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【基础知识】聚乙烯醇缩丁醛树脂(PVB)自述
聚乙烯醇缩丁醛树脂(Polyvinyl Butyral Resin简称PVB)是由聚乙烯醇(简称PVA)与丁醛于触煤作用下进行缩醛反应所合成的一种溶剂型树脂。PVB具有良好的造膜性,PVB形成的涂膜具有高透明性、弹性、韧性、耐强、耐油性、可挠性与低温耐冲击性等优越的特性,而PVB具有特殊的化学结构,所以对玻璃、金属、陶瓷粉、塑胶、皮革及木材等都有优良的接著性;此外对颜料与染料有良好的分散性,与其他树脂也具有不错的相容性。 因为PVB树脂本身含有不少比例的羟基,所以可以跟一些热固型树脂发生架桥反应来提昇化学药品性及涂膜硬度等性能。由于PVB树脂具有上述的各种优异特性,所以被广泛的应用于汽车与建筑物的胶合安全玻璃中间膜、伐锈底漆、烤漆、木器漆、印刷油墨、电子陶瓷及印刷电路板之接著剂、金属与金属、金属与塑胶间之接著剂、热熔胶之改质剂、纺织品铁维防水加工等。各种工业上的新用途也持续不断的被开发应用。
PVB的特性
聚乙烯醇缩丁醛(PVB)树脂的外观为白色圆球状多孔隙度颗粒或粉末,其比重为1:1;但是充填密度只有0.20~0.35g/ml。
热性质Thermal Properties
聚乙烯醇缩丁醛(PVB)树脂的玻璃转移温度(Tg)由低重合度的50℃,直到高重合度的90℃之间;此玻璃转移温度也可加入适量的可塑剂调整之使其降至10℃以下。
机械性质Mechanical Properties
聚乙烯醇缩丁醛(PVB)树脂的涂膜具有良好的耐水性、耐性与耐油性(对脂肪族、矿物类、动物类与植物类油均有抗性,但不耐篦麻油)。因PVB内含有高羟基,对颜料有好的分散性,因此被广泛应用於印刷油墨与涂料。此外其化学结构同时含有疏水性的缩醛基与醋酸基以及亲水性的羟基,所以PVB和玻璃、金属、塑胶、皮革及木头等均有良好的接著性。
化学反应性质Chemical Reaction
任何可与二级醇起反应之化学品,也同样与PVB会产生反应,所以在许多PVB的应用例中,常与热硬化性树脂倂用,使其与PVB之羟基起架桥硬化作用,以达到耐化学药品,耐溶剂及耐水等特性。当然,依热硬化性树脂种类之不同及与PVB之混合比例之不同,可调配不同特性(如硬度、韧性、耐冲击性…等)的涂膜。
安全性质Safety Properties
纯的PVB无毒性且对人体无害,加上可使用乙酸乙酯或醇类当溶剂,所以PVB被欧美国家广应用於食品容器及塑料包装的印刷油墨。
储存性Safety Properties
PVB只要不与水直接接触,可保存两年而不影响其品质;PVB需储存於干燥阴凉处,並避免阳光直接照射,PVB储存时要避免重压。
溶解特性Solubility
PVB溶于醇、酮、酯等类溶剂,对各类溶剂之溶解性依PVB本身官能基组成不同而改变。一般而言,醇类溶剂皆易溶,惟甲醇对高缩醛基者较难溶;对缩醛基愈高者愈易溶解于酮类溶剂及酯类溶剂;PVB均易溶解于醇醚(Cellosolve) 类溶剂;PVB仅部分溶解于二甲苯及甲苯等芳香族类溶剂;PVB则不溶解于烃(Hydrocarbon)类溶剂。
PVB溶液之粘度特性
PVB溶液之粘度受到溶剂的配方与溶剂的种类影响很大;一般而言,若以醇类当溶剂,醇的分子量愈高,则PVB溶液的粘度也愈高;二甲苯与甲苯等芳香族类溶剂及烃类(Hydrocarbon)溶剂可以当稀释剂来降低PVB溶液的粘度;关于PVB化学组成对粘度的影响概括如下,在相同溶剂、各基含量相同下,聚合度愈高者溶液粘度愈高;在相同溶剂、相同聚合度下,缩醛基或醋酸基愈高者溶液粘度愈低。
PVB的溶解方法
使用混合溶剂的场合,其溶解步骤是先放入芳香族类溶剂(如二甲苯、甲苯等)或酯类溶剂(如醋酸正丁酯、醋酸乙酯等)于搅拌中徐徐投入PVB,待PVB分散、膨润后再加入醇 类溶剂(如正丁醇、乙醇等),此时可借升温缩短溶解时间;使用此溶解法,可避免结成团块状(Lump)PVB(因形成团块状PVB后溶解时间将啬数倍),因而可加快溶解速度。一般芳香族类与醇类溶剂比60/40~40/60(重量比),可调配出粘度较低的PVB溶液。溶剂组成中含2~3wt%之水分,可提高醇类溶剂的氢键强度(Hydrogen bonding)可帮助PVB的溶解性。
加工特性Processing Properties
PVB树脂虽然是热可塑性塑料,但在没有添加可塑剂之前几乎没有加工性,一但加入可塑剂后其加工性是非常容易的。PVB可与磷酸脂(phosphate ester)类如TBP,TCP;邻苯二甲酸酯(phthalated ester)类,如DOP,DBP,BBP;及castor oil,triethylene glycol di-butyrate等可塑剂相容。一般涂料与接著剂的用途,经由添加可塑剂来改变树脂特性以符合应用需求,如皮膜柔软性、降低树脂的Tg点、降低热对封的温度、保持低温柔软性等。
相容性Compatability
PVB可与多种树脂相容,如酚醛树脂,环氧树脂、醇酸(Alkyd resin)树脂及三聚氰胺树脂(Melamine resin)。缩醛度较高的B-08SY、B-06SY及B-05SY可与硝化棉以任何比例混合。PVB和醇酸树脂可部分相容。一般型PVB和低分子量的环氧树脂可相容性,而高分子量的环氧树脂则需选择高缩醛度的PVB才能互容。
PVB的应用
环氧树脂添加剂
Additive/Rheology Agent
PVB可以当环氧树脂如复合材料接著剂的添加剂,可改善环氧树脂的流变性并提高环氧树脂的韧性。
适用规格:B06HX、B08HX、B08SY
磷化底漆
Wash Primer/Etch Primer/Shop Primer
PVB Wash Primer是PVB主要用途之一,应用於钢铁、镀锌铁、铝制品及其他金属表面纸防锈处理;常见的应用如船体、飞机、铁桥、储槽、汽车与机车引擎表面底涂、火车、高速公路护、标示牌、水霸钢材等防锈处理。
PVB Wash Primer之组成包括PVB、鉻酸盐类、磷酸、溶剂与颜料等。其防锈原理为磷酸盐膜先腹於金属表面,再籍鉻离子Cr+2 、PVB与磷酸盐形成Complex保护膜,具有极佳之耐水性与防锈效果。PVB Wash Primer可区分为单液型(One-Pack Primer)与双液型(Two-Pack Primer)两种:
1单液型防锈底漆
单液型防锈底漆,由於磷酸添加量较少,所以储存时间较长,可应用於含浸等特殊用途,因保存性良好,使用比较方便,可单独适用或合并其他树脂适用,对钢铁、镀锌铁、锌、铝、玻璃、木材等材质的接著性良好,可达到防锈、耐水、耐药品及提高面漆与底材的接著强度。常见应用例如金属(特别是铝箔、铝板)印刷用油墨、电锌面的保护膜、玻璃著色油墨。
2双液型防锈底漆
一般金属防锈底漆涂以此型居多,因磷酸量较多,防水性、耐侯性较佳,但混合后储藏时间较短,大约8小时。
适用规格:B03HX、B05HX、B08HX
汽车修补漆
Automotive Repair/Retouch Lacquer
汽车钢板之修补底漆,可采用PVB树脂/酚醛树脂/环氧树脂所组成的涂料配方可达到优良的接著强度。
适用规格:B03HX、B05HX、B05SY
陶瓷接著剂Binders for Ceramics
PVB由於具有特别的粒子孔隙度与表面特性,所以投入溶剂中可以很迅速的溶解於大部分的极性与非极性溶剂之中,并赋予生胚相当良好的强度与柔软性,此外PVB和各种常用的溶剂与可塑剂可相容,同时於烧结过程可完全燃烧干净,因此PVB经常被应用在陶瓷刮刀成形(Tape Casting)或其他陶瓷相关制程(如押出、射出、造粒……等)中当做粘著剂之用途。
适用规格:B05SY、B06SY、B08SY、B03HX、B05HX、B06HX、B08HX
煞车片亲里接著剂Blake-lining Binder
PVB可以提升酚醛树脂的韧性,因此PVB与酚醛树脂并用可当煞车片亲里接著剂。
适用规格:B08HX、B17HX
铁罐涂布/烤漆.金属箔涂布
(Cardboard Packaging Impregnation)
将PVB涂布於铝、铜、铅等金属片或金属箔后可增加其强度与耐水等特性,同时具有表面保护的功能;对某些金属印刷工程可籍PVB涂布而增加其印刷适性。PVB可适用於食品包装之铝箔涂布或金属罐头之涂布用。
一般热硬化树脂涂布(如酚醛树脂,三聚氰胺树脂)可并用PVB,来改善涂布均匀性,并减少针孔的发生,并增加涂膜的接著强度、耐横击性、韧性与对性等。
适用规格:B03HX、B05SY、B08SY
蜡烛涂布Candle Coating
PVB与适量可塑剂可调配出蜡烛含浸胶水可以减少蜡油的垂流;另外加入色料可制成蜡烛彩绘漆。
适用规格:B08HX、B08SY
包装纸板含浸
Cardboard Packaging Impregnation
PVB溶解於醇类溶剂中可做成包装纸板的涂布漆或喷漆,可赋予纸板的耐水与耐曲折性。常见应用如香烟、洋酒盒等。
适用规格:B03HX、B05HX、B08MX、B08SY
水泥漆Soncrete Paints
以PVB与酚醛树脂并用制作水泥面之底漆可防止水泥 性渗出而保护面漆,增加面漆的使用期限。适用规格:B05HX、B08HX
印刷油墨Printing Inks
因PVB具优良的造膜性,接著力、可挠性、可做凸版印刷油墨(Gravure Printing Inks)、凸版印刷、橡皮凸版印刷用油墨的粘著剂;另外PVB可溶於较低沸点溶剂应用於快速印刷。
适用规格:B03HX
色母粘著剂
Binder for Predispersed Pigments
低粘度PVB B03HX可应用於分散色料的制作。
粉体涂料流动助剂
Flow Agent in Powder Coatings
因粉体涂料无须任何溶剂,可节省溶剂、储存与运输费用及传统涂料中溶剂挥发所用能源,并可避免空气污染,近年来在应用上有增加的趋势;以环氧树脂为主体的粉体涂料,PVB加入可增加edge-covering效果与涂膜的耐衡集强度。
适用规格:B03HX、B05HX、B06HX、B08HX、B05SY、B06SY、B08SY
纺织品上浆sizing agent,alcoholic
因PVB本身透明性,又可耐光、耐老化;对尼龙、棉、羊毛、聚酯纤维,玻璃纤维等难接著品都有极强接著力,且涂膜的可挠性佳,手感良好。若与热固性树脂如尿素树脂、酚醛树脂、三聚氰胺树脂等起架桥反映后可达成长期有效的目的,而赋予防水。防污染,外观好等作用,可用于窗帘布、浴帘布,桌布、椅套、雨水、工作服等加工处理。
适用规格:B08HX、B17HX
齿轮涂料/耐油涂料
Gear Paints Resistant
因PVB本身具有良好耐油性,与热固性树脂并用经烘烤交联后所形成的涂膜具有良好的附著力与耐汽油、润滑油等特性,可用于油箱内部或其他需要耐油的金属零件。
适用规格:B03HX、B05HX、B06HX、B08HX、B05SY、B06SY、B08SY
热封凡立水Heat Sealable Lacquers
纸张、金属箔或其他各种材质经涂布PVB胶水后,可应用于包装材热封,同时可提高包装材光泽,也可经压纹而得到特殊效果。热封温度需参考各种聚合度的PVB软化点而定,此外也可以添加可塑剂降低热封温度。
适用规格:B03HX、B05HX、B06HX、B08HX、B05SY、B06SY、B08SY
热熔胶,金属贴合
Hot Sealable Lacquers
PVB调入可塑剂、蜡、助流性树脂、抗氧化剂等可做热熔胶。亦可添加色料或其他添加剂适合于难接著面之接著或要求透明之场合的接著其应用,如金属箔的贴合。
适用规格:B03HX、B05HX、B06HX、B08HX、B05SY、B06SY、B08SY
防脆裂保护涂料Implosion Protection
PVB与玻璃有良好的接著性,玻璃制品经涂布PVB胶水会形成一层无色透明薄膜,可防止玻璃制品破裂碎片伤人,其应用如灯泡内部的涂布。
适用规格:B03HX、B05HX、B06HX
皮革涂料Leather Coatings
PVB并和硝化棉、可塑性、颜料等配成皮革涂料,可获得优良的接著性及长久柔软性并可防止涂膜之龟裂剥离。以PVB混合硝化棉,能对皮革产生很强的接著力,可做成皮革皮革接著剂。
适用规格:B05SY、B06SY、B08SY
暂时性保护膜
Strippable Packaging Lacquers
低粘度PVB B03HX、B05SY可并用可塑剂制作可撕性暂时性保护膜。
磁带粘著剂
Magnetic Recording Tape Coatings
利用PVB对磁粉优良的分散性及接著性,可用于高级磁带粘著剂
适用规格:B03HX、B05HX、B06HX、B08HX、B05SY、B06SY、B08SY
硝化棉凡立水Nitrocellulose Lacquers
PVB与硝化棉又部分的相容性,因此PVB与硝化棉并用可提升PVB涂膜的硬度,并改善硝化棉的接著性。
纸张凡立水Paper Lacquer
纸张经涂布PVB/可塑剂系统的胶水后,除了具有热封与耐油性之外还可增加印刷的光泽。
适用规格:B03HX、B05HX、B06HX、B08MX、B05SY、B05SY、B06SY、B08SY
塑胶制品面漆/光泽保护涂料
(Surface Finishes/Glossy Protection Paints)
除了醇类溶剂外,大多数的溶剂皆会侵蚀塑胶制品表面;而PVB极易溶于醇类溶剂,最适合用于PS、PMMA、PC、ABS等塑胶制品表面的涂料。于塑胶制品表面涂布PVB,可藉此保护膜增加强度、光泽性或作染色之粘著剂。
适用规格:B03HX、B05HX、B06HX
感压胶接著剂
Pressure Sensitive Adhesive
应用于OPP或PVC感压性胶带。
适用规格:B03HX、B05HX、B06HX、B08HX、B17HX
铜箔接著剂
Printed Circuit Board Adhesive
籍PVB、酚醛树脂与环氧树脂并用,将铜箔接著剂涂布于铜箔上,再与含浸纸热压贴合制成积层板可获得优异的半田耐热性,剥离强度及介电性质。
适用规格:B10TX、B11TX、B12TX
反射镜粘著剂Reflecting Sheet Binder
以PVB与胺基树脂并合适用,适合于反射镜粘着。
适用规格:B10TX、B11TX、B12TX、B17HX
安全钢盔/安全帽
Safety Helmets for Work and Sport
Kevlar纤维或其他纤维于PVB与酚醛树脂并用胶水或PVB改质胶水中含浸干燥后,即可热压成型制造重量轻且耐冲集性佳的安全钢盔。
适用规格:B08HX、B17HX、B08SY
不织布接著剂
Binder for Nonwoven Cloth
PVB对于大部分纤维具有良好的接著强度与柔软性因此PVB可应用与不织布接著。
适用规格:B03HX、B05HX、B06HX
热压成型接著剂Binder for Compression
PVB对大部分纤维与粉状物质有良好接著性,因此PVB与这些物质混合均匀后,以热压成型方式制造各种物件。