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關于改進輥涂UV 高光面漆流平性的研究,為改善UV 高光漆輥涂中的流平性提出了設計構想和理論分析
2019年08月10日    閱讀量:247    新聞來源:中國牛涂網-涂料,化工,機械,建材,行業資訊門戶網站  |  投稿

0 引言

隨著近年來人們環保意識的增強,以及環保法規的制定,紫外光固化涂料(簡稱UV 涂料)的應用越來越多。紫外光固化涂料是目前所有涂料中涂裝方式最為復雜多變的涂料體系,基本上涵蓋了噴涂、浸涂、擦涂、淋涂和輥涂。由于UV 的可視性固化方式的局限性,在目前的所有涂裝方式中,特別是家具的涂裝方式主要以輥涂為主涂料在線coatingol.com。由于西方人審美觀的不同,出口家具和地板的涂裝方式多以美式仿古為主,從而面漆涂裝主要采用10°~50° 的亞光涂料,對亞光涂料薄涂膜的輥涂來說,流平性要求不是很高,甚至輕微的非流平性對亞光表現還有些許的幫助[1]。UV 涂料自20 世紀90 年代中期引入我國家具涂裝業后,對于高光涂飾,一直是一道邁不過去的門檻,特別是我國東北、中原、西部的消費者傾向于高光涂飾,輥涂的高光面漆流平性都不是很好,橘皮現象嚴

重,迫切希望高光面漆的流平性得到改善。為了改善高光UV 涂料的輥涂效果,我們成立了專門的課題組進行項目的研討,從流平性的影響因素及輥涂涂裝的特殊性進行分析,提出了高光UV 涂

料輥涂流平性的改善途徑。


1 關于輥涂流平的相關基本原理

1.1 流平性基本概念

流平性(levelling property)是指涂料在承涂物上流平均勻呈現足夠光澤而無針孔的性能;涂料施涂后,濕漆膜能夠流動而消除涂痕的性能,是涂料施工性能中的一項重要指標。一般來說,流平性與涂料的黏度、表面張力和使用的溶劑等有關。因各國標準不同,相應所規定的流平性測定方法也不同。我國國標中,以涂膜恢復或達到均勻平滑表面所需時間來表示,10 min 之內流平的涂膜為流平性良好。美國ASTM 檢測標準中,對于白色及淺色漆,以刮成的幾對不同厚度的平行條形涂層完全和部分流到一起的數目,與標準圖形進行對照,用0~10 級表示,10 級表示完全流平,0 級流平最差。當涂料剛被涂布于底材上時,會留下施工痕跡(刷痕、接痕、輥痕等),形成的濕膜是不平整的。不平整的濕膜表面會出現凹凸,此時的表面積比平整時要大,相對的表面能也要大。達到平整時,其表面積最小,表面能也最低,所以濕膜才會流平,這個過程是依靠不同位置濕膜的表面張力差來實現的——也就是流平[2]。

1.2 UV 輥涂的特殊性

UV 涂料的固化與其他類型涂料相比有其特殊性,其一是固化時間極短,無溶劑的UV 涂料涂布后大概在3~10 s 內就會固化,對于輥涂來說幾乎流動流平的效果很難奏效;其二是體系中沒有溶劑,靠丙烯酸酯單體稀釋,黏度大,表面能很難降低;其三是輥涂帶來的高剪切涂裝方式不但沒有讓涂料平覆地涂上去,還因剪切壓覆造成不平效果。正是由于輥涂的特殊性,對于輥涂UV 高光涂料來說,流平一直是一個很難解決的問題。


2 實驗部分

2.1 實驗準備及設備

在12 cm×60 cm 的板上預先涂布3 道UV 底漆,固化砂光平整。輥涂面漆的設備是輥涂機(其中PU 膠棍的硬度是50 度),流平線長3 m,施工限速15 m/min,紫外固化機為三燈300 mJ/cm2 的能量固化。整套設備均由浙江明錦設備制造有限公司提供。

2.2 試驗配方基本體系

在表1 所提供的配方下進行平行性實驗。由于體系的其他物性關系,對低聚物和三官能團單體不作改變。

UV 輥涂面漆配方

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2.3 實驗結果評價

采用相同的涂裝方式,漆膜固化后用肉眼觀察漆膜的平整性,是否有橘紋、凹坑等視覺現象,然后用比較的方法來確定流平性的好壞。


3 結果與討論

涂料的表面張力(即表面能)對涂料的生產、施工以及最終的涂膜質量都有重大影響,所以在涂料配方設計中,如何降低表面張力顯得十分重要。為此,我們從如何降低UV 輥涂涂料體系表面能入手,從單體選擇、體系黏度、助劑、施工工藝方面做一些探討。

3.1 體系單體表面張力的影響

UV 涂料大致由以下幾部分組成:低聚物、單體、光引發劑、助劑、填料。要使涂料表面能低,就要注意相關體系的相容性,并且設計配方時要注意相關材料的表面張力的匹配。由于成膜物性要求,低聚物高黏度,極性差別不大,所以我們固定一種低聚物來考慮,表2 是我們收集國內目前在售的長興、沙多瑪(美國)、三木、利田、天驕幾家公司的原材料,測其表面張力,取其誤差小于5% 的相同品種的平均值。

常見低聚物及單體的表面張力

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由表2 可見:相同的體系選用不同的單體結果是有差別的,表1 配方中,僅改變二官能團單體而其余原料不變時,會得到表3 的結果。由表3 可見:選用低表面張力的單體,整體配方表面能也低一些,有助于涂料的流平。效果最好的是PO-NPGDA。

改變二官能團單體涂料體系表面張力的變化

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3.2 黏度對流平的影響

我們通過減少5% 的二官能團單體PO-NPGDA 來改變體系黏度,上機輥涂,涂布量同樣控制在15 g/m2。結果發現,體系黏度越大流平越差,當然黏度越小,流平越好,但黏度太小,涂料不容易上輥,這樣涂布量就做不大,通過實驗,我們認為體系黏度控制在200~250 mPa·s(25℃)比較適宜。為了增加流平,改進施工黏度也很重要,由于UV 體系的稀釋單體是丙烯酸酯類單體,溶解能力好的單體更易降低體系的黏度,通過實驗與經驗,發現HDDA 和HEMA 的稀釋溶解性特別好,容易使體系黏度降低,流平也好。

3.3 助劑對流平的影響

對于涂料而言,流平助劑是與涂料體系有限混溶的線性樹脂,從結構上看,它們與表面活性劑不同,不具有親油基、親水基的特殊結構。因為分子結構的差異,它們的性質也有差異,流平助劑遷移至涂料濕膜的表面就是由它們的有限混溶性決定的。隨著有限混溶性的降低,流平助劑會富集于濕膜表面,使濕膜表面的揮發減少,保持濕膜流動性增強。從而發揮流平作用,減少痕跡,提高漆膜的流平性。含硅類流平劑有助于增加流動性,丙烯酸酯類流平劑有助于漆膜的平展性。一般含硅類的流平劑相容性很有限,丙烯酸酯類流平劑均是大分子類的,可增加有限不相容性。另外,目前還有一類三聚氰胺類的流平劑,它是通過迅速遷移至表面來增加漆膜流平性,這類流平劑很少用,因為通過在配方中直接使用氨基樹脂就可以達到相同的效果,所以一般使用氨基的體系不加或加很少量流平劑。

使用含硅類助劑不但混溶性下降,還能迅速降低涂料的表面張力至20 mN/m,優點明顯,但也有不足,最主要是混溶性較差,實際用量達0.05% 就可以達到效果,稍微過量就會有副作用,不易分散,造成縮孔、厚邊等現象,用量過多還會污染環境和影響重涂性,通常配成稀溶液后,再通過聚醚改性來提高混溶性,但耐熱性稍差,此時可以根據配方選一些聚酯改性的硅油類流平劑。我們選用了BYK、EFKA、德謙、TEGO 的各類流平助劑做了大量的實驗,結果見表4。

不同流平劑的影響

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由表4 可見:所有含硅類助劑在UV 涂料輥涂中效果均不是太好,均有不同程度的橘紋。部分丙烯酸酯類流平劑和含氟類流平劑具有一定效果。這可能與輥涂這種施工方式有關,涂料在高剪切下涂裝造成外力運動大于體系表面活性向上移動的結果,大量的實驗表明,目前基本上沒有一種含硅類助劑能對高光輥涂產生明顯的流平效果。丙烯酸酯類和含氟類流平劑對于輥涂高光涂料是有幫助的,這也許與這類流平劑具有長波流平有關,建議選擇丙烯酸酯類與含氟類流平劑拼用效果較好。


3.4 涂裝工藝的影響

對于輥涂來說,除通過涂料相關性能改進流平效果以外,改進施工工藝也會促進流平性的改進。具體來說,可以通過以下二方面來改進。第一,設備的改進。近年來新開發的一種鐳射輥,只要設計好相關低黏度體系的輥涂涂料便可以進行操作,效果近似于淋涂,這種方法相當于一種轉移涂布,通過印刷轉印的方式把鋼輥統一地刻入一定深度,把涂料填入后轉移到硬膠輥上,再轉移到承涂物上,整塊涂布,很平整,但由于是直接硬輥轉印,所以對承涂物的平整性要求極其嚴格,一般應小于0.2 mm,否則就會出現漏涂。另外設備上還可以用傳統的正逆輥的模式,前面輥涂正滾,后面用逆輥來收平涂料,這種涂布方式對于調整施工的轉速等搭配很重要,操作較繁瑣,現在基本不采用,但其實掌握好操作方法,涂布出來的效果還是很不錯的。

第二,引入紅外流平。由于輥涂的施工時間很短,要加快其流平,只有靠提高固化前溫度,加快流動性,一般建議使用紅外流平的方法。使用50~60℃的紅外流平10 s 左右,便可提高流平效果。


4 結語

通過對輥涂UV 高光面漆流平性的實驗摸索和探討可知,要改進輥涂施工中的流平性,主要是盡量采用低表面張力和溶解性好的單體,涂料體系的黏度控制在200~250 mPa·s(25℃),另外選擇丙烯酸酯類和含氟類流平助劑搭配使用。在施工中使用鐳射輥和正逆輥及增加紅外流平都可以改善輥涂UV 高光面漆的流平性。


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