CN109453968A

CN109453968A - 一种耐候超韧表面涂覆塑料的金属装饰板

Info

Publication number: CN109453968A
Application number: CN201811298014.0A
Authority: CN
Inventors: 王铁男
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2018-11-02
Filing date: 2018-11-02
Publication date: 2019-03-12

Abstract

一种耐候超韧表面涂覆塑料的金属装饰板，涉及一种金属装饰板基材，本发明金属装饰板的制备包括金属板喷前处理工艺，混合配制含氟聚酯粉末涂料，然后进行喷塑涂装，将前处理完的片状金属基板置于悬挂输送链上喷涂并固化；将喷好并固化后整张的装饰板进行后续检验及漆面封膜处理。本发明针对影响金属表面喷涂塑料的工艺、参数、板材前处理，以及涂料的配比等因素，设计了产品附着力、耐冲击强度以及耐候性比较突出的表面涂覆塑料的金属板基材产品。将支链含有十六氟壬基链段的含氟聚酯与固化剂、填料、助剂等相混合制备了含氟聚酯粉末涂料，提高了聚酯粉末涂料装饰板的疏水疏油性、韧性以及大幅提高了装饰板用在户外环境下的寿命。

Description

一种耐候超韧表面涂覆塑料的金属装饰板

技术领域

本发明涉及一种金属装饰板材，特别是涉及一种耐候超韧表面涂覆塑料的金属装饰板。

背景技术

目前，金属装饰板广泛用于室内外装饰工程，门面，地弹门，平开门，各型橱窗，隔断，商场设施，广告牌，建筑外立面等。金属装饰板结构简单轻便，表面颜色可以根据需要定制，同时表层耐腐蚀性较差。

现有的金属装饰板有碳素钢表面镀铝或镀锌板；还有碳素钢板表面喷涂塑料的塑料喷涂板，这种板材表面涂膜丰满，颜色各异，广泛应用在各种装饰型材场所，但由于二次加工成型等工序过程中需冲压、刨槽或是裁剪、折弯等，往往容易造成喷涂塑料的板材，在二次加工中开裂或因为涂层的耐加工性能较差，导致部分边缘涂层结构损坏金属暴露在外，在使用中容易受到腐蚀，并影响整体金属装饰板的使用效果和整体强度。

金属表面喷涂塑料的应用技术是国家重点推广的节能环保技术，改变了溶剂型油漆的挥发污染和金属表面前处理中产生的处理液污染，利用静电粉末涂覆方法将热固性塑料涂敷在金属表面。而表面涂覆塑料的金属板作为基础母材非常关键，直接影响二次加工和推广使用效果。

比如，影响喷涂产品附着力、耐冲击强度以及耐候性等指标，包括喷涂的工艺过程、喷涂参数的选择，还有板材前处理的效果，以及涂料的原料选择、配比等。这些因素构成了金属板涂膜的物理化学性能，影响涂膜的耐加工性。可见，从喷涂工艺到塑料粉末的配制整个环节来设计出一种高质量表面涂覆塑料的金属板意义重大，有非常重要的迫切性。

其中聚酯粉末涂料涂装在金属板上近年被广泛应用于隔离墩、高速公路护栏、户外变压器、汽车、交通标志等方面，是一种重要的用于户外的耐候性粉末涂料，因此，对其的要求也越来越高。聚酯粉末用在户外时，常会受到凝露、湿度、雨雪、紫外光等气候因素的影响导致涂膜的力学性能下降，出现裂缝和脆化；同时，水也会扩散进聚酯粉末涂料的涂膜中使聚酯树脂的酯基发生水解，从而降低涂膜的使用寿命，影响涂膜的性能。除此之外，聚酯粉末涂料的耐久性和耐化学药品性也有待进一步改善。

1976年，Funke将自分层的概念引入到粉末涂料中，并着重研究了两种不相容的高聚物粉末混合物，研究结果发现其在固化时自发的分成两层，低表面能的组分会逐渐向外迁移。相对于其他组分，含氟聚合物具有相对较低的表面张力，因而氟碳链段更容易向涂膜表面迁移而形成富集。因此只需要在粉末涂料中引入少量的氟，通过氟碳链段的表面富集就可以大幅度提高涂膜的疏水疏油性和耐酸碱性。同时引入增韧剂及硅烷偶联剂预先对填料和聚酯进行表面处理，改善填料在树脂中的分散性及粘合力，大幅增加无机填料与聚酯的相容性，且少量的氟主要富集在涂膜表面并未对涂膜与基材的附着力造成影响。

近年来，含氟聚合物以其突出的性能，常被应用于涂料中来提高涂膜的疏水疏油性和耐酸碱性。氟具有特殊的物理化学性质，如氟原子半径与分子C-F键的极化率极小，因此含氟聚合物分子内部结构相对致密，显示出了低表面张力和疏水疏油等特殊的表面性能。同时氟碳键键能高达487.6kj/moL，故其在受光能热能作用时难以断裂。所以含氟聚合物显示出优异的耐化学药品性、耐候性和耐久性，因此可利用含氟聚合物低表面张力等特殊性能，制备疏水疏油性能良好的涂膜。但由于含氟单体的价格高，故以其均聚物作为粉末涂料基料时，涂料成本极高。同时由于含氟聚合物的特殊性质，含氟涂料与基材的作用力小，附着力较差，涂层强度较低，这样就很大程度的限制了含氟涂料的应用。因此需要采用特殊助剂或含氟聚合物与聚脂进行共混、共聚改性来制备含氟涂料，从而获得高机械性能、高耐候性能的装饰金属板。

中国专利公开了一种金属表面喷涂保护层的方法申请号：201310614368.2 申请日：2013-11-28；该申请提出通过原料混合、金属预处理、涂料固化、喷涂、干燥方法；该方法包括原料有机和无机材料，超声波清洗金属材料，真空吸附涂覆等工艺过程将金属表面涂覆一层保护层；使得五金制品表面更具装饰性；其方法应用于成品的五金制品，工艺、材料均不宜于工业化应用。

中国专利公开了一种金属基材表面用特氟龙塑料薄膜申请号201510127633.3申请日：2015-03-24；公开了，包括金属基材及涂覆在金属基材上面的特氟龙塑料薄膜层，所述特氟龙塑料薄膜层由如下重量份的原料组成：聚四氟乙烯-六氟丙烯共聚物45-55份、碳酸铵0.5～1.5份、浓缩剂5-8份、稳定剂1.5～2.5份、抗氧化剂0.5～1.5份、其余为去离子水，还公开了特氟龙塑料薄膜的制备方法。步骤：（1）特氟龙塑料悬浮液制备，用分散发制得聚四氟乙烯 - 六氟丙烯共聚物含量为 15% 的水分散液中，加入 0.95 份碳酸铵、7.5份聚氧乙烯辛烷基酚醚、1.8 份硬脂酸盐后搅拌均匀，然后加热至浊点 60 ～ 70℃使之浓缩，然后添加 0.85 份抗氧化剂，搅拌均匀后静至 45 ～ 60min, 静至分层；（2）分离出上层清液，使用水和 7.5 份聚氧乙烯辛烷基酚醚调整下层浓液的浓度为 75%，既得聚四氟乙烯 - 六氟丙烯悬浮液；（3）将悬浮液采用喷涂法喷涂到金属基材上，既得特氟龙塑料薄膜层。通过上述方式，被涂覆后的金属具有良好的耐磨性、抗磷酸腐蚀作用，同时该薄膜具有较高的剪切强度及韧性。可见其为液态状涂覆方法。

还有中国专利公开了热固化型防静电涂覆剂及其固化覆膜、塑料膜；申请号：201610330792.8 申请日：2016-05-18；该申请可在塑料膜的表面形成即使在高电压下也能抑制表面电阻率升高且经时性变化少的固化覆膜的新的热固化型防静电涂覆剂及其固化覆膜、塑料膜。该热固化型防静电涂覆剂含有含羧酸根阴离子基团的丙烯酸类共聚物(A)、固化剂(B)、π共轭系导电性聚合物(C)和导电性无机填料(D)。

该申请热固化型防静电涂覆剂作为防静电的溶剂添加剂配比在塑料固化覆膜中，功能性的抑制涂膜表面电阻率升高。

上述专利文献公开了塑料涂装领域不同的几种技术方案，没有金属表面涂覆塑料基础板材的制备技术，特别是没有从板材开卷加工、喷塑到装箱，制备一种高质量金属喷涂塑料装饰板基材产品，没有作为应用于各领域做深加工用金属涂覆塑料装饰板母材的介绍，完整生产加工此类产品全过程质量环节的技术目前尚有所缺失。因此，制备一种高质量的金属表面涂覆塑料的装饰板基材，以满足市场的需要是非常有意义的。

发明内容

本发明的目的在于提供一种耐候超韧表面涂覆塑料的金属装饰板，本发明针对影响金属表面喷涂塑料的工艺、参数、板材前处理，以及涂料的配比等因素，设计了产品附着力、耐冲击强度以及耐候性比较突出的表面涂覆塑料的金属板基材产品。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

一种耐候超韧表面涂覆塑料的金属装饰板，所述该涂覆塑料的金属板由以下工艺制备的：

（1）金属板喷前处理工艺，碳素钢板成卷碳钢板材通过开卷机、校平机、横剪机将热轧卷板经过开卷、校平、剪切工序后成为所需长度和宽度的平整无弯曲的基板板材；对基板板材进行砂光；砂光机配置板材跑偏和压力检测装置，以及润滑、冷却和冲洗砂带的切削液循环装置；

（2）混合制备含氟聚酯粉末涂料，将支链为十六氟壬基的含氟聚酯(HFPE) 与沉淀硫酸钡BaSo4、固化剂TGIC 、流平剂BYK-361N、润湿流平剂BYK-220S、聚乙烯醇缩丁醛，硅烷偶联剂等原料混合后，在熔融挤出机中100℃熔融混合挤出，然后出料、粉碎，用空气分级磨（ACM）进行筛分制粉；测得粉中氟含量为 0.50 wt%，聚酯树脂为线型饱和梭基聚酯，酸值范围为30-40，TGIC熔点范围90-110℃，环氧当量<110，挤出机转速50rotor/min，粉末涂料颗粒粒径控制在200-300目细度即可；

（3）对处理后的金属基板进行喷塑涂装，将前处理完的片状金属基板置于悬挂输送链上喷涂并固化；喷涂工艺的条件选定为：静电喷涂电压40-60kv、压缩空气压力0.6MPa、固化温度200℃、固化时间20min为最佳喷涂工艺条件；悬挂链走行速率选定运行线速为4.5-5.5m/min；

（4）将喷好并固化后整张的装饰板进行后续检验及漆面封膜处理。

所述的一种耐候超韧表面涂覆塑料的金属板，所述基板板材裁剪加工的运转辊设备安装有四对对射式光电传感器，调整板材运行精度。

所述的一种耐候超韧表面涂覆塑料的金属装饰板，所述基板板材砂光工艺中选择粗磨段的砂带粒度为60粒，精磨段的砂带粒度为200粒，中间段分别为80粒、120粒。

所述的一种耐候超韧表面涂覆塑料的金属装饰板，所述砂带磨砂时板材接触面喷注的切削液浓度为1.5%。

所述的一种耐候超韧表面涂覆塑料的金属装饰板，所述含氟聚酯粉末涂料各原料的重量组份为：支链为十六氟壬基的含氟聚酯(HFPE) 84份与沉淀硫酸钡BaSo4 4.5份、固化剂TGIC 6.2份、流平剂BYK-361N 2.8份、润湿流平剂BYK-220S 1.2份、聚乙烯醇缩丁醛0.8份，硅烷偶联剂0.5份。

所述的一种耐候超韧表面涂覆塑料的金属装饰板，所述上述工艺（3）喷涂环境场所空气的相对湿度不高于85%。

本发明的优点与效果是：

1.本发明将支链含有十六氟壬基链段的含氟聚酯与固化剂、填料、助剂等相混合制备了含氟聚酯粉末涂料，提高了聚酯粉末涂料装饰板的疏水疏油性、韧性以及大幅提高了金属装饰板用在户外环境下的寿命。同时，确立了与聚酯粉末涂料相配的最佳喷涂工艺条件，提高了金属表面涂覆塑料产品的工业化应用效果，对金属表面喷涂塑料装饰板基材的应用开拓了新的领域。

2.本发明作为工业化装饰钢板产品，其表面涂层具有超强耐加工性，以及具有陶瓷般丰满涂层和超强的耐候性能，可广泛作为机械设备的壳体及工业设施的钣金加工产品，或者用于建筑工程等装饰场所。

附图说明

图1为碳素钢金属基材前处理前的钢板表面照片；

图2为碳素钢金属基材砂光处理后的钢板表面照片。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明进行详细说明。

本发明一种耐候超韧表面涂覆塑料的金属装饰板，将金属板基材表面涂装装饰层并敷以保护膜层后制备成装饰板产品。

首先，碳素钢板经冶炼、热轧、拉矫、光整、卷曲等工序制作金属装饰板成卷基材；成卷碳钢板材通过开卷机、校平机、横剪机将热轧卷板经过开卷、校平、剪切工序后成为所需长度和宽度的平整无弯曲的基板板材；然后采用毛化砂光轧辊设备对基板进行毛化砂光；开卷、校平、夹送电机均使用由变频器控制的普通三相异步电动机，运转过程中，由于加压后辊子存在变形以及各工序阻力不同等原因，板材线速度不能与主速度完全保持一致，影响剪切精度，因此，在工序之间，增加了缓冲带，安装了四对对射式光电传感器，用于检测工序间板材裕量，开机前，保证板材在缓冲区内能挡住传感器，正常运行时，若板材裕量超过上限，增加缓冲带后道电机的运行频率，若板材裕量超过下限则减小缓冲带后道电机的运行频率，使得板材在两个缓冲区有一定宽裕量。

然后将剪切成规定长度的板材进行平整轧制并进行砂光，板材砂光毛化工艺能除去板材表面的辊印、细小的缺陷、杂质，是连接半成品和成品板材加工必要的工艺，直接影响到产品质量；砂光时完成板材喷塑面的磨削，砂光操作时，由辊面做包胶处理的主动轮带动砂带进行磨削，由气缸驱动张紧辊为砂带提供张力，防止打滑。其余附属装置包括板材跑偏和压力检测装置，以及润滑、冷却和冲洗砂带的切削液循环装置作为必不可少的辅助装置保证板材杀光处理的质量。砂带粒度将粗磨段的砂带粒度为60粒，精磨段的砂带粒度为200粒，中间段分别为80粒、120粒；砂带磨砂时板材接触面喷注切削液，切削液选择中石化生产的型号为M1083的全合成型水基金属加工液，切削液浓度为1.5%，浓度配比时让切削液充分溶解到水中。

进行砂光毛化处理的金属板材，在板材的表面除了形成一定的粗糙度磨痕外，对金属板表面的油污等也进行了清理，可以明显提高涂层板材的“挂浆”能力、改善板面对涂层的附着力以及涂层表面的漆膜清晰度。比普通的化学磷化钝化处理和一般的人工除油除锈处理效果明显。

然后要进行聚酯粉末涂料的选用及配制。聚酯粉末涂料中引入少量的氟可明显提高固化膜耐沸水、耐酸碱性能，同时引入增韧剂及硅烷偶联剂等助剂，从而获得高附着力、高机械性能、高耐候性能的超耐候、超韧性聚酯粉末涂料。

在聚酯粉末涂料中引入少量的氟可明显提高固化膜耐沸水、耐酸碱性能，可极大增强金属装饰板对户外环境的抵抗性。在邻苯二甲酸酐-环氧氯丙烷的反应体系中加入十六氟庚基缩水甘油醚(DFGE)来合成支链含有含氟聚酯(TFPE)和支链含有十六氟庚基链段的含氟聚酯(DFPE)，再分别与填料、固化剂、流平剂、增韧剂、固化催化剂、附着力促进剂等混合可制备成具有高疏水、高疏油、高机械性能的含氟聚酯粉末涂料。

配制时，将支链为十六氟壬基的含氟聚酯(HFPE) 与沉淀硫酸钡BaSo4、固化剂TGIC 、流平剂BYK-361N、润湿流平剂BYK-220S、聚乙烯醇缩丁醛，硅烷偶联剂等原料混合后，在熔融挤出机中100℃熔融混合挤出，然后出料、粉碎，用空气分级磨（ACM）进行筛分制粉。测得粉中氟含量为 0.50 wt%，聚酯树脂为线型饱和梭基聚酯，酸值范围为30-40，TGIC熔点范围90-110℃，环氧当量<110，挤出机转速50rotor/min，粉末涂料颗粒粒径控制在200-300目细度即可。

上述配料各原料的重量组份为：支链为十六氟壬基的含氟聚酯(HFPE) 84份与沉淀硫酸钡BaSo4 4.5份、固化剂TGIC 6.2份、流平剂BYK-361N 2.8份、润湿流平剂BYK-220S1.2份、聚乙烯醇缩丁醛0.8份，硅烷偶联剂0.5份；

十六氟壬基链段的含氟聚酯为其原料制备含氟聚酯粉末涂料固化成膜后，固化膜表面对水和二碘甲烷的接触角随着氟含量的增加先增大后不变，接触角最大值可分别达到108°和69°，说明粉末涂料中引用氟原子可成功制备出疏水疏油性能良好的含氟聚酯粉末涂料。对固化膜进行性能测试，测试结果表明少量氟的引入可提高固化膜的耐酸碱性、耐沸水性及耐污染性，由于引入的氟含量较小，对固化膜的铅笔硬度及附着力没有明显的影响。

接下来对处理后的金属基板进行喷塑涂装。

将前处理完的片状金属基板置于悬挂输送链上，悬挂于粉末静电喷涂室内，由固定喷枪或活动喷枪将200-300目细度的聚酯粉末喷出悬浮在喷涂室内，粉末呈悬浮带电状，被静电吸附到金属基板上；然后经输送链送至固化炉中高温固化。

上述喷涂工艺的条件选定为：静电喷涂电压40-60kv、压缩空气压力0.6MPa、固化温度200℃、固化时间20min为最佳喷涂工艺条件。

悬挂链走行速率影响的是烘烤时间，悬挂链速率的不同将造成工件在固化炉内停留时间的不同，从而影响到固化成膜的效果。根据现场情况选定喷涂线运行线速为4.5-5.5m/min能满足板材涂层厚度及含氟聚酯粉末涂料固化的最佳工艺条件。

喷涂环境空气的干湿度也必须给予重视，环境湿度也是影响粉末涂料喷涂的重要工艺参数，相对湿度每变化30%，相当于粉末的电阻率下降两个数量级；喷粉房应该安装除湿空调，喷涂现场空气的相对湿度应不高于85%。喷粉的压缩空气装置应配有气水分离装置，防止粉末受潮，影响喷涂效果。板材与挂具都要求导电性好。当挂具使用一段时间后，其表面经过多次喷涂漆膜越来越厚，导电性下降，必须定期对挂具进行脱漆处理，否则，会影响工件的静电喷涂效果，导致漆膜性能下降。

以上可见，金属装饰板的粉末涂膜质量，包括粉末涂料的性能和静电喷涂工艺。选择或配制具有性能优异的粉末涂料，又具备严谨的静电喷涂工艺，才能得到高质量的耐候超韧表面涂覆塑料的金属板。

喷好并固化后整张的装饰板还需要进行后续检验及漆面封膜处理。

样块检验方法：用静电喷枪将所制备含氟聚酯粉末涂料喷涂在经过前处理的100mmx50 mmx0.5 mm的样片上，180 ℃固化20 min进行固化膜附着力测定：固化膜的附着力测定依据GB/T9286-1988标准进行。

进行固化膜耐酸碱性能测定：固化膜耐酸性能测定按GB/T9274-1988中甲法(浸泡法)进行。如固化膜表面未出现掉粉、起泡、剥落、开裂、明显变色和失光等现象，则可评为“无异常”，如出现了以上现象，则按GB/T1766-1995中的相关规定进行描述。

进行固化膜耐碱性能测定：固化膜耐碱性能测定按GB/T9274-1988中甲法(浸泡法)进行。如固化膜表面未出现掉粉、起泡、剥落、开裂、明显变色和失光等现象，则可评为“无异常”，如出现了以上现象，则按GB/T1766-1995中的相关规定进行描述。

进行固化膜耐沸水性能测定：固化膜耐沸水性能测定按GB/T1733-1993中乙法的规定进行。如固化膜表面未出现掉粉、起泡、剥落、开裂、明显变色和失光等现象，则可评为“无异常”，如出现以上现象，则按GB/T1766-1995中的相关规定进行描述。

固化膜铅笔硬度测定：固化膜铅笔硬度测定按GB/T6739-1996涂膜硬度铅笔测定法进行。如有两道或两道以上固化膜未被擦伤，则换用前一位硬度标号的铅笔进行相同的实验，直至找出固化膜被擦伤两道或两道以上的铅笔，记下此时的硬度标号的后一位硬度标号为固化膜的铅笔硬度。

上述涂装而成的金属装饰板经批量检验合格后，将整张板涂层面进行封膜保护，保护塑料漆层在运输或二次加工中不被刮伤。然后即可按等级包装出厂。

Claims

1.一种耐候超韧表面涂覆塑料的金属装饰板，其特征在于，所述该涂覆塑料的金属装饰板由以下工艺制备的：

2.根据权利要求1所述的一种耐候超韧表面涂覆塑料的金属装饰板，其特征在于，所述基板板材裁剪加工的运转辊设备安装有四对对射式光电传感器，调整板材运行精度。

3.根据权利要求1所述的一种耐候超韧表面涂覆塑料的金属装饰板，其特征在于，所述基板板材砂光工艺中选择粗磨段的砂带粒度为60粒，精磨段的砂带粒度为200粒，中间段分别为80粒、120粒。

4.根据权利要求1所述的一种耐候超韧表面涂覆塑料的金属装饰板，其特征在于，所述砂带磨砂时板材接触面喷注的切削液浓度为1.5%。

5.根据权利要求1所述的一种耐候超韧表面涂覆塑料的金属装饰板，其特征在于，所述含氟聚酯粉末涂料各原料的重量组份为：支链为十六氟壬基的含氟聚酯(HFPE) 84份与沉淀硫酸钡BaSo4 4.5份、固化剂TGIC 6.2份、流平剂BYK-361N 2.8份、润湿流平剂BYK-220S1.2份、聚乙烯醇缩丁醛0.8份，硅烷偶联剂0.5份。

6.根据权利要求1所述的一种耐候超韧表面涂覆塑料的金属装饰板，其特征在于，所述上述工艺（3）喷涂环境场所空气的相对湿度不高于85%。