CN1730519A - 一种彩色涂层钢板复合材及其使用的胶粘剂 - Google Patents

一种彩色涂层钢板复合材及其使用的胶粘剂 Download PDF

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Abstract

彩色涂层钢板复合材料，属于以钢板为基板的复合材料技术领域。以涂层钢板为基板，其特征在于涂层钢板的涂层面上复合聚酯薄膜，二者间为聚氨酯胶粘剂层，涂层钢板的厚度为0.1～2.5mm，聚酯薄膜的厚度为10～50um，胶粘剂层的厚度为3～30um。本发明还提供了该聚氨酯胶粘剂的制备方法。该彩色涂层钢板复合材料具有优异的力学性能，能够同时满足我国国家标准和欧盟WEEE & ROSH标准，替代现有出口产品，重量轻，厚度薄，该彩色涂层钢板复合材料所使用的胶粘剂对两粘合面具有极强的粘结力，粘合膜层的剪切强度高，与同性能的进口专用粘结剂相比可降低成本30－50％，还能够明显提高彩色涂层钢板复合材料的表面美观度。

Description

一种彩色涂层钢板复合材及其使用的胶粘剂
技术领域
本发明属于以钢板为基板的复合材料技术领域，尤其涉及一种满足国家标准和欧盟标准的电器用钢板覆膜复合材料。
背景技术
彩色涂层复合钢板或刚带PSS(Prepainted Steel Sheet)为电器等电子设备的外壳普遍采用的材料，建筑用墙板和建筑装饰用面板也大量采用该彩色涂层复合钢板或刚带。目前通用的复合成型彩钢板结构为聚酯/聚氯乙烯/胶粘剂/钢板，这种复合材料可以满足GB/T12754-1991《彩色涂层钢板及刚带》中规定的高强度杯突实验以及各种耐候性、耐疲劳实验测试要求。
生产此种彩色涂层钢板用复合粘结功能材料的厂商是德国汉高(HENKEL)集团公司和日本索尼(SONY)化学公司。其中的代表产品是日本索尼化学公司开发的工业用粘结剂SC-457，该粘结剂用单液烧结型的膜法将聚氯乙烯薄膜层和基板粘合在一起，粘结剂厚度大于5um。
2003年2月13日，欧盟公布了《废弃电气电子器具法令》和《限制使用电气电子部分含有的特定有害物质》(WEEE & ROSH)，对工业产品中的各种重金属的含量有严格要求。，这就要求在2006年1月前，我国国内彩色钢板加工和应用厂家必须采用含重金属达标或不含重金属的聚氯乙烯薄膜，或者生产和采用不含聚氯乙烯薄膜的彩色钢板及刚带以供出口。而彩色钢板及刚带复合材料中使用的聚氯乙烯薄膜在生产过程中无法避免的添加了少量的重金属添加剂，现有的德国汉高和日本索尼的粘结剂对钢板和聚酯薄膜直接复合后不能满足我国国家标准和欧盟WEEE & ROSH标准中关于杯突实验和各种剪切强度及其他性能实验的要求。
发明内容
本发明的目的是提供一种能够满足我国国家标准和欧盟WEEE & ROSH标准、厚度薄、重量轻的聚酯薄膜直接复合彩色涂层钢板及刚带，还提供了一种满足复合要求、粘结力强的用于该彩色涂层钢板及刚带复合的胶粘剂。
本发明采用的技术方案如下：
一种彩色涂层钢板复合材料，以涂层钢板为基板，其特征在于涂层钢板的涂层面上复合聚酯薄膜，二者间为聚氨酯胶粘剂层，涂层钢板的厚度为0.1～2.5mm，聚酯薄膜的厚度为10～50um，胶粘剂层的厚度为3～30um。
所述的涂层钢板为具有聚酯、硅改性聚酯、偏聚二氟乙烯或塑料溶胶涂层的冷轧钢板、热镀锌钢板、热镀铝锌钢板或电镀锌钢板。
所述的涂层钢板的涂层状态为涂覆层、轧花层或印花层。
所述的聚酯薄膜包括普通透明聚酯薄膜、消光聚酯薄膜、印刷聚酯薄膜、珠光聚酯薄膜和多层复合聚酯薄膜。
所述的聚酯薄膜的外层还粘贴有透明聚乙烯薄膜，聚乙烯薄膜的厚度为10～100um。
该聚氨酯胶粘剂为丙烯酸类改性接枝共聚得到的聚氨酯胶粘剂，其原料重量百分比组成为：
丙烯酸类单体：
              甲基丙烯酸甲酯       1～15％
              甲基丙烯酸羟丙酯     1～15％
              甲基丙烯酸丁酯       1～15％
增粘剂：
              对叔丁酚-甲醛树脂    1～15％
              萜烯树脂             1～15％
              双酚A环氧树脂        1～15％
              酚醛环氧树脂         1～15％
增塑剂：
              邻苯二甲酸二辛酯     1～15％
溶剂：
              乙二醇单甲醚         1～30％
              乙酸乙酯             1～30％
              甲苯                 1～30％
              二甲苯               1～30％
其它：
              二苯甲烷二异氰酸酯   1～15％
              甲苯二异氰酸酯       1～15％
              聚酯多元醇           1～25％
              三羟基甲级丙烷       1～15％
所述的聚酯多元醇的数均分子量为20,000～2,000,000。
本发明提供的彩色涂层钢板复合材料使用的胶粘剂的制备方法如下：按比例取定量的聚酯多元醇和三羟甲基丙烷在甲苯溶剂中溶解，加入二苯甲烷二异氰酸酯和甲苯二异氰酸酯在60～100℃条件下进行改性，检测-NCO的基团的质量百分比含量在1～10％范围内，再加入丙烯酸类单体，然后在60～100℃条件下加入含有过氧化物引发剂的乙二醇单甲醚溶剂反应2～10小时，降温加入增塑剂、增粘剂和其他溶剂混合均匀，即得到该聚氨酯胶粘剂。
所述的过氧化物引发剂为过氧化苯甲酰和过氧化新葵酸异丙苯酯。
本发明用彩色涂层钢板为基板，聚酯薄膜作外层，以透明聚氨酯胶粘剂作为中间粘结层，形成复合结构，通过各层结构的优化设计实现三层材料厚度的合理匹配。该聚氨酯胶粘剂形成的膜片与聚酯薄膜和钢板基板的剪切强度能达到30Mpa以上。钢板基板的涂层颜色有桔黄、奶黄、深天蓝、海蓝、绯红、砖红、象牙色、瓷蓝等等，基板涂层的涂层状态对聚氨酯胶粘剂的粘结力没有任何影响。
为了避免在后续加工过程中彩色涂层钢板复合材料的聚酯薄膜表面被损坏，在聚酯薄膜的外层还粘贴厚度为10～100um的透明聚乙烯薄膜。
本发明所使用的丙烯酸类改性接枝的聚氨酯胶粘剂的原料中，数均分子量为20,000～2,000,000的聚酯多元醇是以己二酸、间苯二甲酸、对苯二甲酸、1，4-丁二醇、乙二醇和1，2-丙二醇为原料采用常规工艺制备的。
本发明的有益效果在于，该彩色涂层钢板复合材料为聚酯薄膜/聚氨酯胶粘剂/彩色涂层钢板结构，具有优异的力学性能，能够同时满足我国国家标准和欧盟WEEE & ROSH标准，替代现有出口产品，并与现有产品相比重量轻，厚度薄，该彩色涂层钢板复合材料所使用的聚氨酯胶粘剂对两粘合面具有极强的粘结力，粘合膜层的剪切强度高，与同性能的进口专用粘结剂相比可降低成本30-50％，还能够明显提高彩色涂层钢板复合材料的表面美观度。
附图说明
下面结合附图和实施例对本实用新型作进一步的阐述。
图1是本实用新型实施例中彩色涂层钢板复合材料的放大剖面结构示意图；
图2是本实用新型另一实施例中彩色涂层钢板复合材料的放大剖面结构示意图。
具体实施方式
实施例1
1.胶粘剂的制备
在20Kg的甲苯溶剂中加入20Kg聚酯多元醇(PU-1001，北京高盟化工有限公司产)和0.5Kg的三羟甲基丙烷，在60℃的条件下溶解后加入1.5Kg二苯甲烷二异氰酸酯和2.5Kg甲苯二异氰酸酯，反应3小时进行扩链改性，检测-NCO的百分比含量为4.5％，降温至40℃，再加入甲基丙烯酸甲酯3Kg、甲基丙烯酸羟丙酯7Kg和甲基丙烯酸丁酯5Kg，在80℃条件下加入含有0.04Kg过氧化苯甲酰和0.01Kg过氧化新葵酸异丙苯酯的乙二醇单甲醚溶剂10Kg，反应4小时。依次加入对叔丁酚-甲醛树脂(#2042，常熟佳发化学有限责任公司产)2Kg，萜烯树脂(广东省德庆萜烯制品有限公司产)1.5Kg，双酚A环氧树脂(E-44，常熟佳发化学有限责任公司产)2.5Kg，酚醛环氧树脂(F-44，蓝星新材料无锡树脂厂产)1Kg，邻苯二甲酸二辛酯1.5Kg，乙酸乙酯15Kg，二甲苯7Kg，混合均匀，即得到该聚氨酯胶粘剂。
2.彩色涂层钢板复合材料的制备
取0.5mm厚的灰色聚酯漆面钢板作为基板，将25um厚的聚酯透明薄膜切割成150×400mm规格作为复合层，在基板带涂层的表面用25#刮棒涂敷上述步骤制备的聚氨酯胶粘剂，然后将涂胶基板在220℃的环境下100秒烘干溶剂，形成10um的干基胶膜后迅速复合，自然冷却得到聚酯薄膜/聚氨酯胶粘剂/基板结构的彩色涂层钢板复合材料PSS。
该彩色涂层钢板复合材料的剖面结构如图1，钢板基板2依次设置聚酯漆面层3、聚氨酯胶粘剂层4、聚酯透明薄膜5，钢板和聚酯漆面的厚度为0.5mm，聚氨酯胶粘剂层的厚度为10um，聚氨酯薄膜的厚度为25um。钢板基板的另一面还具有化学钝化处理层1。
对上述彩色涂层钢板复合材料的各项性能进行检测，检测结果见表一。
  表一  彩色涂层钢板复合材料的各项性能数据检测结果
  干基胶膜厚度(um)   6.5
  杯突实验(cm)   8.2
  剪切强度(Kg/cm)   40.0
  180°剥离强度(Kg/cm)   4.8
  盐雾实验   盐雾实验7天，表面无变化
  耐热性实验   100摄氏度水煮8小时无脱层
通过上述检测数据可以看出，本发明提供的彩色涂层钢板复合材料和所使用的胶粘剂具有优异的力学性能和耐高温性能，其各项检测指标均明显优于国家标准，由于复合材料中不含PVC薄膜层，其重金属指标也满足欧盟WEEE & ROSH标准，能够代替PSS类的中下游出口产品，有效避免外汇和出口损失。
实施例2
1.胶粘剂的制备
在10Kg的甲苯溶剂中加入25Kg聚酯多元醇(PU-1001，北京高盟化工有限公司产)和1Kg的三羟甲基丙烷，在80℃的条件下溶解后加入1Kg二苯甲烷二异氰酸酯和1Kg甲苯二异氰酸酯，反应3小时进行扩链改性，检测-NCO的百分比含量为4.5％，降温至40℃，再加入甲基丙烯酸甲酯1Kg、甲基丙烯酸羟丙酯15Kg和甲基丙烯酸丁酯1Kg，在100℃条件下加入含有0.01Kg过氧化苯甲酰和0.1Kg过氧化新葵酸异丙苯酯的乙二醇单甲醚溶剂2Kg，反应4小时。依次加入对叔丁酚-甲醛树脂(#2042，常熟佳发化学有限责任公司产)15Kg，萜烯树脂(广东省德庆萜烯制品有限公司产)1Kg，双酚A环氧树脂(E-44，常熟佳发化学有限责任公司产)5Kg，酚醛环氧树脂(F-44，蓝星新材料无锡树脂厂产)15Kg，邻苯二甲酸二辛酯1Kg，乙酸乙酯5Kg，二甲苯1Kg，混合均匀，即得到该聚氨酯胶粘剂。
2.涂层钢板复合材料的制备
取2.5mm厚的深天蓝塑料溶胶轧花面冷轧钢板作为基板，将50um厚的珠光聚酯透明薄膜切割成150×400mm规格作为复合层，在基板带涂层的表面用25#刮棒涂敷上述步骤制备的聚氨酯胶粘剂，然后将涂胶基板在220℃的环境下100秒烘干溶剂，形成20um左右的干基胶膜后迅速复合，自然冷却得到聚酯薄膜/聚氨酯胶粘剂/基板结构的彩色涂层钢板复合材料PSS。经检测，该彩色涂层钢板复合材料的各项性能指标符合国家标准和欧盟WEEE & ROSH标准。
该彩色涂层钢板复合材料的剖面结构如图2，冷轧钢板2基板上涂敷有深天蓝塑料溶胶轧花面层3，其上依次复合聚氨酯胶粘剂层4、珠光聚酯透明薄膜5，为了防止珠光聚酯透明薄膜在加工的过程中划伤，在珠光聚酯透明薄膜外采用粘贴工艺复合聚乙烯薄膜6，聚乙烯薄膜的厚度为60um。
实施例3
1.胶粘剂的制备
在5Kg的甲苯溶剂中加入4Kg聚酯多元醇和3Kg的三羟甲基丙烷，在60℃的条件下溶解后加入15Kg二苯甲烷二异氰酸酯和5Kg甲苯二异氰酸酯，反应3小时进行扩链改性，检测-NCO的百分比含量为4.5％，降温至40℃，再加入甲基丙烯酸甲酯5Kg、甲基丙烯酸羟丙酯6Kg和甲基丙烯酸丁酯15Kg，在60℃条件下加入含有0.005Kg过氧化苯甲酰和0.05Kg过氧化新葵酸异丙苯酯的乙二醇单甲醚溶剂1Kg，反应4小时。依次加入对叔丁酚-甲醛树脂1Kg，萜烯树脂10Kg，双酚A环氧树脂1Kg，酚醛环氧树脂4Kg，邻苯二甲酸二辛酯15Kg，乙酸乙酯1Kg，二甲苯10Kg，混合均匀，即得到该聚氨酯胶粘剂。
2.彩色涂层钢板复合材料的制备
取0.1mm厚的偏聚二氟乙烯印花面电镀锌钢板作为基板，将10um厚的消光聚酯透明薄膜切割成150×400mm规格作为复合层，在基板带涂层的表面用25#刮棒涂敷上述步骤制备的聚氨酯胶粘剂，然后将涂胶基板在220℃的环境下100秒烘干溶剂，形成3um左右的干基胶膜后迅速复合，自然冷却得到聚酯薄膜/聚氨酯胶粘剂/基板结构的彩色涂层钢板复合材料PSS。经检测，该彩色涂层钢板复合材料的各项性能指标符合国家标准和欧盟WEEE & ROSH标准。
实施例4
1.胶粘剂的制备
在1Kg的甲苯溶剂中加入1Kg聚酯多元醇和1Kg的三羟甲基丙烷，在70℃的条件下溶解后加入6Kg二苯甲烷二异氰酸酯和15Kg甲苯二异氰酸酯，反应3小时进行扩链改性，检测-NCO的百分比含量为4.5％，降温至40℃，再加入甲基丙烯酸甲酯15Kg、甲基丙烯酸羟丙酯3Kg和甲基丙烯酸丁酯7Kg，在80℃条件下加入含有0.1Kg过氧化苯甲酰和0.001Kg过氧化新葵酸异丙苯酯的乙二醇单甲醚溶剂4Kg，反应4小时。依次加入对叔丁酚-甲醛树脂5Kg，萜烯树脂15Kg，双酚A环氧树脂15Kg，酚醛环氧树脂1Kg，邻苯二甲酸二辛酯4Kg，乙酸乙酯3Kg，二甲苯4Kg，混合均匀，即得到该聚氨酯胶粘剂。
2.彩色涂层钢板复合材料的制备
取2.01mm厚的桔黄色硅改性聚酯轧花面热镀铝锌钢板作为基板，将40um厚的三层复合聚酯透明薄膜切割成150×400mm规格作为复合层，在基板带涂层的表面用25#刮棒涂敷上述步骤制备的聚氨酯胶粘剂，然后将涂胶基板在220℃的环境下100秒烘干溶剂，形成30um左右的干基胶膜后迅速复合，自然冷却得到聚酯薄膜/聚氨酯胶粘剂/基板结构的彩色涂层钢板复合材料PSS。经检测，该彩色涂层钢板复合材料的各项性能指标符合国家标准和欧盟WEEE & ROSH标准。

Claims (8)

1.一种彩色涂层钢板复合材料，以涂层钢板为基板，其特征在于涂层钢板的涂层面上复合聚酯薄膜，二者间为聚氨酯胶粘剂层，涂层钢板的厚度为0.1～2.5mm，聚酯薄膜的厚度为10～50um，胶粘剂层的厚度为3～30um。
2.根据权利要求1所述的彩色涂层钢板复合材料，其特征在于所述的涂层钢板为具有聚酯、硅改性聚酯、偏聚二氟乙烯或塑料溶胶涂层的冷轧钢板、热镀锌钢板、热镀铝锌钢板或电镀锌钢板。
3.根据权利要求2所述的彩色涂层钢板复合材料，其特征在于所述的涂层钢板的涂层状态为涂覆层、轧花层或印花层。
4.根据权利要求1所述的彩色涂层钢板复合材料，其特征在于所述的聚酯薄膜包括普通透明聚酯薄膜、消光聚酯薄膜、印刷聚酯薄膜、珠光聚酯薄膜和多层复合聚酯薄膜。
5.根据权利要求1所述的彩色涂层钢板复合材料，其特征在于所述的聚酯薄膜的外层还粘贴有透明聚乙烯薄膜，聚乙烯薄膜的厚度为10～100um。
6.权利要求1所述的彩色涂层钢板复合材料使用的胶粘剂，其特征在于该聚氨酯胶粘剂为丙烯酸类改性接枝共聚得到的聚氨酯胶粘剂，其原料重量百分比组成为：
丙烯酸类单体：
              甲基丙烯酸甲酯      1～15％
              甲基丙烯酸羟丙酯    1～15％
              甲基丙烯酸丁酯      1～15％
增粘剂：
              对叔丁酚—甲醛树脂  1～15％
              萜烯树脂            1～15％
              双酚A环氧树脂       1～15％
              酚醛环氧树脂        1～15％
增塑剂：
              邻苯二甲酸二辛酯    1～15％
溶剂：
              乙二醇单甲醚        1～30％
              乙酸乙酯            1～30％
              甲苯                1～30％
              二甲苯              1～30％
其它：
            二苯甲烷二异氰酸酯  1～15％
            甲苯二异氰酸酯      1～15％
            聚酯多元醇          1～25％
            三羟基甲级丙烷      1～15％
所述的聚酯多元醇的数均分子量为20,000～2,000,000。
7.根据权利要求1和6所述的彩色涂层钢板复合材料使用的胶粘剂，其特征在于制备方法如下：按比例取定量的聚酯多元醇和三羟甲基丙烷在甲苯溶剂中溶解，加入二苯甲烷二异氰酸酯和甲苯二异氰酸酯在60～100℃条件下进行改性，检测-NCO基团的质量百分比含量在1～10％范围内，再加入丙烯酸类单体，然后在60～100℃条件下加入含有过氧化物引发剂的乙二醇单甲醚溶剂反应2～10小时，降温加入增塑剂、增粘剂和其他溶剂混合均匀，即得到该聚氨酯胶粘剂。
8.根据权利要求7所述的彩色涂层钢板复合材料使用的胶粘剂的制备方法，其特征在于所述的过氧化物引发剂为过氧化苯甲酰和过氧化新葵酸异丙苯酯。
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