀锌层中还包括4wt％的铝；

所述高氟面涂层包括3wt％的1，4-丁二醇、1wt％的二氧化硅、3wt％的氧化铝，93wt％的聚偏氟乙烯，其中，所述高氟面涂层的厚度为21μm；

所述低氟底涂层包括17wt％的4-羟丁基乙烯基醚、13％的聚乙烯醇、70wt％的聚偏氟乙烯，其中，所述低氟底涂层的厚度11μm；

所述第一化学钝化层和第二化学钝化层均包括27wt％的钼酸盐、46wt％的有机氟改性环氧树脂、7wt％的硝酸锆、12wt％的磷酸及8wt％的二氧化硅。

其中，所述背涂层包括63wt％的聚偏氟乙烯及37wt％的聚甲基丙烯酸甲酯，所述高氟面涂层还添加占其总质量为0.4％的分散剂，所述分散剂为磺酸类氟碳表面活性剂。

<实例5>

一种抗沾污性高耐候环保彩涂板，其包括：基板，所述基板上表面从下到上依次设有第一化学钝化层、低氟底涂层、高氟面涂层，所述基板下表面从上到下依次设有第二化学钝化层、背涂层；

其中，所述基板为镀锌钢板，所述钢板的镀锌层中还包括5wt％的铝；

所述高氟面涂层包括5wt％的1，4-丁二醇、2wt％的二氧化硅、1wt％的氧化铝，92wt％的聚偏氟乙烯，其中，所述高氟面涂层的厚度为24μm；

所述低氟底涂层包括23wt％的4-羟丁基乙烯基醚、18％的聚乙烯醇、59wt％的聚偏氟乙烯，其中，所述低氟底涂层的厚度13μm；

所述第一化学钝化层和第二化学钝化层均包括26wt％的钼酸盐、48wt％的有机氟改性环氧树脂、6wt％的硝酸锆、14wt％的磷酸及6wt％的二氧化硅。

其中，所述背涂层包括68wt％的聚偏氟乙烯及32wt％的聚甲基丙烯酸甲酯，所述高氟面涂层还添加占其总质量为0.2％的分散剂，所述分散剂为磺酸类氟碳表面活性剂。

为了说明本发明的效果，发明人提供比较实验如下：

<比较例1>

在有机层涂覆过程中，所述基板上表面从下到上依次设有第一化学钝化层、高氟面涂层，不进行低氟底涂层的铺设，高氟面涂层直接设于钝化层之上，其余参数与实例2中的完全相同，工艺过程也完全相同。

<比较例2>

所述高氟面涂层包括4wt％的1，4-丁二醇，96wt％的聚偏氟乙烯，所述高氟面涂层不添加无机离子二氧化硅和氧化铝，其余参数与实例3中的完全相同，工艺过程也完全相同。

<比较例3>

所述第一化学钝化层和第二化学钝化层均包括73wt％的钼酸盐、7wt％的硝酸锆、12wt％的磷酸及8wt％的二氧化硅，钝化层仅包含无机钼酸盐及辅助因子，不进行无机钼酸盐和有机氟改性环氧树脂的复配，其余参数与实例4中的完全相同，工艺过程也完全相同。

分别通过6B/T 9286-1998中的划格法测定彩涂板涂层的附着力，通过黑、红染料进行涂刷，24h后二甲苯擦拭的方法测定彩涂板涂层的抗沾污性，通过在50g/L的中性氯化钠盐雾试验600h测定彩涂板涂层的耐腐蚀性，通过在5％的硫酸溶液中浸渍120h测定彩涂板涂层的耐酸性，通过在1％的氢氧化钠溶液中浸渍120h测定彩涂板涂层的耐碱性，上述各实例和对比例中彩涂板涂层的各项性能参数见表1。

表1 彩涂板涂层的各项性能参数

从上表1能够看出，实例中由于在钢板的有机层涂覆过程中，以聚偏氟乙烯为基础，分别进行高氟面涂层和低氟底涂层的涂覆，并且钝化层采用钼酸盐和有机氟改性环氧树脂相互交联进行复合钝化，从而显著提高了彩涂板的抗沾污性、耐候性及耐久性。

比较例1与实例相比，高氟面涂层直接设于钝化层之上，面涂层与钝化层的附着力明显降低，经氯化钠盐雾试验、酸、碱处理后，有明显起泡与脱落现象。

比较例2与实例相比，高氟面涂层不添加无机离子二氧化硅和氧化铝，涂层结构致密性降低，这在一定程度上影响了其抗沾污性及抗氯化钠盐雾、酸、碱腐蚀的能力；

比较例3与实例相比，钝化层仅包含无机钼酸盐及辅助因子，不进行无机钼酸盐和有机氟改性环氧树脂的复配，不断降低了其耐蚀性能，且影响了钝化层和底涂层之间的附着性，在恶劣环境下易脱落。

可见，本发明在钢板的有机层涂覆过程中，以聚偏氟乙烯为基础，分别进行高氟面涂层和低氟底涂层的涂覆，既保证了彩涂板的抗沾污性和耐候性，又保证了面涂层的良好的附着力，显著提高了彩涂板的综合性能；

此外，高氟面涂层还通过添加1，4-丁二醇及无机粒子提高了面涂层的疏水性能、结构致密性和硬度，低氟底涂层通过与4-羟丁基乙烯基醚及聚乙烯醇共聚保证了其与金属基板优异的粘结力，面涂层和底涂层的改性进一步提高了彩涂板的耐久性；

此外，钝化层采用钼酸盐和有机氟改性环氧树脂相互交联进行复合钝化，并通过添加一些协同缓蚀因子，有效提高了钝化膜层的耐蚀性和附着性，从而替代了对环境和人体均有极大危害的含Cr⁶⁺与Cr³⁺的钝化膜。

尽管本发明的实施方案已公开如上，但其并不仅仅限于说明书和实施方式中所列运用。它完全可以被适用于各种适合本发明的领域。对于熟悉本领域的人员而言，可容易地实现另外的修改。因此在不背离权利要求及等同范围所限定的一般概念下，本发明并不限于特定的细节和这里示出与描述的具体实施方式。

Claims (7)

1.一种抗沾污性环保彩涂板，其特征在于，包括：基板，所述基板上表面从下到上依次设有第一化学钝化层、低氟底涂层、高氟面涂层，所述基板下表面从上到下依次设有第二化学钝化层、背涂层；

其中，所述基板为钢板，所述钢板表面涂覆一锌层；

所述高氟面涂层包括3～5wt％的1,4-丁二醇、1～2wt％的二氧化硅、1～3wt％的氧化铝及90～95wt％的聚偏氟乙烯；

所述低氟底涂层包括15～25wt％的4-羟丁基乙烯基醚、10～20％的聚乙烯醇及55～75wt％的聚偏氟乙烯；

所述第一化学钝化层和第二化学钝化层均包括25～30wt％的钼酸盐、45～50wt％的有机氟改性环氧树脂、5～7wt％的硝酸锆、10～15wt％的磷酸及5～15wt％的二氧化硅。

2.如权利要求1所述的抗沾污性环保彩涂板，其特征在于，所述背涂层包括60～70wt％的聚偏氟乙烯及30～40wt％的聚甲基丙烯酸甲酯。

3.如权利要求1所述的抗沾污性环保彩涂板，其特征在于，所述锌层中还添加有2～5wt％的铝。

4.如如权利要求1所述的抗沾污性环保彩涂板，其特征在于，所述高氟面涂层还添加占其总质量为0.2～0.5wt％的分散剂。

5.如如权利要求4所述的抗沾污性环保彩涂板，其特征在于，所述分散剂为磺酸类氟碳表面活性剂。

6.如权利要求1所述的抗沾污性环保彩涂板，其特征在于，所述高氟面涂层的厚度为20～25μm。

7.如权利要求1所述的抗沾污性环保彩涂板，其特征在于，所述低氟底涂层的厚度为10～15μm。