催化剂在聚酯氨基型印铁白涂料中的应用

     陈余燕 马宏

     (广州红云化工涂料公司，广州510515)

     摘要：介绍聚酯氨基型白涂料中催化剂的选择、用量的确定，并就催化剂对涂膜综合性能的影 响作了简单的分析。

     关键词：催化剂;印铁白涂料;聚酯氨基型

     中图分类号：TQ630 文献标识码：B 文章编号：1006-2556(2006)05-0038-02

     随着我国包装行业的发展，制罐行业也有了巨大的发展，这一发展带动了相关行业――印铁涂料的发展。

     印铁涂料属于热固型涂料，经过印刷或辊涂涂装到表面，然后加热烘烤使其交联固化，形成坚韧的涂膜。印铁涂料的品种较多，主要包括：白涂料，罩光油，内层涂料，色墨等。其中白涂料的用量较大。由于聚酯氨基树脂体系白涂料的综合性能较好，因此聚酯氨基型白涂料在市面上占一定的比例。本文将讨论催化剂在聚酯氨基白涂料中的应用。

     1 实验部分

     1.1 聚酯氨基型白涂料的制备

     先将适量的混和、助剂等加入聚酯树脂中，用电动搅拌将树脂稀释，然后加入，用砂磨机将钛白粉研磨至细度合格后，加入氨基树脂、催化剂 等材料。

     1.2 涂膜的制备

     用刮墨棒将白涂料刮到底材上，放在(180±2)℃ 的烘箱中，加热15min 使之固化。

     1.3 涂膜性能的测试

     根据国家的标准《化学工业标准汇编 涂料与颜 料》及本企业的企业标准QB/44010089对涂膜进行测试，主要的项目有柔韧性、透明度、硬度、耐MEK 洗刷性等。

     2 催化剂对聚酯氨基白涂料性能的影响

     2.1 催化剂的种类

     聚酯氨基型印铁白涂料的交联剂是氨基树脂，最常见的氨基树脂官能团有三种，{dy}种是xx烷 基醚化官能团，第二种是部分烷基醚化官能团，第三 种是高亚胺基官能团，其分子式如下：

    

     其中{dy}种由于具有固化速度快、优异的硬度 与柔韧的平衡性等优势，因此在聚酯体系中应用得 比较多。在适当的低温下，这类官能团仅能被氢离子 催化，需强质子给予体来激发其反应。在短时间内要 得到一个有一定交联密度的涂膜，单靠树脂体系本 身的酸值是不够的，各类酸催化剂则成为氨基树脂 的有效催化剂。在涂料中使用的酸催化剂不多，主要 有：磷酸，磷酸衍生物及磺酸。磺酸在有机溶剂中溶 解度较大，明显优于其他类型的质子给予体，而且对 设备的腐蚀性较小，自然而然地被选到聚酯-氨基体 系配方中去。

     2.2 催化剂的选择

     磺酸对聚酯氨基白涂料的固化有较强的催化作 用，常用的磺酸有三种:对磺酸（P―TSA），十 二烷苯磺酸（D D B S A ），二壬烷基萘二磺酸 （DNNDSA）。需通过实验选择最合适的一种。表1 是 在聚酯与氨基的比例为80∶20的体系中进行测试的 结果。

     从表1可以看到，这三种催化剂对聚酯氨基白涂 料均有不同的催化作用。A1的催化效果最明显，A3 的催化效果相对弱一些，这与这三种催化剂的酸性有关，其中对甲苯磺酸的酸性最强，十二烷苯磺酸的 酸性最弱。从综合性能上考虑十二烷苯磺酸（A3)的 催化性能较为理想。

    

     2.3 催化剂用量的确定

     催化剂用量对涂膜性能的影响也很大。十二烷 苯磺酸对聚酯氨基印铁白涂料的固化有很好的催化 作用。现在通过耐洗擦实验和涂膜的硬度来讨论不 同用量的十二苯磺酸对固化反应的影响。

     在洗擦实验中，用丁酮作为溶剂来洗擦已固化 的涂膜，耐洗擦次数越多，说明交联密度越大，也就 是说固化越彻底。将催化剂的质量分数从0.1%一直 放大到0.8%，测试耐洗擦次数，结果如图1所示。从 图1得知，随着催化剂用量的增加，耐洗擦次数也不 断增加，当催化剂的用量增加到0.6%时，耐洗擦次 数增加得不太明显了。

    

     同样，将催化剂的用量从 0 . 1 % 一直放大到 0.8%，测量涂膜的硬度（KHN），如图2 所示。从图 2 曲线的走势来看，硬度随催化剂用量的增加而增 加，但当催化剂的质量分数接近0.7％时，硬度反而缓慢地下降。所以，从硬度及洗刷性两方面来看催化 剂的用量在0.4%～0.6% 较为合适。

    

     2.4 催化剂对涂膜综合性能的影响

     2.4.1 环氧改性催化剂对附着力的影响

     随着高分子化工合成技术的不断发展，催化剂 作为涂料助剂的作用不只停留在催化作用上，还表 现在促进表面流动及附着力等方面。环氧改性的催 化剂就是一个很明显的例子，为了提高催化剂的综 合性能，将环氧基团引入到催化剂中，形成环氧改性 的催化剂，当在体系中添加了0.5%的环氧改性催化 剂时，聚酯氨基白涂料的附着力与用普通的催化剂相 比，通常可以提高一个级别。这是因为当涂料在马口 铁表面铺展时，布朗运动将带极性的环氧端基慢慢地 向金属表面迁移， 相似的极性作用使涂膜和底材之间 产生了强大的范德华力，从而提高了涂膜的附着力。

     2.4.2 催化剂对涂膜透明度及耐水性的影响

     从大量的实验中可知，当聚酯氨基白涂料中催 化剂的用量较大时就会产生一些负面的作用，涂膜 表现出来的主要缺陷是起白雾和耐水性较差。从催 化剂的化学结构很容易解释这个问题，因为催化剂 是强质子给予体。要解决这类问题只能通过大量具 体的实验来确定催化剂的品种及用量。

     2.4.3 催化剂对涂料稳定性的影响

     催化剂对氨基树脂有催化作用，很明显会对体 系的稳定性有一定的影响。使氨基树脂稳定的最有 效方法是将胺类或醇类引入体系，实验证明伯醇对 xx烷基化氨基树脂的稳定最为明显，当体系的伯 醇含量占总溶剂的10%，聚酯氨基白涂料将有很好的稳定性。

     3 结 论

     催化剂在聚酯氨基印铁白涂料的固化过程中有很好的催化作用，特别是当体系中选择了新型的环 氧改性的催化剂时，不但可以得到交联密度和硬度 都较为理想的涂膜;而且还能提高涂膜与底材之间的附着力。但使用不当则不能得到一个综合性能较好的涂膜。一定要通过大量的实验，综合考虑涂料的各方面性能才能确定催化剂具体型号及用量。