包装涂料发展很快,品种繁多,按其主要成膜物质不同,可分为多个系列。其中主要有以单纯油脂为成膜物质的油性涂料,如清漆、厚漆、油性调和漆;以油、天然树脂为主要成膜物质的油基涂料,如磁性调和漆;以合成树脂为主要成膜物质的涂料等大类。由于包装上常用涂料多以合成树脂为主要成膜物质,故以下主要介绍此类涂料。
1.酚醛树脂涂料
酚醛树脂涂料又称酚醛漆,其主要成膜物质是酚醛树脂(或改性酚醛树脂)。酚醛树脂用于涂料中已有很长的历史,主要是代替天然树脂与干性油配合制漆。酚醛树脂作为主要成膜物质可以使漆膜有一定硬度并具有光泽、快干、耐水、耐酸碱等性能,所以被广泛应用。尤其是酚醛树脂的成本较低,所以酚醛树脂漆在涂料中占很大比重。酚醛树脂涂料应用较多的有改性酚醛树脂涂料与油溶性纯酚醛树脂涂料两类。
(1)改性酚醛树脂涂料。在酚醛树脂分子中引入能与油或其他树脂相混溶的基团,而使酚醛树脂得以改性,这样就可制成具有各种不同性能的涂料。其中以松香改性酚醛树脂涂料最为主要。
松香改性酚醛树脂是将酚醛树脂与松香、甘油共煮,先制成松香改性酚醛树脂。它的软化点比松香高40℃~50℃,油溶性好,通过改性使酚醛树脂能溶入干性油,同时酚醛树脂又提高了甘油松香酯的耐水、耐油、耐化学等特性。
松香改性酚醛树脂与干性油构成了此类涂料的主要成膜物质。在此基础上加入不同种类的溶剂、颜料、催干剂等,就可制成各种类型的松香改性酚醛树脂涂料,如酚醛清漆、磁漆、底漆、防锈漆等。
(2)油溶性纯酚醛树脂涂料。油溶性纯酚醛树脂就是将纯酚醛树脂直接溶入油中,但不是所有的纯酚醛树脂都能溶入油中,只有用对苯基苯酚、对环己酚、对叔丁酚、对戊基苯酚制得的酚醛树脂才可溶入油中。由于酚环上引入烃基,随着烃基部分的增加,极性受到改变,作为一个整体的酚来看,就更接近烃的性质。这是它能溶入油中的主要原因。
纯酚醛树脂具有很好的耐水性、耐气候性、耐溶剂性等特性,与干性油(桐油)热炼,所制得的涂料的涂膜坚硬而有韧性,干燥快,附着力好。虽然耐气候性稍次于醇酸树脂涂料,但是耐水性、耐化学腐蚀性比醇酸树脂漆要高。
在包装中酚醛树脂涂料主要用于食品容器铁罐外壁涂装。
2.醇酸树脂涂料
醇酸树脂是由多元醇、邻苯二甲酸酐和脂肪酸或油(甘油三脂肪酸酯)缩合聚合而成的油改性聚酯树脂。按脂肪酸(或油)分子中双键的数目及结构,可分为干性、半干性和非干性三类。干性醇酸树脂可在空气中固化;非干性醇酸树脂则要与氨基树脂混合,经加热才能固化。另外,也可按所用脂肪酸(或油)或邻苯二甲酸酐的含量,分为短、中、长和极长四种油度的醇酸树脂。醇酸树脂固化成膜后,有光泽和韧性,附着力强,并具有良好的耐磨性、耐候性和绝缘性等。
醇酸树脂是醇酸树脂涂料的主要成膜物质,作为涂料使用醇酸树脂一般需要经过改性,最普遍采用的是干性油改性。如果用这种树脂直接制作涂料,不仅性能很差、易脆裂,而且不能在有机溶剂中溶解,因此一般在醇与酸的缩聚过程中,需要加入干性油进行共缩聚。由于干性油是三个长碳链的油酸和甘油的酯化物质,链烃在油的结构中占很大比重,因而结构相似的链烃、环烃、二甲苯就能溶解油脂。另一方面油与纯醇酸共缩聚,能改善成膜物质的脆裂性,提高柔韧性,使涂膜具有良好的弹性。
醇酸树脂涂料是目前涂料中产量最多的一种合成树脂涂料。不仅它本身可以制成多种性能优越的品种,并且与其他类型树脂的混溶性很强,从而能提高和改进各种类型树脂漆的物理化学性能。醇酸树脂涂料具有耐候性、附着力好和光亮、丰满等特点,且施工方便。但涂膜较软,耐水、耐碱性欠佳,醇酸树脂可与其他树脂配成多种不同性能的自干或烘干磁漆、底漆、面漆和清漆,涂装用途十分广泛。
3.氨基树脂涂料
(1)氨基树脂涂料的组成和分类。氨基树脂涂料是以氨基树脂和醇酸树脂为主要成膜物质的一种涂料。脲醛树脂、三聚氰胺甲醛树脂等都称为氨基树脂,它们由三聚氰胺、尿素、甲醛缩合而成。但单纯的氨基树脂经过加热固化后的漆膜很硬脆,附着力差,不能单独制漆。一般与醇酸树脂混合制漆。这样氨基树脂改善了醇酸树脂的硬度、光泽、烘干速度、漆膜外观及耐碱、耐水、耐磨的性能。醇酸树脂也改善了氨基树脂的脆性、附着力。由此所得的漆膜将兼有两种树脂的综合特性。
氨基树脂与醇酸树脂混合制漆,氨基树脂都要经丁醇醚化改性,才能溶解在有机溶剂中(丁醇、二甲苯),并可与其他合成树脂相混溶。氨基树脂涂料一般分为三类:
•高氨量——醇酸树脂:氨基树脂=1~2.5:1
•中氨量——醇酸树脂:氨基树脂=25~5:1
•低氨量——醇酸树脂:氨基树脂=5~9:1
氨基含量越高,膜的脆性增大,附着力越差,所以一般使用“中氨基”含量涂料的较多。
(2)氨基树脂涂料的性能特点。
•清漆色浅,不易泛黄。
•漆膜坚硬、附着力好、机械强度高,耐气候性好、装饰性很好。
•具有一定耐水、耐油、耐磨性能。
4.环氧树脂涂料
环氧树脂是泛指含有两个或两个以上环氧基,以脂肪族、酯环族或芳香族等有机化合物为骨架并能通过环氧基团反应形成有用的热固性产物的高分子低聚体。当聚合度n为零时,称之为环氧化合物,简称环氧化物。
环氧树脂是一种从液态到黏稠态、固态多种形态的物质。它几乎没有单独的使用价值,只有和固化剂反应生成三维网状结构的不溶不熔聚合物才有应用价值,因此环氧树脂归属于热固性树脂。
以环氧树脂为重要成膜物质的涂料,有很好的附着力和耐腐蚀性。有溶剂型、无溶剂型和粉末型三种。如环氧酯树脂涂料,是一种溶剂型环氧树脂涂料。耐化学腐蚀性和烘干温度都比热固化品种低,可由环氧树脂和脂肪酸反应制得。
环氧树脂涂料被广泛用于包装容器上,如作为软管(牙膏、鞋油等)、罐头、包装容器内壁涂料等。另外,目前在食品罐头涂料中使用较多的是以高分子量环氧树脂和酚醛树脂共聚而成的环氧酚醛涂料,可用于菜、肉类、禽类、水产食品罐头的内壁。
5.丙烯酸树脂涂料
丙烯酸树脂涂料是一种比较新型的涂料。由于石油化业的迅速发展,合成丙烯酸树脂的单体品种增加,其成本大幅度降低,因而使其成为发展速度最快的合成树脂涂料之一。丙烯酸树脂涂料具有如下特点。
•优良的色泽及良好的保色、保光性能。由于丙烯酸树脂在大气及紫外光照射下不易发生断链、分解或氧化等化学变化,因此其颜色及光泽可以长期保持稳定,并可制成中性涂料。如调入铜粉、铝粉,能使涂层具有类似金银一样光辉的色泽,并且不会变暗。
涂料长期保存也不会变质。
•良好的耐热性能(可在180℃以下使用)及突出的防湿、防霉等性能,也可以通过改变配方及工艺来控制漆膜的硬度、柔韧性、耐冲击性、抗水、抗油等性能。
丙烯酸树脂涂料还是一种优良的装饰性涂料,多用于各类罐头容器内外壁、蒸煮消毒的保护性涂装、包装用木器品、轻金属表面的涂装等。在商品外包装上使用较少。本章小结
在这一章中介绍了包装中使用的金属、玻璃、复合材料及包装中的胶粘剂与涂料。
金属材料部分包括钢、铁、铝及金属复合材料的构成、主要品种,以及在包装中的应用。
包装用玻璃材料的分类、包装用玻璃的性质、包装用玻璃制品等。
包装中复合材料的构成与分类,及复合材料在包装中的应用,并简要介绍了复合材料的发展与创新。
最后分别介绍了包装中胶粘剂的基本构成、分类、包装中常用胶粘剂,以及包装涂料的组成、包装涂料的分类、命名及常用包装涂料。