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UV固化竹木基輥涂漆的研制,介紹了竹木專用UV 固化底漆和面漆的生產工藝
2019年08月10日    閱讀量:696    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 前言

紫外光固化涂料是一項快速發展的“綠色”新技術,其優點突出:無或低VOC 排放、節省能源、固化速度快、生產效率高、適合流水線生產、固化溫度低、適合涂覆熱敏基材等。


40 多年來,隨著此項技術的發展,光固化涂料已廣泛應用于化工、機械、電子、輕工、通訊等領域,不僅在木材、金屬、塑料、紙張、皮革上得到大量使用,而且也成功地用于光纖、印刷線路板、電子元器件封裝等方面。本文重點介紹了竹木制品用UV 固化輥涂漆的生產工藝涂料在線coatingol.com


從底/ 面漆涂裝效果入手,探討了填充料和助劑等原材料的選擇對漆膜性能的影響,且針對性地分析了漆膜弊病產生的原因與原材料應用的關系。


1 生產工藝

1.1 底、面漆的工藝實驗配方(表1、表2)

底漆配方

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面漆配方

1.2 原材料

低聚物:6105-80 雙酚A 環氧丙烯酸酯,江蘇三木公司;707 樹脂(聚酯丙烯酸酯),廣東中山千葉合成化工廠。

活性稀釋劑,也稱單體:TP(三丙二醇二丙烯酸酯)、TM(三羥甲基丙烷三丙烯酸酯)、HEMA(甲基丙烯酸羥乙酯)、活性胺等,南通利田化工有限公司、江蘇銀燕化工有限公司。

光引發劑: 二苯甲酮、1103(2- 羥基-2- 甲基-1-苯基丙酮),常州華鈦化學股份有限公司。

顏、填料、助劑等添加劑雖然不是光固化涂料的主要成分,而且在涂料中所占比例很小,但它們對完善涂料的各項性能起著重要作用。氣相二氧化硅用于底漆中起觸變、防沉的作用,還可防止結塊,改善分散性能,以提高其應用性能。微粉化蠟用于面漆中以增強其表面滑爽性和手感,同時防止氧阻聚的發生。

1.3 底、面漆的生產工藝

在生產底漆時,先投入部分單體和潤濕分散劑,用于浸泡配方體系中的粉料(如硬脂酸鋅、滑石粉、氣相二氧化硅,阻聚劑等),浸泡4 h 左右后,緩慢投入低聚物,分散10~20 min,投入光引發劑。中速分散20~30 min,用剩余單體將分散缸內壁周圍濺上的漆液和粉料洗落,最后加入消泡劑,分散10~20 min 后靜置,檢驗合格后即可灌裝。面漆的生產工藝與底漆類似,只不過投入的粉料不同。高光清漆中可加入適量微粉化蠟以提高手感和滑爽性,亞光清漆中加入消光粉,分散時間稍長。

1.4 性能檢測

按國家化工行業標準(HG/T 3655—1999)進行性能檢測,UV 光固化竹木基底/ 面漆的性能指標見表3。

UV 光固化竹木基底/ 面漆的性能指標

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注:除硬度、光澤和耐磨性3 項使用玻璃板制板外,其余檢測項目均在工藝要求材質上檢測。


2 涂料施工工藝

竹木專用UV 漆的基本施工工藝流程如下:

用打磨機打磨竹木底材表面,除去毛刺等雜質后,再除去灰塵→輥涂1 道底漆,UV 固化→用打磨機打磨底漆,用空氣壓縮機吹除表面粉塵,如有必要,可再上1 道底漆→輥涂1~2 道面漆,UV 固化→成品。

施工注意事項:

(1) 竹木制品表面必須無塵,打磨要徹底,并且封底嚴密,否則會產生麻點等弊病;

(2) 應保持輥涂設備潔凈無塵;

(3) 涂料使用前需充分攪勻,以免引起光澤不均勻的現象;

(4) 調節輥子的間距可調整輥漆厚度,輥漆增厚時流平性好,漆膜豐滿度高,輥得薄時則漆膜豐滿度和光澤會有所下降;

(5) 涂料在冬天施工時可用加熱器適當加溫,夏天可直接使用;

(6) 底漆必須徹底打磨,打磨后必須徹底除凈粉塵,否則會引起層間附著不良;

(7) 用戶可根據UV 機的燈管功率自行調節傳送帶的速度,不宜過快,否則易引起漆膜表面回粘,影響質量。



3 影響漆膜施涂效果的因素研究

3.1 低聚物的選擇

與傳統溶劑型涂料類似,光固化涂料的成膜性能主要取決于低聚物的性能。所以,低聚物種類的選擇至關重要。在本文介紹的涂料體系中,主體樹脂選擇雙酚A 環氧丙烯酸預聚體,其分子中含有苯環,故樹脂有較高的剛性、強度和熱穩定性,同時側鏈的羥基有利于極性基材的附著和顏料的潤濕。雙酚A 環氧丙烯酸酯在低聚物中是光固化速度最快的一種,固化膜硬度大、光澤高、耐化學藥品性能優異、耐熱性和電性能較好,此樹脂的主要缺點是固化膜柔性差,脆性高,同時耐光老化和耐黃變性差,不適合戶外使用。在高光面漆體系中,為獲得高光澤度、高硬度,用它作為主體樹脂即可。在底漆體系中,仍以其作為主體樹脂,但底漆用于封閉底材,需要很好的潤濕性和柔韌性,需選用聚酯丙烯酸酯與之配合改善其總體性能,兩者合理匹配才能得到理想效果。而在亞光面漆體系中,聚酯丙烯酸酯的用量可適當增加,從而可以同時降低體系的光澤和粘度,而單體在此體系中所占的比例要盡可能高,因為亞光體系中由于消光粉的介入,整個體系的粘度會上升得很快。在高光體系中,6105-80 用量對漆膜性能的影響見表4。

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高光體系中6105-80 用量對漆膜性能的影響

從表4 中明顯可以看出:隨著6105-80 用量逐漸升高,體系光澤也逐漸升高,同時硬度也隨之上升。

3.2 添加劑的作用及其對漆膜透明度的影響

3.2.1 填充料

為賦予底漆良好的打磨性和低成本,需要添加一定量的填充料,常用的填充料多為硬脂酸鋅和滑石粉。硬脂酸鋅的添加量為2%~4%,有利于底漆的打磨,可以使底漆打磨后手感順滑;滑石粉一般用1 250目以上的,直接高速分散均勻即可,用量為5%~20%,提供填充性和潤濕性。滑石粉的添加量不宜過多,否則易引起漆膜發白和影響漆膜的透明性。現已有用新型的填料——透明粉(用量約10%)來取代滑石粉,這樣既保證了底漆有良好的透明度,又綜合考慮了產品的成本。底漆中加入了這些填充料后,極易在短時間(5~10 d)內產生沉淀,故必須選用比表面積較大的氣相二氧化硅用做防沉劑,用量在0.5% 即可,增稠和防沉效果很好。

3.2.2 消光粉

消光粉已廣泛用于亞光清漆的制備。對于亞光清漆來說,消光的同時不應降低漆膜的透明性,所以漆膜內部的顆粒必須不散射光。因此消光劑的折射率要盡量接近成膜基料的折射率。大多數樹脂基料的折射率在1.4~1.6 之間。合成二氧化硅的折射率為1.47,很多填料的折射率也在此附近。除此之外,還要考慮消光粉的消光效率,消光粉的消光效率跟涂料體系的固化速度也有關系,固化速度慢的體系,由于在干燥過程中,消光劑逐步沉入漆膜之中,所形成的表面不平整度太小,以致未能發揮消光作用。使用消光粉時還要注意體系的粘度會上升,粘度上升較快時假增稠現象較明顯。在考慮亞光清漆的配方比例時,要注意將主漆料的粘度調至較低,這樣最終生產出來的油漆粘度才不至于過高。

3.2.3 消泡劑

消泡劑的選擇對UV 光固化竹木基涂料體系至關重要,消泡劑選擇不當會產生下列不良影響:

(1) 影響漆膜外觀、光澤、透明度;

(2) 影響漆膜手感和滑爽性;

(3) 輥涂施工中極易產生大量氣泡,間接影響漆膜質量;

(4) 開桶效果不好,大量氣泡未能消去,浮在涂料上層。

光固化涂料最常用的消泡劑是有機聚合物和有機硅樹脂,要通過實驗進行篩選,以獲得最佳的消泡劑品種、用量和最合適的添加方法。消泡劑過量易引起漆膜縮孔、失光等弊病。在亞光清漆中,由于消光粉的介入,氣泡持久難以消散,這時需要添加強效消泡劑。在此UV 體系中,我們推薦使用BYK 055 和BYK 088,尤其是BYK 088 破泡能力強,投料時最后添加,在高剪切力下可以分散均勻。BYK 088 在添加量為0.5% 時消泡效果較為理想。除選擇消泡效率高的消泡劑外,保證足夠的靜置時間也是影響開桶效果的一個重要因素,因為消泡劑的完全效果要在投入體系24 h 后才能

獲得。

3.2.4 微粉化蠟的添加

為了增加高光面漆的手感和滑爽性,可以適當添加少量的微粉化蠟,但要注意用量,添加量過多會影響高光清漆的光澤。除此之外,有機硅助劑也可增進涂層表面的平滑性能而不影響其光澤,但同樣需控制用量,否則易引起縮孔、縮邊等缺陷。這里建議使用微粉化蠟,生產時直接加入,在漆液中易分散。在獲得增滑效果的同時,漆膜的流平性、抗劃傷性、耐磨性、抗沾污、抗粘連性及易清潔性會獲得同步效應。微粉化蠟除了配成漿狀物后加入涂料中分散外,也可直接加入涂料中分散,切勿過度研磨。使用高分子蠟對光固化涂料還有提高光固化速度的作用,因為蠟容易遷移至涂料表面,阻隔氧的進入以減少氧阻聚作用。

3.2.5 阻聚劑的添加

光固化涂料是一種聚合活性極高的特殊涂料。它的主要成分低聚物和活性稀釋劑都是高聚合活性的丙烯酸酯類,另一重要組成光引發劑又是極易產生自由基或陽離子的物質。這樣的混合體系極易受外界光、熱等影響而發生聚合,必須加入適量的阻聚劑。一般在原材料低聚物中已添加少量阻聚劑,常用的阻聚劑有酚類、醌類、芳胺類、芳烴硝基化合物等。空氣中的氧也是很好的阻聚劑,因此在涂料裝罐時需留有空間,使它在貯存中讓空氣發揮氧阻聚作用。而涂料使用過程中一定要克服氧阻聚,從而提高涂料的反應活性。


4 結語

以上介紹的是最基本的清漆輥涂體系,隨著光固化技術的不斷革新和進步,更多、更復雜的體系不斷出現。例如,用于摩托車、電瓶車和汽車上的塑料罩光漆,用于紙張上光的清油,用于制造錢幣及其防偽技術的涂料等等,乃至在水性涂料和粉末涂料領域都有很好的發展。而在有些有色體系中,由于顏料的加入,對紫外光存在著吸收與反射、散射作用,使紫外光照射到涂層后,強度發生變化,影響光引發劑的引發效率,從而影響到涂料的光固化速率。這是技術瓶頸之處,目前有2 條解決途徑:一是先用傳統的有色漆作底,再罩上光固化清漆,許多塑料行業或電瓶車、摩托車行業都采用此種方法。二是選擇將透明顏料或染料直接添加到光固化清漆中,采用多道覆蓋加深顏色的方法。同時,要考慮選擇有較高的吸光波長、較強的吸光性能的光引發劑,例如:ITX 和907 等,這些光引發劑配合特別適用于有色體系的光固化。


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