保温杯粉末涂料设计配方时应如何选材?

文/刘军,杨庆伟 浙江超浪新材料有限公司

随着生活水平的逐步提高,人们对保温杯的需求从功能性转变为功能性兼顾美观性,其表面都涂覆鲜艳、美观的涂料。

近年来,随着国家对环境保护的重视,环保条件越来越苛刻,保温杯用液体涂料由于刺激性气味大、VOC排放高的原因,越来越受到限制。

保温杯行业改变原用涂料成为必然粉末涂料、水性涂料成为选择。国内粉末涂料从20世纪80代初发展至今技术(性能)已经很成熟,而水性涂料近些年发展相对粉末涂料技术(性能)上还不是很成熟。

众多保温杯公司都选择粉末涂料来代替油性涂料,因此对保温杯用粉末涂料的研究尤为重要。保温杯作为高温食物和水的储存容器,其对表面涂料有着较高的要求。

根据国外客户的要求结合我公司在生产的经验,保温杯用粉末涂料应重点关注双酚A含量小于0.1PPM、抗菌、耐水煮、耐酸碱、表面耐磨性及不锈钢表面的附着力等要求,本文就以上要求做相关探讨。

双酚A是使用最广泛的工业化合物之一,主要用于生产聚碳酸酯环氧树脂聚砜树脂聚苯醚树脂、不饱和聚酯树脂等多种高分子材料,也可用于生产增塑剂阻燃剂抗氧剂、热稳定剂、橡胶防老剂、农药、涂料等精细化工产品。

在塑料制品的制造过程中,添加双酚A可以使其具有无色透明、耐用、轻巧和突出的防冲击性等特性,尤其能防止酸性蔬菜和水果从内部侵蚀金属容器;

因此,广泛用于罐头食品和饮料的包装、奶瓶、水瓶、牙齿填充物所用的密封胶、眼镜片以及其他数百种日用品的制造过程中。

双酚A在生活中应用广泛,成为人们经常能接触到的物质。它类似人体自身的荷尔蒙,可以对健康造成危害,如乳癌、前列腺癌、出生缺陷、男性不孕、女童性早熟、糖尿病和肥胖症等。

此前,美国、加拿大、丹麦、法国、澳大利亚和新西兰也已立法,禁止或限制双酚A的使用。

因此在生产保温杯专用粉末涂料时,选择树脂和其他材料必须规避双酚A或其含量小于0.1PPM,要求供应商确定是否含双酚A,并提供第三方检验报告,以确保双酚A的含量达标。

在生产和使用过程也要保证环境没有受到双酚A的污染,并经常抽检送至第三方做相应的检测,确保产品的质量。 

抗菌剂一般分为无机抗菌剂,有机抗菌剂和天然抗菌剂。无机抗菌剂利用银、铜、等金属的抗菌能力;

通过物理吸附离子交换等方法,将银、铜、锌等金属(或其离子)固定在氟石、硅胶等多孔材料的表面制成抗菌剂,然后将其加入到相应的制品中即获得具有抗菌能力的材料。

水银、镉、铅等金属也具有抗菌能力,但对人体有害;铜、镍、铅等离子带有颜色,将影响产品的美观,锌有一定的抗菌性,但其抗菌强度仅为银离子的1/1000。

因此,银离子抗菌剂在无机抗菌剂中占有主导地位。银离子类抗菌剂是最常用的抗菌剂,呈白色细粉末状,耐热温度可达1300℃以上。

有机抗菌剂的主要品种有香草醛或乙基香草醛类化合物,常用于聚乙烯类食品包装膜中,起抗菌作用。

另外还有酰基苯胺类、咪唑类、噻唑类、异噻唑酮衍生物、季铵盐类、双呱类、酚类等。目前有机抗菌剂的安全性尚在研究中。

一般来说有机抗菌剂耐热性差些,容易水解,有效期短。天然抗菌剂主要来自天然植物的提取,如甲壳素、芥末、蓖麻油、山葵等,使用简便,但抗菌作用有限,耐热性较差,杀菌率低,不能广谱长效使用且数量很少。

鉴于上述的分析,我们选用银离子抗菌剂作为保温杯用粉末涂料的专用抗菌剂,经过试验并送专门机构检测,添加0.5-1.0%最为合理。

考虑到保温杯经常与高温接触,并有可能在洗碗机里漂洗,所以我们在设计配方时要求保温杯上的涂膜必须耐水煮耐酸碱。

耐水煮耐酸碱对主材选择很重要,树脂尽量选择酸值和粘度高一点的,有利于涂料耐水煮耐酸碱性能。

填料选用硫酸钡云母粉硅微粉碳酸钙,最好几种填料搭配使用有利于粉末涂膜的致密性提高,在耐酸碱上尽量少用或不用碳酸钙,以提高耐水煮性耐酸碱性能。

助剂选择也考虑有利于在挤出过程的分散性和提高粉末交联密度。颜料尽量选择耐酸碱性等级高的,有利于涂料耐水煮耐酸碱的性能提高。

保温杯作为用品,使用频率较高,必须保证涂膜表面的耐磨性。由于大部分保温杯需要印字,所以配方设计时一般不能加蜡。

因此宜选择粘度稍微高点和反应速度稍快一些的树脂,有利于客户喷涂烘烤过程完全固化,保证表面涂膜硬度。填料宜选择硬度高的云母粉和硅微粉为主,有利于加强涂料表面硬度。

由于保温杯都是用304不锈钢制造,不锈钢喷涂塑粉时附着力相对差,因此我们在设计配方时要兼顾涂膜与底材附着力的问题。

附着力促进剂通过化学反应同时与树脂和基材形成牢固的化学键,因此它能明显担高涂层对金属底材的附着力。

根据以上对保温杯用粉末涂料性能和材料的分析,结合我公司批量生产的品种,以聚酯型保温杯塑粉为例设计如下配方: 

结语


保温杯用粉末涂料作为“漆改粉"的典型代表,得到了市场的广泛认可,并将占据越来越大的份额。




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