新型金属包装环保预涂装涂料

     传统的金属包装生产材料多采用冷轧薄钢板、热轧薄钢板或镀锌薄钢板等，在钢桶生产过程中必不可少的要进行钢桶的表面处理、涂漆、烘干等工艺过程，不仅成本高，而且质量难以保证，环境污染也较为严重。为了环境保护和降低成本，国外先进技术是把钢卷板原料进行统一的预涂装，金属包装厂用预涂后的钢卷板直接制造包装物，不用后道涂装，大大简化了钢桶等金属包装物的生产过程。
　　
　　预涂钢卷板是将成卷的薄钢板涂上涂料后，以成卷或单张为单位提供给金属包装厂用来直接投入生产的钢板，而不需再进行涂装。底材钢板一般用0.2~2.0mm厚的钢板卷材，最大宽度可达2m。主要是冷轧钢板、热镀锌或电镀锌钢板等。
　　
　　金属包装用预涂卷材涂料必须满足预涂卷材的生产工艺及钢桶加工使用两方面的特点。
　　
　　生产工艺是快速辊涂施工，为保证漆膜厚度及流平性，故要求有一定的施工粘度。溶剂型涂料以40~150s（涂-4杯）为宜，水性涂料以28~35s为宜。辊涂时涂漆辊与底板行进速度不同，各辊间速度也不同，以全逆式三辊涂装机为例，如底板行进速度为+100%，则涂漆辊为-120%，提漆辊为-140%，控制辊为-10%。由于速度差大，它们间的涂料受到很大的剪切力。这就要求涂料没有或只有很小的假塑性。即涂料粘度不受或很少受剪切力的影响。否则涂料粘度随所受剪切力的增加而明显下降，就会使辊上附着不住所要求的涂料量。
　　
　　在生产线上，底板行进速度很快，由于不能有支撑，烘炉又不能太长（50m左右），涂料在炉内烘烤时间很短，就要求涂料在底板温度260℃以下30~60秒内完全固化。另外涂漆后的晾干时间很短，辊涂机至烘炉入口只有十几米远，以底板速度40m/min、距离15米计算，晾干时间只有22秒半。所以要选用挥发速度合适的溶剂，以免起泡、产生针孔及海参平性不好。常用的是醇醚类、酮醇类及高沸点芳烃等溶剂。
　　
　　从对漆膜性能的要求看，涂层只有底、面漆各一道。底漆应有好的防蚀性及对底材和面漆的附着力，面漆应有好的遮盖力和装饰性。还要求在钢桶加工成型时漆膜不开裂不脱落，并在装配、运输及使用时能耐碰撞和划伤。即漆膜要同时具有较好的柔韧性及硬度，还要有优异的耐候性和防腐蚀性。
　　
　　现将最新环保型包装预涂装涂料分述如下。
　　
　　（一）底漆
　　
　　底漆漆膜较薄，一般为5~10μm。除了需具备良好的机械性能外，还应具有优异的防腐蚀性。另一方面，底漆漆膜起着提高面漆漆膜附着力的作用，特别是对那些和钢板底材附着较差的面漆漆膜。因此要求底漆漆膜不但和底材而且和面漆漆膜都具有良好的附着力。预涂卷材中用得最多的底漆是环氧类，其他还有聚酯类、聚氨酯类等。也可以采用电泳涂装底漆。
　　
　　1、环氧底漆类
　　
　　环氧树脂漆是一种很好的金属防腐蚀底漆。对底材钢板和某些面漆的附着都很好，并有优良的柔韧性及加工成型性，因而广泛用作预涂卷材的底漆。
　　
　　用于预涂卷材环氧底漆中的环氧树脂一般是高分子量的，其分子量为10,000~300,000。因为低分子量的环氧树脂不能获得充分的耐腐蚀性及耐划痕性。交联剂可采用氨基树脂或多异氰酸酯。用氨基树脂作交联剂的环氧底漆之耐腐蚀性要优于以多异氰酸酯作交联剂的环氧底漆，但前者的机械性能要比后者差。因此，交联剂的选择应根据性能要求及成本等综合考虑。

2、电沉积漆
　　
　　电沉积施工方法作为有机涂料涂装于钢板底材上的工业化方法已有20多年的历史了。因为电沉积的湿膜固体含量大于95%，所以面漆可以用辊涂法直接涂在未固化的底漆漆膜上，然后这两道涂层一起通过烘炉而同时固化。
　　
　　在预涂卷材生产线上可能电沉积时间为5秒，甚至不到5秒，因此在预涂卷材生产线上电沉积需要高电流密度。
　　
　　预涂卷材电沉积底漆的基料有采用顺酐化油树脂、酚醛改性醇酸树脂、环氧改性醇酸树脂、丙烯酸树脂和聚酯树脂等。在以这些树脂配制的电沉积漆中，有一个共同的特点，即在水溶性高分子化合物中加入水溶性铬化合物，以提高漆膜的防腐蚀性和耐久性。
　　
　　（二）面漆
　　
　　用于预涂卷材面漆的树脂品种繁多。最早使用醇酸涂料，由于其性能不佳，不久即被氨基醇酸涂料取代，后来又使用过有机溶胶、塑溶胶、聚酯及热固型丙烯酸涂料；接着又采用了有机硅改性聚酯涂料和有机硅改性丙烯酸涂料，提高了漆膜的户外耐久性；还有耐久性极好的含氟树脂涂料，也曾被大量使用。近年来，环境保护和节省能源的要求日益严格，促进了水性预涂涂料的发展。
　　
　　世界各国预涂卷材生产中各类涂料用量比例并不相同。今后，丙烯酸、溶液型乙烯树脂和氨基醇酸树脂等有下降的趋势，而有机硅改性聚酯、聚酯、氟树脂及聚氯乙烯溶液胶有增长的趋势。尤其是聚酯，目前美国生产量较大。
　　
　　选择预涂卷材面漆品种时，首先必须考虑：⑴钢桶的室外用途；⑵耐久性需多少年；⑶钢桶加工成型的方法及程度；⑷有无其他的特殊性能要求（如需内涂料等）。
　　
　　金属包装用各类预涂卷材面漆简单介绍如下。
　　
　　1、氨基醇酸涂料
　　
　　作为预涂卷材用涂料，氨基醇酸涂料历史最悠久，同时由于其价格低廉和室外耐候性比较好，所以至今仍在使用着。它往往是含不干油的短油度醇酸树脂，以三聚氰树脂为交联剂。为了提高漆膜的加工成型性、耐腐蚀性、附着力及耐药品性，也可加入环氧树脂或乙烯类树脂等第三树脂组分，但此时应充分考虑室外耐候性。
　　
　　干性油或半干性油改性的醇酸树脂中加入微量的干料再并用氨基树脂，也可用作预涂卷材用面漆，但由于泛黄问题及室外耐候性差，故多数情况下不用作面漆。
　　
　　含不干性油或合成不干性油的氨基醇酸树脂的特点是施工性能好，从价格考虑，相对来说其耐候性好。但由于加工成型性、耐腐蚀性差，所以逐步被聚酯或丙烯酸树脂所代替，其在预涂卷材面漆中的比例正在逐年下降。
　　
　　2、塑溶胶和有机溶胶
　　
　　塑溶胶和有机溶胶又称为增塑糊和稀释增塑糊，习惯上是专指聚氯乙烯为主的塑溶胶或有机溶胶。聚氟烃虽然也制成溶前形式而加以使用，但不包括在内。
　　
　　将溶胶级聚氯乙烯粉末分散在增塑剂及在室温下不溶解树脂的挥发性稀释剂中，再配合稳定剂、颜料等，这种涂料叫做有机溶剂涂料。不含有挥发性性稀释剂、只分散于增塑剂中的叫做塑溶胶涂料。这两种涂料在180℃以上的温度下进行短时间烘烤时，树脂受增塑剂的膨润、熔融并进一步融，而形成均匀坚韧的涂膜。
　　
　　增塑剂是制备塑溶胶和有机溶胶的关键成分，其加入量对漆膜性能有很大的影响，一般为1~40%的增塑剂。增塑剂是高沸点、化学稳定和热稳定的有机液体。其类型有邻苯二甲酸酯类，已二酸酯、壬二酸酯、癸二酸酯及磷酸酯类等。选择增塑剂时要考虑最终用途的要求、流变特性、脱气性、胶凝和塑化以及成本等因素。

挥发性溶剂可以降低塑溶胶的粘度，使其适宜于各种涂布工艺。这些溶剂分为分散剂和稀释剂，以稍有不同的方式影响有机溶胶。稀释剂的溶剂化力低，可单独使用或与溶剂化力较高的分散剂并用。较通用的稀释剂是廉价的脂链烃类溶剂，其沸点范围较宽。代表性的分散剂如酮类及芳烃类溶剂，其极性较强，通常挥发性大，溶剂可在制备时或使用前直接加入塑溶剂中。
　　
　　有机溶胶与溶液型乙烯树脂涂料相比，单位面积的涂装费低，硬度、附着力、柔韧性等良好，能进行缝合、压花、冲模等加工。
　　
　　塑溶胶的体积固体分非常高，达97~100%又没有挥发性溶剂，所以最适宜于厚涂层涂装。由于塑溶胶和金属底材的附着力差，故一般需先涂装带羧基的氯乙烯/醋酸乙烯共聚物，或先涂装丙烯酸、酚醛、环氧、聚酯、聚氨酯等底漆，在于260℃烘烤60秒，再在上面涂装塑溶胶。象这样的厚涂层适合于压花加工。含增塑剂量不同，伸长率亦不同。但即使增塑剂含量少，塑溶胶涂膜的伸长率也有180%，所以可采用一切加工成型方法。
　　
　　3、溶液型乙烯类树脂涂料
　　
　　溶液型乙烯涂料的特点为是以氯乙烯-醋酸乙烯共聚物为主要成膜物的涂料。涂料的组分中还有增塑剂、稳定剂、溶剂和稀释剂等。它是挥发性涂料，适宜的烘烤条件为230~260℃60秒。
　　
　　溶液型乙烯类涂料的特点为：①容易涂装（能进行辊涂、浸涂、喷涂、流涂）；②对化学药品稳定（耐碱性、耐无机酸性强），耐醇、油脂、石油、脂肪烃，不耐酮、芳烃；③具有良好的附着力、柔韧性及弹性（进行接缝、卷边、深拉、轧制、压型等加工时，漆膜不破坏）；④长时间不变化，贮存后硬度、弹性和开始相比变化很少）；⑤耐水性好；⑥如颜料选择恰当，就具有优异的耐候性；⑦树脂颜色浅，故能制成透吸的涂料；⑧不长霉。
　　
　　由于溶液型乙烯涂料的弹性极好，故能进行苛刻的加工成型。通过长时间的试验及实际使用证明溶液型乙烯涂料具有优异的耐候性，天然曝晒时和底材的附着力好，附着力长时间维持不变，难以粉化，轻微粉化时有自清洗耳恭听作用，不腿色、不长霉。这些性质充分满足了预涂卷材涂料的必要条件。
　　
　　4、丙烯酸涂料
　　
　　丙烯酸树脂涂料具有良好的抗沾污性、光泽、硬度以及优异的耐候性、耐药品性。
　　
　　丙烯酸预涂涂料的不足之处是加工成型性差，一般不能经受深加工。丙烯酸树脂一般由以下四种单体制成性能各不相同的共聚物：①硬单体：如苯乙酯、乙烯基甲苯、甲基丙烯酸甲酯等；②软单体：如丙烯酸乙酯、丙烯酸丁酯、丙烯酸丁酯、丙烯酸2-乙基已酯等；③含官能基的单体：如丙烯酰胺、羟甲基化的丙烯酰胺、（甲基）丙烯酸β羟烷酯，以及丙烯酸、甲基丙烯酸、顺丁烯二酸单烷酯等。在设计丙烯酸树脂的配方时，应根据预涂卷材的用途对漆膜性能的要求而选择共聚单体，合成出预期性质的聚合物。
　　
　　常用的交联方式基本上可分成：①丙烯酸树脂的自交联——在聚合物中所含的丙烯酰胺的羟甲基或其部分醚化物和羟基、酰胺基反应；②并用氨基树脂——氨基树脂的羟甲基或烷氧甲基和聚合物上的羟基、酰胺基等反应；③并用环氧树脂——环氧树脂的环氧基和聚合物中的羟基、酰胺基反应，或环氧树脂的羟基和聚合物的羟甲基等反应。交联方式①的特点是涂装施工性、光泽和加工性等优异，但往往室外耐久差。方式②在室外耐候性和防腐蚀性方面比较好，但加工性差。使用方式③时，必须考虑耐候性问题。
　　
　　在预涂卷材用丙烯酸涂料中值得一提的是电子束固化的丙烯酸化涂料。其特点是固化速度极快（在室温下仅需0.1~几秒钟就可完成固化）、高效率、节能以及无公害问题。电子束固化法是通过入射电子使漆膜中的单体或预聚物产生游离基而引发聚合反应，使漆膜固化。电子束固化的丙烯酸涂料适用于预涂厚的钢板。其缺点是漆膜的机械性能较差，难以满足预涂钢板的加工成型及使用要求，往往要加入增塑性树脂以改善漆膜的抗冲击性、附着力及弹性。
　　
　　5、水性涂料
　　
　　近年来，对于环境污染的控制和节能的重视以及石油化工产品短缺、熔剂价格上涨，促进了水性漆的发展，用于预涂卷材的水性涂料也相应得到发展。
　　
　　预涂卷材用水性漆主要包括两类，即乳胶漆及水溶性漆。其中最成功的是聚酯类及丙烯酸类。对于后者，绝大部分是交联型（自交联或外加交联剂）的丙烯酸乳胶漆。这两类树脂都宜用六甲氧基甲基三聚氰胺树脂作为交联剂。丙烯酸乳胶涂料除了污染小、节能、安全诸优点外，因其分子量比溶剂型丙烯酸涂料大得多，所以耐久性也优于溶剂型丙烯酸涂料。
　　
　　用水作为溶剂，就不可避免带来一些缺点。水的表面张力大，很难润湿钢板表面，而乳漆具有假塑的流变特性。这意味着涂料在低剪切力下不流动，涂料辊涂到钢板带上后容易形成棱纹。剪切力高时，粘度又太低而而粘不上辊，造成断漆。加入适当的助剂能提高在高剪切力下的粘度而不影响漆的流动性，甚至在低剪切力下也能形成平整的漆膜。
　　
　　另外，水性漆即使成了膜，与溶剂型涂料相比也存在亲水性大这一缺点。用水性漆预涂的钢板，作为外包装使用时，钢板重叠部分如果积存了水，漆膜会因水而稍稍膨胀。重叠的钢板势必会因温度变化而发生胀缩，由于这种胀缩而引起的钢板间的摩擦可能会损伤膨胀发软的漆膜。
　　
　　在日本、美国烘烤系统中一般都设置燃炉。将烘炉中挥发出的有机溶剂排到燃烧炉中加以燃烧，所产生的热再引入烘炉中。这样既消除了污染，又充分利用了热量。所以要是水性漆在经济上或某些性能上显示不出多大优越性的话，则在一定程度上限制了它的发展。

包装用预涂卷材的发展动向及展望：
　　
　　1、发展高耐久性的预涂卷材
　　
　　⑴提高无油聚酯涂料的耐候性（耐变色、褪色、粉化性优异的涂料），使之作为外部涂料专用。
　　
　　⑵大力发展聚氟烯烃涂料。通过和防锈底材的配合，可以得到更适应于包装加工的预涂卷板。
　　
　　⑶使用镀锌钢板为底材，它不仅加工性好，而且防腐蚀性能也好。
　　
　　2、发展硬度、弹性、耐沾污性好的预涂卷材
　　
　　⑴采用加工性好的优质卷板底材。
　　
　　⑵以聚酯树脂为基础，通过分子量的调节、交联剂的选择等来样高这方面的性能。
　　
　　3、降低烘烤温度，缩短烘烤时间
　　
　　⑴开发新型高效催化剂及高活性固化剂。
　　
　　⑵提高树脂的分子量，使树脂多官能化及增加树脂的支化程度。
　　
　　⑶发展电子束固化涂料。对用于预涂卷材的电子束固化涂料已进行了大量的研究工作，前在已开始工业化。但和普通的烘烤型相比，历史不长，无论是品种还是产量都较少，有待进一步开发。
　　
　　4、在包装领将有较大的应用
　　
　　⑴可替代木材和纸板制作普通包装箱，结实可靠美大方，防水防火防腐蚀，有木箱和纸箱难以比拟的优点。
　　
　　⑵替代普通薄钢板制作金属容器，如钢桶、钢罐和小型桶等，具有加工简单，节约能源、减少污染的优点。
　　
　　⑶替代马口铁制造商品包装盒，美观高雅，成本低廉。
　　
　　⑷可替代玻璃瓶等制造用于食品、饮料、罐头等的包装，提高了包装的安全性。
　　
　　⑸大量用于制造大型包装产品，如集装箱、集箱桶等，降低成本、节约能源、减少污染，简化了加工过程。

来自: 中国金包网