耐久防污鋼捲塗料發展契機

 

刊登日期:2014/3/13
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亞太地區及新興國家等工業蓬勃發展,帶動了全球鋼捲塗料的快速成長,自2011年起全球市場需求已達到71萬噸,市值更達21億美元以上。近年來隨著聖嬰現象、溫室效應以及南北極冰層融化等氣候異常現象不斷發生,環保、節能、減碳儼然成為全球工業界的焦點。也因此,鋼捲塗料產業相繼投入防污(Arti-fouling)、環保、耐久(Durable)等產品之研發。台灣在2011年經濟部推動石化產業高值化,開發具有高耐久性、環保及防污性的鋼捲塗料產品,除了是產業趨勢更是重要政策方向,在市場與政府激勵下,相信相關技術的發展會更加快速。

耐候樹脂結構設計
樹脂的耐久性優劣取決於分子鏈結構,如表四所示。C-C鍵能為346 kJ/mol、C-O 為358 kJ/mol,兩者均低於UVB光線313nm的強度381 kJ/mol,因此在戶外使用時日光會造成有機樹脂裂解及破壞。若樹脂中含有Si-O或是C-F鍵,兩者鍵能分別高達452及485 kJ/mol,高於UV光線強度,因此在戶外使用時不易劣化,耐候可超過10年,如目前市場上氟碳樹脂產品,其實測耐候性均達15年以上,而有機矽改質聚酯樹脂則可達7~10年。圖三為工研院材化所收集國內外彩鋼產品,針對ASTM G154(UVB-313nm燈源)耐候測試後,各產品表面塗層之光澤保持率變化。其中可發現氟碳樹脂經耐候測試超過900小時,光澤保持率仍相當優異,至於聚酯樹脂或有機矽改質樹脂則大都小於400小時。針對目前商品使用有機矽樹脂改質聚酯,仍無法達到氟碳樹脂之耐候性,工研院材化所近年導入無機塗料,利用無機鍵結高於紫外光之優點,可大幅提升其耐候性,其結果如圖四。從圖中可以發現,無機塗料耐候性與氟碳樹脂塗料相近,在經過UVB 3,000小時後色差仍低於0.5,皆優於聚酯與矽改質聚酯塗料。


圖四、工研院材化所無機塗料與市售樹脂產品耐候性比較

奈米防污設計
目前市場上疏水性防污塗料極需可提升接觸角的技術,根據Barthlott的蓮花效應理論,若要良好的防污效果除了需具備疏水性材料外,還需提高表面微結構粗糙度以提升疏水性,但微米級粗糙表面會造成可見光的散射,使塗層呈現非透明狀態,因利用奈米粒子堆積成奈米尺寸粗糙結構,可達到如蓮花效應之物理性微結構與化學性疏水材料結合之防污效果,但不影響透光度。為了符合鋼板製程效率,並降低添加防污性塗層之成本,必須以自分層(Self-stratifying)技術將防污與耐久性面塗結合,可在一道製程中同時達到防污、耐久與接著等多重特性。此技術更能減少高單價奈米防污處理劑之添加量,降低塗層成本,提高產品市場競爭力。工研院材化所利用化學分析電子儀(Electron Spectroscopy for Chemical Analysis;ESCA),分析所開發之奈米自分層防污塗膜表面的化學元素,針對不同深度塗層進行元素分佈比例分析,結果如圖五所示。在塗膜塗佈完成時,可發現氟元素(主要來自奈米防污粒子)均聚集在表面約1.5 nm的表層……以上內容為重點摘錄,如欲詳全文請見原文


圖五、奈米防污樹脂不同塗層深度元素比例分析

作者:湯偉鉦、黃元昌/工研院材化所
本文節錄自「工業材料雜誌327期」,更多資料請見:http://www.materialsnet.com.tw/DocView.aspx?id=11708


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