PVDF膜/钢板复合专用粘合剂的性能研究

隋学斌，赫长生，沈 峰

（北京高盟新材料股份有限公司，北京 102502）

PVDF膜/钢板复合专用粘合剂的性能研究

隋学斌，赫长生，沈 峰

（北京高盟新材料股份有限公司，北京 102502）

以癸二酸、对苯二甲酸、己二酸、1,4-环己烷二甲醇、1,2-丙二醇、新戊二醇为原料制备了一种聚酯多元醇树脂，将其用有机溶剂溶解后与溶剂型聚异氰酸酯固化剂配合，组成双组分聚氨酯粘合剂，应用于PVDF膜/冷轧钢板的复合。研究了固化剂配比、上胶量、复合温度、熟化条件对剥离强度的影响。结果表明，m：m=10：1，上胶量为3.5～4.0 g/m2，复合温度为60℃，主剂固化剂50 ℃固化48 h时氟碳复膜板的外观、剥离强度、耐深冲强度、耐候性能达到最佳值。

聚酯；聚偏氟乙烯膜（PVDF）；复膜钢板；耐深冲强度

聚偏二氟乙烯氟碳涂层具有优异的耐大气曝晒、耐溶剂性、耐腐蚀性、良好的加工性以及抗沾污性等优点[1]，被广泛应用于高档建筑外墙、沿海建筑外墙、屋面、大型工业厂房、大型仓库、机场建筑物、大型体育馆、冷藏集装箱等室外建筑领域。但氟碳涂层板在生产过程中容易出现“针眼”和涂层脆弱等缺点，导致其耐腐蚀、耐候性能变差[2]。氟碳复膜板相比氟碳涂层板具有以下优点：（1）饰层隔绝性好，不会出现针孔和发裂等缺陷；（2）相同深冲形变时，韧性更好，不会开裂；（3）耐磨能力更强，在大气、风沙的冲刷面前，氟碳复膜板的寿命更长；（4）表面光滑细腻，全无滚涂或喷涂时产生的条纹、橘皮、微皱等缺陷。氟碳复膜钢板表面不易沾污，正常情况下几乎免维护；（5）可用“清洁剂”甚至“强溶剂”如丙酮等清洗，氟碳薄膜表面不会被腐蚀损坏[3]。

氟碳复膜板是由氟碳薄膜通过粘合剂贴合到钢板表面制成的，因此要求所用粘合剂对氟碳薄膜和钢板均具有较高粘接强度，同时其耐深冲强度、耐候性、耐腐蚀性等性能须满足室外装饰建材的要求。而目前用于复合氟碳复膜板的粘合剂无法达到以上要求，为此，本文研制了一种PVDF膜/钢板复合专用粘合剂。

1 实验部分

1.1 实验原料

对苯二甲酸、己二酸、1,2-丙二醇、1,4-环己烷二甲醇，工业级，韩国SK；癸二酸，工业级，衡水京华化工厂；新戊二醇，工业级，日本三菱；钛酸四丁酯、亚磷酸三苯酯，化学纯，北京化学试剂公司；KBM403、KBM603，日本信越；聚偏氟乙烯膜（PVDF），深东南膜结构技术开发有限公司；冷轧钢板，首钢。

1.2 实验方法

1.2.1 粘合剂主剂的制备[4]

酯化反应： 在10 L不锈钢聚酯合成釜中按配比加入对苯二甲酸、癸二酸、己二酸、新戊二醇、1,2-丙二醇、1,4-环己烷二甲醇、钛酸四丁酯、亚磷酸三苯酯，升温至210～230 ℃，反应2～3 h ，完成一次酯化，酯化后产物的酸值≤20 mgKOH/g。

缩聚反应：一次酯化完成后，对聚酯合成釜内抽真空，按-0.02、-0.04、-0.06、-0.08 MPa依次各预抽1 h ，釜温控制在245～255℃，之后进行长抽真空操作，真空度达到-0.1 MPa，时间6～8 h ，最终产物的羟值为10～30 mgKOH/g，酸值≤2 mgKOH/g。

主剂的制备：将上述聚酯多元醇树脂用乙酸乙酯溶解后加入偶联剂KBM403、KBM603配成固含量为50%～60%的溶液，即得粘合剂主剂。

1.2.2 粘合剂的配制

取一定量的主剂加入乙酸乙酯稀释到一定浓度，开动搅拌，缓慢加入固化剂，搅拌10 min混合均匀，即得到双组分聚氨酯型粘合剂。

1.3 性能测试[5]

外观采用目测法；固含量按GB/T 2793—1995测定；黏度按GB/T 2794—1995测定；剥离强度按GB/T2790—1995测定；耐深冲强度按GB/T 9753—2007测定；耐老化性能按UL1703和IEC61215测定；耐黄变性能按ASTMD1148测定。

2 结果与讨论

2.1 PVDF膜/钢板复合用粘合剂基本性能

PVDF膜/钢板复合用粘合剂由主剂和固化剂组成，其基本性能如表1所示。

2.2 应用性能

2.2.1 固化剂加入比例对氟碳复膜板性能的影响

取主剂100 g分别加入12.5、10、8、5 g固化剂，采用干式复合法进行PVDF膜与冷轧钢板的复合，上胶量控制在3.5 g/m2，复合温度60 ℃，复合后于50 ℃下固化48 h，性能测试结果见表2。

表1 PVDF膜/钢板复合用粘合剂基本性能Tab.1 Basic performance of adhesive for PVDF film/steel laminating

表2 主剂与固化剂配比对氟碳复膜板性能的影响Tab.2 Effect of curing agent content on fluorocarbon laminated plate performance

由表2可以看出，剥离强度随固化剂添加量的增大而提高。当m主剂/m固化剂=100/8和100/5时剥离强度、耐深冲强度、耐老化性能等均较差，达不到室外建材用氟碳复膜板的要求，这是由于固化剂添加量不足，主剂未充分交联固化所致。当m主剂/m固化剂=100/10和100/12.5时各性能等均较高，能够达到室外建材用氟碳复膜板的要求。考虑到成本，主剂/固化剂的合适配比为10/1。

2.2.2 上胶量对氟碳复膜板性能的影响

选择上胶量在进行复膜实验，复合温度℃，复合后于℃固化测试结果见表。

表3 上胶量对氟碳复膜板性能的影响Tab.3 Effect of adhesive amount on fluorocarbon laminated plate performance

由表3可以看出，当上胶量≥3 g/m2时耐老化测试强度衰减较小，上胶量对耐黄变性能没有影响。当上胶量小于3.5 g/m2时强度较低，满足不了要求；当高于3.5 g/m2时强度较高，能够满足要求；上胶量大于4.0 g/m2时强度提高不明显，反而不利于粘合剂的流平和干燥，同时会增加成本。因此，上胶量以3.5～4.0 g/m2为宜。

2.2.3 复合温度对氟碳复膜板性能的影响

选择复合温度为40、60、80、100℃，主固剂配比为10/1，上胶量为3.5～4.0 g/m2，复合后于50 ℃固化48 h，测试结果如表4所示。

表4 复合温度对氟碳复膜板性能的影响Tab.4 Effect of laminating temperature on fluorocarbon laminated plate performance

由表4可见，复合温度为40℃时复合强度较低，100 ℃时PVDF膜易起皱，60～80℃时氟碳复膜板的外观和强度均较好。考虑到节能，建议复合温度为60℃。

2.2.4 固化时间与反应完成率的关系

双组分聚氨酯型粘合剂需要交联固化才能达到足够的粘接强度，为了不影响粘合剂复合产品的外观和性能，氟碳复膜板的固化温度一般选择50 ℃。选择m主剂/m固化剂=10/1，上胶量35 g/m2，60 ℃进行PVDF膜与冷轧钢板的复合。将复合样板于50℃下固化不同时间，测试剥离强度随固化时间的变化，如图1所示。

图1 固化时间对剥离强度的影响Fig.1 Effect of curing time on peeling strength

由图1可见，在50℃固化氟碳复膜板的剥离强度随固化时间延长呈递增趋势。当固化时间大于48 h后，剥离强度增长趋缓，表明固化48 h粘合剂已固化完全，达到最终强度。因此，建议固化条件为50 ℃固化48 h。

3 结论

将氟碳复膜板用粘合剂用于PVDF膜与冷轧钢板的复合，较佳的使用工艺为m主剂/m固化剂=10/1，复合温度60 ℃，上胶量为3.5～4.0 g/m2，50 ℃固化48 h 时其剥离强度、耐深冲强度、耐老化性能、耐黄变性能等各种性能均能达到室外建材用氟碳复膜板的要求。

[1]徐小连,徐承明,等.耐划伤PVDF彩板的工艺研究[J].腐蚀科学与防护技术,2008,20(1):73-74.

[2]李晓俊,刘小兰,等.氟碳涂料及其在彩钢材料中的应用[J].化工新型材料,2005,33(12):79-80.

[3]徐会林,刘炳炎.一种氟碳覆膜板:中国,201785971U[P].2011-04-06.

[4]隋学斌,等.复膜铁用预涂膜粘接层的制备及性能[C]//CIB’.北京,2013:485-489.

[5]金士九,金晟娟.合成胶黏剂的性质及性能测试[M].北京:科学出版社,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

隋学斌（1985-），男，硕士，工程师，主要从事聚酯、聚氨酯型粘合剂的研发工作。E-mail：sxb@co-mens.com。