CN105176348A - 一种水性有机瓷预辊涂金属彩板及其制造工艺 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种水性有机瓷预辊涂金属彩板及其制造工艺，属于装饰建材技术领域。由下而上依次为前处理层一、金属基板、前处理层二、水性底漆层和水性有机瓷面漆层，所述的水性有机瓷面漆层是由多烷氧基硅烷与水性无机聚硅氧烷杂化形成的高分子合金层，前处理层一、前处理层二与金属基板为一体式结构。采用延长流平时间，阶梯降温的逆向高温烘烤固化工艺以保证水分充分挥发和表面流平性。将本发明的金属彩板用于装饰建材，具有光泽度范围广、抗划伤、耐高温、耐酸蚀、自清洁等优点。
Description
技术领域
本发明涉及一种水性有机瓷预辊涂金属彩板及其制造工艺，属于装饰建材技术领域。
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，涂料的高固含量、无有机溶剂、水性化、高利用率已呈日趋壮大之势。其中，涂料的水性化是近年来发展十分迅速的一个领域。水性涂料以水为稀释溶剂，将硅、氟元素、无机盐、有机物组合杂化到一起的高分子合金。水性涂料最突出的优点是分散介质水无毒无害、不污染环境，同时它还具备价廉、不易粉化、干燥快、施工方便等优点，所以现在成为“绿色涂料”的主要发展方向。
相较于常用的高性能溶剂型氟碳涂料，溶剂型氟碳涂料虽然有着很好的性能，但同时也存在很多的缺陷，例如容易浮色发花、需高温固化、在固化的过程中会释放出挥发性有机化合物对环境造成污染等，从而限制了其在涂料工业中的应用。水性涂料是一种以水为溶剂或分散介质的环境友好型涂料这种涂料具有污染少使用安全的优点，随着聚合技术的发展，水性涂料的性能可以和传统的溶剂型涂料相媲美。
市场上的水性预辊涂金属彩板极少，甚至有不良商家采用油性底漆加水性面漆或者水性底漆加油性面漆制成的“两张皮”的假水性涂层产品。现有的类陶瓷涂料多为溶剂型喷涂用涂料，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，特别的搪瓷板甚至需要800~1000℃进行烧结，生产设备投入高，能耗大，污染大，成本较高，硬度高但脆。在已公开的专利技术中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；CN101857772A《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。
水性涂料现阶段在市场上的主要应用为水性乳胶漆、水性汽车漆、水性木器漆、水性喷涂建筑漆，可分别采用刷涂、滚涂、喷涂工艺将涂料涂装到室内墙面、汽车外板、木器，喷涂于铝单板或者钢板表面应用于地铁站台、隧道、列车等对防火要求较高的人流量较大的封闭空间装饰。基于预辊涂工艺相对于上述工艺的清洁、涂料利用率高、施涂装效率高、涂层板可后续加工成型等优点，本案特别的采用预辊涂工艺涂装水性涂料，制得一种水性有机瓷预辊涂金属彩板。
由于该水性有机瓷预辊涂金属彩板具有涂层硬度高、耐高温、耐化学品腐蚀、表面光亮平整、可涂装后再成型等优点，特别适合于室内装饰、家电和厨电领域对装饰板面要求耐高温、防擦伤、耐油污、易清洁的应用要求。
在本发明完成之前，尚未见到有采用与本发明相同的预辊涂生产工艺及产品的专利报道，未见到与本发明相同的性能指标、应用领域的产品在市场上销售。
基于此，做出本申请案。
发明内容
为了克服现有技术中存在的上述缺陷，本发明特别的采用预辊涂工艺制造出一种光泽度范围广、高硬度、抗划伤、耐高温、耐腐蚀、具有自清洁功能的水性有机瓷预辊涂金属彩板。
为实现上述目的，本发明采取的技术方案如下：
一种水性有机瓷预辊涂金属彩板，由下而上依次为前处理层一、金属基板、前处理层二、水性底漆层和水性有机瓷面漆层，所述的水性底漆层所用涂料为水性的环氧、聚酯或聚氨酯涂料体系中的一种或者几个的组合；水性有机瓷面漆层是由多烷氧基硅烷与水性无机聚硅氧烷杂化形成的高分子合金层；水性底漆层厚度为6~10μm，水性有机瓷面漆层厚度为10~15μm；所述的前处理层一和前处理层二是由金属基板碱洗、钝化形成的表面层，该前处理层一、前处理层二与金属基板为一体式结构。
进一步的，作为优选：
所述的水性有机瓷面漆层上贴覆有保护膜形成保护膜层。更为优选的，所述的保护膜层是由聚乙烯或聚氯乙烯的4~6丝透明膜贴覆于水性有机瓷面漆层上形成的层状结构。
所述的水性有机瓷面漆层的表面光泽度（60o）范围可达5~90。
同时，本发明第二方面的目的是提供一种水性有机瓷预辊涂金属彩板的制造工艺，该工艺具体步骤如下：1）预处理：对金属基板进行前处理，在金属基板上表面和下底面上分别形成前处理层一和前处理层二；2）形成水性底漆层：在前处理层一上预辊涂底漆6~10μm，预辊涂速度为15~25m/min，经流平，进入阶梯温度的200~280℃烘烤炉加热50~100s，固化、冷却形成水性底漆层；3）形成水性有机瓷面漆层：在水性底漆层上继续进行预辊涂精涂面漆10~15μm，预辊涂速度为15~25m/min，再经流平，进入阶梯升温220~300℃的烘烤炉加热60~100s后，固化冷却形成水性有机瓷面漆层，继而完成水性有机瓷预辊涂金属彩板的涂装。
进一步的，作为优选：
步骤（1）中，所述的预处理由碱洗和钝化两步构成，清除金属基板表面的油脂、油污、腐蚀产物、残留杂质等，并赋予金属基板表面一定的化学、物理特性，达到增加涂层附着力的同时，增加金属基板的保护性和装饰性。
步骤（2）中，所述的底漆考虑到与基板的附着力、化学反应活性选用环氧或聚氨酯树脂体系，考虑到底漆的耐候性及涂层的整体柔韧性，聚氨酯树脂体系为优选。
步骤（3）中，所述的水性有机瓷面漆涂料由基体树脂、溶剂、颜料及填料构成，所述的基体树脂为含甲基、苯基、乙烯基的多烷氧基硅烷与水性无机聚硅氧烷进行杂化制得的高分子合金；所述的溶剂为水与乙醇、乙二醇、乙二醇丁醚、丙酮等低沸点有机物组成的低沸物，其中有机溶剂含量为5~15%；所述的颜料及填料主要有三氧化二铁、云母粉、滑石粉、重晶石、钛酸钡等，颜料、填料重量占面漆重量的10~30%，固体分达到55~65%。
步骤（2）和步骤（3）中，所述的流平过程中，延长流平长度，流平时间为20~60s；烘箱中风速为1~10m/s，风量为1800~3600m3/h。
所述的预辊涂速度为15~25m/min，且步骤（2）和步骤（3）中预辊涂的速度是相同的。
所述的进入阶梯温度的200~260℃烘烤炉加热50~100s，具体操作为先是进入250~280℃高温区，加热10~30s；然后进入220~250℃的中温区，加热30~50s；最后在200~220℃温度区保持10~20s。相较于常规温升工艺的逆向温度梯度，以尽可能将水分挥发完全。
所述的后处理包括在水性有机瓷预辊涂金属彩板上贴覆聚乙烯或聚氯乙烯的4~6丝可撕透明保护膜以形成保护膜层。
本发明的工作原理及有益效果如下：
1）本发明中底漆和面漆均采用的是高固体份水性涂料，并结合预辊涂工艺成金属彩涂板，提高生产效率的同时，板面涂层附着力、致密度、光整度高等板面涂层质量效果参数也得到改善，涂料利用率接近100%，进一步降低了有机溶剂的挥发量；其水性底漆层、水性有机瓷面漆层均采用环保型水性涂料，保证了涂层与金属基板、涂层相互之间足够的附着力。
2）本发明中，水性底漆层和水性有机瓷面漆层的涂料基体树脂为有机无机杂化。水性有机瓷涂层面漆涂料基体树脂为含甲基、苯基、乙烯基的甲或乙氧基硅烷与水性无机聚硅氧烷进行杂化制得的高分子合金，有机组分提供涂层的足够的光泽、抗开裂、低表面能及柔韧性，无机组分提供涂层的硬度、刚性。
3）为了加速水分的挥发，溶剂为水与乙醇、乙二醇、乙二醇丁醚、丙酮等低沸点有机物组成的低沸物，由于该溶剂以水为主，仅含有少量小分子、低沸点的醇醚类、无毒性的有机溶剂，所以在成膜过程中不会有甲醛、苯、二甲苯等有害化学物质释放，VOC排放较溶剂型涂料减少80%以上。
4）由于水的极性较高，蒸发潜热大，受温度及湿度影响大，本申请采用延长流平长度、流平时间、增加风速及风量，并在高温烘烤区采取逆向的高温到中温再到低温的阶梯温度等措施，有效提高了水分的预挥发及涂层的流平效果，避免流平不佳引起的橘皮纹及因水分残留引起的缩孔、气泡现象。
5）本发明的整个涂装工艺形成流水线生产，具有生产效率高、涂涂料利用率高、涂层附着力好，致密度高等优势，其所制造的金属彩板不仅具有光泽度（60°）范围在5~90之间可调，颜色不受限制，能够满足各种色彩想象力及机械加工要求，尤其耐高温、耐酸蚀、抗划伤、高硬度、防火性、耐候性等功能极佳，且具有自清洁能力，其铅笔硬度可达4H，耐燃烧等级A1，产烟毒烟分级AQ1。
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彩涂板可广泛应用于家电、厨电，轨道交通地铁站、火车站、列车室内装饰、展览馆、体育场馆等人流聚集的场所，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。
附图说明
图1为本发明的工艺流程图；
图2为本发明所制金属彩板的结构示意图。
图中标号：1.金属基板；2.前处理层一；3.前处理层二；4.水性底漆层；5.水性有机瓷面漆层；6.保护膜层。
具体实施方式
实施例1
本实施一种水性有机瓷预辊涂金属彩板的制造工艺，结合图1和图2，选取0.4mm厚度的铝卷为金属基板1，经前处理碱洗、水洗、钝化形成前处理层一2和前处理层二3，前处理层一2位于金属基板1上表面，前处理层二3位于金属基板1的下底面；底漆、面漆预辊涂施工粘度按水性涂料特性设定为40s；前处理层二3上表面涂6μm的水性聚氨酯白色漆，预辊涂线速设定为20m/min，经20s时间流平，进入260~220℃阶梯降温加热、烘烤固化60s，冷却即形成水性底漆层4；水性底漆层4的表面再涂12μm水性有机瓷高光白面漆，经50s流平，进入280~220℃阶梯降温加热，烘烤固化90s，冷却即形成水性有机瓷面漆层5；经检验合格后在水性有机瓷面漆层5的表面覆4~6丝高粘透明聚乙烯保护膜形成保护膜层6，收卷、下架进入包装程序。
其中，本实施例中，水性有机瓷面漆的基体树脂为苯基三甲氧基硅烷与无机纳米二氧化硅溶胶通过溶胶-凝胶法制得的高分子合金；溶剂为水与乙醇组成的低沸物，其中乙醇含量为15%；颜料及填料主要有三氧化二铁、云母粉和滑石粉的混合物，颜料、填料重量占面漆重量的10%，固体分达到65%。
本实施例产品主要用于耐高温家电内衬板、建筑内装饰的蜂窝板面板领域，经检测其主要指标如表1所示。
表1实施例1所得产品的性能测试结果
。
实施例2
本实施一种水性有机瓷预辊涂金属彩板的制造工艺，结合图1和图2，选取1.0mm厚度3004H24铝合金卷为金属基板1，金属基板1经前处理碱洗、水洗、钝化形成前处理层一2和前处理层二3，前处理层一2位于金属基板1上表面，前处理层二3位于金属基板1的下底面；底漆、面漆预辊涂施工粘度按水性涂料特性设定为38s；在前处理层二3上表面涂8μm水性聚氨酯白色漆，预辊涂线速度设定为22m/min，经20s时间流平，进入260~220℃阶梯降温加热、烘烤固化60s，冷却即形成水性底漆层4；水性底漆层4的表面再涂12μm水性有机瓷高光白面漆，经45s流平，进入270~220℃阶梯降温加热，烘烤固化、冷却，形成水性有机瓷面漆层5；经检验合格后，在水性有机瓷面漆层5的表面覆6丝高粘标识施工方向的透明聚乙烯保护膜形成保护膜层6，收卷、下架进入包装程序。
其中，本实施例中，水性有机瓷面漆的基体树脂为甲基三甲氧基硅烷与无机纳米二氧化硅溶胶通过溶胶-凝胶法制得的高分子合金；溶剂为水与乙醇组成的低沸物，其中乙醇含量为10%；颜料及填料主要有三氧化二铁、滑石粉、重晶石的混合物，颜料、填料重量占面漆重量的20%，固体分达到60%。
本实施例产品主要用于火车站、地铁站柱饰及廊壁、列车顶棚、大型展厅、体育场馆幕墙、屋面、吊顶等装饰领域，经检测主要指标如表2所示。
表2实施例2所得产品的性能测试结果
。
实施例3
本实施一种水性有机瓷预辊涂金属彩板的制造工艺，结合图1和图2，选取0.45mm厚度热镀锌钢板为金属基板1，金属基板1经前处理酸洗、水洗、钝化形成前处理层一2和前处理层二3；按水性涂料特性，底漆、面漆预辊涂施工粘度设定为40s；在前处理层二3的表面涂6μm水性白色底漆，涂装线速度设定为15m/min，经60s流平，进入260~230℃高温烘房分段烘烤100s固化，即形成水性底漆层4；在水性底漆层4的表面涂14μm水性中光黑色有机瓷面漆，涂装线速度设定为15m/min，经60s流平，进入270~220℃高温烘房分段烘烤90秒固化，即形成水性有机瓷面漆层5；经检验合格后下架进入包装程序，表面覆高粘度保护膜形成保护膜层6。
其中，本实施例中，水性有机瓷面漆的基体树脂为乙烯基基三甲氧基硅烷与无机纳米二氧化硅溶胶通过溶胶-凝胶法制得的高分子合金；溶剂为水与乙二醇丁醚组成的低沸物，其中乙二醇丁醚含量为5%，颜料及填料主要有三氧化二铁、滑石粉和钛酸钡的混合物，颜料、填料重量占面漆重量的30%，固体分达到55%。
本实施例产品可用于厨电设备面板、烤箱等加热设备侧、面板、电子设备壳体等，经检测主要指标如表3所示。
表3实施例3所得产品的性能测试结果
。
实施例4
本实施一种水性有机瓷预辊涂金属彩板的制造工艺，结合图1和图2，选取0.45mm厚度热镀锌钢板为金属基板1，金属基板1经前处理酸洗、水洗、钝化形成前处理层一2和前处理层二3；按水性涂料特性，底漆、面漆预辊涂施工粘度设定为40s；在前处理层二3的表面涂6μm水性白色底漆，涂装线速度设定为20m/min，经40s流平，进入270~210℃高温烘房阶梯降温分段烘烤60秒固化，即形成水性底漆层4；在水性底漆层4的表面涂14μm水性中光黑色面漆，涂装线速度设定为20m/min，经50s流平，进入280~220℃高温烘房阶梯降温分段烘烤75秒固化，即形成水性有机瓷面漆层5；经检验合格后下架进入包装程序，表面覆高粘度保护膜形成保护膜层6。
其中，本实施例中，水性有机瓷面漆的基体树脂为甲基三乙氧基硅烷与无机纳米二氧化硅溶胶通过溶胶-凝胶法制得的高分子合金；所述的溶剂为水与有机溶剂丙酮组成的低沸物，其中有机溶剂含量为12%；颜料及填料主要有云母粉、滑石粉、重晶石和钛酸钡的混合物，颜料、填料重量占面漆重量的22%，固体分达到57%。
本实施例产品可用于厨电设备面板、烤箱等加热设备侧、面板、电子设备壳体等，经检测主要指标如表4所示。
表4实施例4所得产品的性能测试结果
。
同时，本申请还对常规溶剂型氟碳金属板的性能与本申请上述实施例的水性有机瓷预辊涂金属彩板进行效果对比，具体参见表5。
表5本实施例金属彩板与常规溶剂型氟碳金属板的性能对照表
。
综合上述表1-表5可以看出，采用本发明技术方案所制备的水性有机瓷预辊涂金属彩板不仅具有较宽的光泽度（5~90）范围，颜色不受限制，能够满足各种色彩想象力及机械加工要求，同时，其耐高温、耐酸蚀、抗划伤、高硬度、防火性、耐候性等功能极佳，且具有自清洁能力，VOC排放＜200/L，铅笔硬度≥3H，耐燃烧等级A1，产烟毒烟分级AQ1，可广泛应用于家电、厨电，轨道交通地铁站、火车站、列车室内装饰、展览馆、体育场馆等人流聚集的场所。
以上内容是结合本发明的优选实施方式对所提供技术方案所作的进一步详细说明，不能认定本发明具体实施只局限于上述这些说明，对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本发明的保护范围。
Claims (10)
1.一种水性有机瓷预辊涂金属彩板，其特征在于：由下而上依次为前处理层一、金属基板、前处理层二、水性底漆层和水性有机瓷面漆层，所述的水性底漆层是由水性环氧、聚酯或聚氨酯涂料体系中的一种或者几个的组合所形成的层状结构，所述的水性有机瓷面漆层是由多烷氧基硅烷与水性无机聚硅氧烷杂化形成的高分子合金层，且水性底漆层厚度为6~10μm，水性有机瓷面漆层厚度为10~15μm；所述的前处理层一和前处理层二是由金属基板碱洗、钝化形成的表面层，该前处理层一、前处理层二与金属基板为一体式结构。
2.如权利要求1所述的一种水性有机瓷预辊涂金属彩板，其特征在于：所述的水性有机瓷面漆层上贴覆有保护膜形成保护膜层。
3.如权利要求2所述的一种水性有机瓷预辊涂金属彩板，其特征在于：所述的保护膜层是由聚乙烯或聚氯乙烯4~6丝透明膜贴覆于水性有机瓷面漆层上形成的层状结构。
4.如权利要求1所述的一种水性有机瓷预辊涂金属彩板，其特征在于：所述的水性有机瓷面漆层的表面光泽度（60o）范围可达5~90。
5.一种水性有机瓷预辊涂金属彩板的制造方法，其特征在于包括如下步骤：
（1）预处理：对金属基板进行前处理，在金属基板上表面和下底面上分别形成前处理层一和前处理层二；
（2）形成水性底漆层：在前处理层一上预辊涂底漆6~10μm，预辊涂速度为15~25m/min，延长流平时间至20~60s，280~200℃下进行逆向阶梯降温加热50~100s，固化、冷却形成水性底漆层；
（3）形成水性有机瓷面漆层：在水性底漆层上继续进行预辊涂精涂面漆10~15μm，预辊涂速度为15~25m/min，延长流平时间至20~60s，于280~220℃下进行逆向阶梯降温加热50~100s，固化冷却形成水性有机瓷面漆层，继而完成水性有机瓷预辊涂金属彩板的涂装。
6.如权利要求5所述的一种水性有机瓷预辊涂金属彩板的制造方法，其特征在于：步骤（2）和步骤（3）中，所述的流平过程中，流平时间为20~60s；烘箱中风速为1~10m/s，风量为1800~3600m3/h；预辊涂速度为15~25m/min。
7.如权利要求5所述的一种水性有机瓷预辊涂金属彩板的制造方法，其特征在于：步骤（2）中，所述的水性底漆层的底漆为环氧、聚酯或聚氨酯树脂体系中的一种或多种的组合。
8.如权利要求7所述的一种水性有机瓷预辊涂金属彩板的制造方法，其特征在于：所述的底漆为聚氨酯树脂体系。
9.如权利要求5所述的一种水性有机瓷预辊涂金属彩板的制造方法，其特征在于：步骤（3）中，所述的面漆由基体树脂、溶剂、颜料及填料构成，基体树脂为多烷氧基硅烷与水性无机聚硅氧烷杂化形成的高分子合金；溶剂为水与低沸点有机物组成的低沸物，其中低沸点有机溶剂含量为5~15%；颜料及填料为三氧化二铁、云母粉、滑石粉、重晶石、钛酸钡中的一种，颜料、填料重量占面漆重量的10~30%，固体分达到55~65%。
10.如权利要求9所述的一种水性有机瓷预辊涂金属彩板的制造方法，其特征在于：所述的多烷氧基硅烷为含甲基、苯基、乙烯基的多烷氧基硅烷；所述的水性无机聚硅氧烷为溶解于水中的无机纳米二氧化硅溶胶；所述的低沸点有机物为乙醇、乙二醇、乙二醇丁醚、丙酮中一种或其中几种的组合。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
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| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| CB02 | Change of applicant information |
Address after: 312000 Cauchy Industrial Zone, Keqiao District, Zhejiang, Shaoxing Applicant after: WONDERFUL-WALL NEW MATERIALS Corp.,Ltd. Address before: 312000 Cauchy Industrial Zone in Zhejiang province Shaoxing city Keqiao District Jianhu Road No. 1858 Applicant before: Zhejiang Wonderful-Wall Building Materials Co.,Ltd. |
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| COR | Change of bibliographic data | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| CP01 | Change in the name or title of a patent holder | ||
| CP01 | Change in the name or title of a patent holder |
Address after: 312000 Kexi Industrial Zone, Keqiao District, Shaoxing City, Zhejiang Province Patentee after: Zhejiang Qianghuang New Materials Co.,Ltd. Address before: 312000 Kexi Industrial Zone, Keqiao District, Shaoxing City, Zhejiang Province Patentee before: WONDERFUL-WALL NEW MATERIALS Corp.,Ltd. |