PVDF膜/鋼板復合專用粘合劑的性能研究

隋學斌，赫長生，沈 峰

（北京高盟新材料股份有限公司，北京 102502）

PVDF膜/鋼板復合專用粘合劑的性能研究

隋學斌，赫長生，沈 峰

（北京高盟新材料股份有限公司，北京 102502）

以癸二酸、對苯二甲酸、己二酸、1,4-環己烷二甲醇、1,2-丙二醇、新戊二醇為原料制備了一種聚酯多元醇樹脂，將其用有機溶劑溶解后與溶劑型聚異氰酸酯固化劑配合，組成雙組分聚氨酯粘合劑，應用于PVDF膜/冷軋鋼板的復合。研究了固化劑配比、上膠量、復合溫度、熟化條件對剝離強度的影響。結果表明，m：m=10：1，上膠量為3.5～4.0 g/m2，復合溫度為60℃，主劑固化劑50 ℃固化48 h時氟碳復膜板的外觀、剝離強度、耐深沖強度、耐候性能達到最佳值。

聚酯；聚偏氟乙烯膜（PVDF）；復膜鋼板；耐深沖強度

聚偏二氟乙烯氟碳涂層具有優異的耐大氣曝曬、耐溶劑性、耐腐蝕性、良好的加工性以及抗沾污性等優點[1]，被廣泛應用于高檔建筑外墻、沿海建筑外墻、屋面、大型工業廠房、大型倉庫、機場建筑物、大型體育館、冷藏集裝箱等室外建筑領域。但氟碳涂層板在生產過程中容易出現“針眼”和涂層脆弱等缺點，導致其耐腐蝕、耐候性能變差[2]。氟碳復膜板相比氟碳涂層板具有以下優點：（1）飾層隔絕性好，不會出現針孔和發裂等缺陷；（2）相同深沖形變時，韌性更好，不會開裂；（3）耐磨能力更強，在大氣、風沙的沖刷面前，氟碳復膜板的壽命更長；（4）表面光滑細膩，全無滾涂或噴涂時產生的條紋、橘皮、微皺等缺陷。氟碳復膜鋼板表面不易沾污，正常情況下幾乎免維護；（5）可用“清潔劑”甚至“強溶劑”如丙酮等清洗，氟碳薄膜表面不會被腐蝕損壞[3]。

氟碳復膜板是由氟碳薄膜通過粘合劑貼合到鋼板表面制成的，因此要求所用粘合劑對氟碳薄膜和鋼板均具有較高粘接強度，同時其耐深沖強度、耐候性、耐腐蝕性等性能須滿足室外裝飾建材的要求。而目前用于復合氟碳復膜板的粘合劑無法達到以上要求，為此，本文研制了一種PVDF膜/鋼板復合專用粘合劑。

1 實驗部分

1.1 實驗原料

對苯二甲酸、己二酸、1,2-丙二醇、1,4-環己烷二甲醇，工業級，韓國SK；癸二酸，工業級，衡水京華化工廠；新戊二醇，工業級，日本三菱；鈦酸四丁酯、亞磷酸三苯酯，化學純，北京化學試劑公司；KBM403、KBM603，日本信越；聚偏氟乙烯膜（PVDF），深東南膜結構技術開發有限公司；冷軋鋼板，首鋼。

1.2 實驗方法

1.2.1 粘合劑主劑的制備[4]

酯化反應： 在10 L不銹鋼聚酯合成釜中按配比加入對苯二甲酸、癸二酸、己二酸、新戊二醇、1,2-丙二醇、1,4-環己烷二甲醇、鈦酸四丁酯、亞磷酸三苯酯，升溫至210～230 ℃，反應2～3 h ，完成一次酯化，酯化后產物的酸值≤20 mgKOH/g。

縮聚反應：一次酯化完成后，對聚酯合成釜內抽真空，按-0.02、-0.04、-0.06、-0.08 MPa依次各預抽1 h ，釜溫控制在245～255℃，之后進行長抽真空操作，真空度達到-0.1 MPa，時間6～8 h ，最終產物的羥值為10～30 mgKOH/g，酸值≤2 mgKOH/g。

主劑的制備：將上述聚酯多元醇樹脂用乙酸乙酯溶解后加入偶聯劑KBM403、KBM603配成固含量為50%～60%的溶液，即得粘合劑主劑。

1.2.2 粘合劑的配制

取一定量的主劑加入乙酸乙酯稀釋到一定濃度，開動攪拌，緩慢加入固化劑，攪拌10 min混合均勻，即得到雙組分聚氨酯型粘合劑。

1.3 性能測試[5]

外觀采用目測法；固含量按GB/T 2793—1995測定；黏度按GB/T 2794—1995測定；剝離強度按GB/T2790—1995測定；耐深沖強度按GB/T 9753—2007測定；耐老化性能按UL1703和IEC61215測定；耐黃變性能按ASTMD1148測定。

2 結果與討論

2.1 PVDF膜/鋼板復合用粘合劑基本性能

PVDF膜/鋼板復合用粘合劑由主劑和固化劑組成，其基本性能如表1所示。

2.2 應用性能

2.2.1 固化劑加入比例對氟碳復膜板性能的影響

取主劑100 g分別加入12.5、10、8、5 g固化劑，采用干式復合法進行PVDF膜與冷軋鋼板的復合，上膠量控制在3.5 g/m2，復合溫度60 ℃，復合后于50 ℃下固化48 h，性能測試結果見表2。

表1 PVDF膜/鋼板復合用粘合劑基本性能Tab.1 Basic performance of adhesive for PVDF film/steel laminating

表2 主劑與固化劑配比對氟碳復膜板性能的影響Tab.2 Effect of curing agent content on fluorocarbon laminated plate performance

由表2可以看出，剝離強度隨固化劑添加量的增大而提高。當m主劑/m固化劑=100/8和100/5時剝離強度、耐深沖強度、耐老化性能等均較差，達不到室外建材用氟碳復膜板的要求，這是由于固化劑添加量不足，主劑未充分交聯固化所致。當m主劑/m固化劑=100/10和100/12.5時各性能等均較高，能夠達到室外建材用氟碳復膜板的要求。考慮到成本，主劑/固化劑的合適配比為10/1。

2.2.2 上膠量對氟碳復膜板性能的影響

選擇上膠量在進行復膜實驗，復合溫度℃，復合后于℃固化測試結果見表。

表3 上膠量對氟碳復膜板性能的影響Tab.3 Effect of adhesive amount on fluorocarbon laminated plate performance

由表3可以看出，當上膠量≥3 g/m2時耐老化測試強度衰減較小，上膠量對耐黃變性能沒有影響。當上膠量小于3.5 g/m2時強度較低，滿足不了要求；當高于3.5 g/m2時強度較高，能夠滿足要求；上膠量大于4.0 g/m2時強度提高不明顯，反而不利于粘合劑的流平和干燥，同時會增加成本。因此，上膠量以3.5～4.0 g/m2為宜。

2.2.3 復合溫度對氟碳復膜板性能的影響

選擇復合溫度為40、60、80、100℃，主固劑配比為10/1，上膠量為3.5～4.0 g/m2，復合后于50 ℃固化48 h，測試結果如表4所示。

表4 復合溫度對氟碳復膜板性能的影響Tab.4 Effect of laminating temperature on fluorocarbon laminated plate performance

由表4可見，復合溫度為40℃時復合強度較低，100 ℃時PVDF膜易起皺，60～80℃時氟碳復膜板的外觀和強度均較好。考慮到節能，建議復合溫度為60℃。

2.2.4 固化時間與反應完成率的關系

雙組分聚氨酯型粘合劑需要交聯固化才能達到足夠的粘接強度，為了不影響粘合劑復合產品的外觀和性能，氟碳復膜板的固化溫度一般選擇50 ℃。選擇m主劑/m固化劑=10/1，上膠量35 g/m2，60 ℃進行PVDF膜與冷軋鋼板的復合。將復合樣板于50℃下固化不同時間，測試剝離強度隨固化時間的變化，如圖1所示。

圖1 固化時間對剝離強度的影響Fig.1 Effect of curing time on peeling strength

由圖1可見，在50℃固化氟碳復膜板的剝離強度隨固化時間延長呈遞增趨勢。當固化時間大于48 h后，剝離強度增長趨緩，表明固化48 h粘合劑已固化完全，達到最終強度。因此，建議固化條件為50 ℃固化48 h。

3 結論

將氟碳復膜板用粘合劑用于PVDF膜與冷軋鋼板的復合，較佳的使用工藝為m主劑/m固化劑=10/1，復合溫度60 ℃，上膠量為3.5～4.0 g/m2，50 ℃固化48 h 時其剝離強度、耐深沖強度、耐老化性能、耐黃變性能等各種性能均能達到室外建材用氟碳復膜板的要求。

[1]徐小連,徐承明,等.耐劃傷PVDF彩板的工藝研究[J].腐蝕科學與防護技術,2008,20(1):73-74.

[2]李曉俊,劉小蘭,等.氟碳涂料及其在彩鋼材料中的應用[J].化工新型材料,2005,33(12):79-80.

[3]徐會林,劉炳炎.一種氟碳覆膜板:中國,201785971U[P].2011-04-06.

[4]隋學斌,等.復膜鐵用預涂膜粘接層的制備及性能[C]//CIB’.北京,2013:485-489.

[5]金士九,金晟娟.合成膠黏劑的性質及性能測試[M].北京:科學出版社,1994.

Study of performance of adhesive for PVDF film/steel laminating

SUI Xue-bin,HE Chang-sheng,SHEN Feng
(Beijing Comens New Materials Co.,Ltd.,Beijing 102502,China)

A polyester polyol resin was prepared using sebacic acid, terephthalic acid, adipic acid, 1,4 -cyclohexanedimethanol, 1,2-propylene glycol and neopentyl glycol as the raw materials.Then it was dissolved in organic solvent as the base resin, a polyisocyanate solution was used as the curing agent, and both materials composed the twocomponent polyurethane adhesive for laminating of the PVDF film and the steel sheet.This study investigated the effects of curing agent content, applied adhesive amount, laminating temperature and curing conditions on the peel strength.The results indicated that the appearance, peel strength, resistance to deep-drawing, weather resistance of the fluorocarbon laminated plate can achieve the optimal values when the wight ratio of base resin and curing agent was mbase resin: mcuring agent = 10:1, the applied adhesive amount was 3.5-4.0g/m2, the laminating temperature was 60℃ and the curing condition was 50 ℃ for 48 h.

polyester;polyvinylidene fluoride film;laminated steel;resistance to deep-drawing

TQ433.4+32

A

1001-5922（2015）04-0069-03

2014-08-07

隋學斌（1985-），男，碩士，工程師，主要從事聚酯、聚氨酯型粘合劑的研發工作。E-mail：sxb@co-mens.com。