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五金底材用UV固化涂料的配方設計,采用丙烯酸酯化的聚酯、二丙烯酸酯齊聚體、CAB 551-0.01 樹脂為主要成膜物
2019年08月10日    閱讀量:971    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

紫外光固化涂料以高能量的紫外光為涂料固化的能源,通過光引發劑吸收紫外光,產生活性自由基,進而引發可光固化的樹脂發生一系列聚合反應,使涂膜固化。其固化速度快、能量利用率高、節省能源、涂料100% 反應成膜、無溶劑揮發污染,是新一代環保型涂料。它具有高強度、高硬度、高耐磨性、高光澤、高耐溶劑性等性能,在許多表面涂裝領域得到應用涂料在線coatingol.com

本文以丙烯酸酯化的聚酯、二丙烯酸酯齊聚體、CAB 551-0.01 樹脂為主要成膜物開發出可快速固化、綜合性能優良的五金底材用UV 固化涂料,并研究了預聚體結構、光引發劑及稀釋劑等對涂層性能的影響,涂料廣泛用于五金底材制品的表面涂裝。


1 試驗部分

1.1 原材料

樹脂:丙烯酸酯化的聚酯、二丙烯酸酯齊聚體、CAB 551-0.01,國產;光引發劑:Irgacure 184,國產;單體:三甲基丙烯酸酯單體、三官能度功能單體,國產;助劑:Tego Rad 2200,國產;溶劑:季戊四醇三丙烯酸酯、丙烯酸乙酯,國產。

1.2 儀器設備

VFS-230高速分散機、涂-4# 杯、QXP ISO刮板細度計、QCJ 漆膜沖擊試驗儀、WGG60 光澤度計、高溫高濕機、UV 機,國產;QUV 耐候測試儀、7-IBB-C-C RCA紙帶耐磨儀、PIG-10 膜厚儀、JM-IV 磨耗儀,進口。

1.3 涂料配方

五金底材用UV 固化涂料配方見表1。

五金底材用UV固化涂料的配方設計,采用丙烯酸酯化的聚酯、二丙烯酸酯齊聚體、CAB 551-0.01 樹脂為主要成膜物 中國牛涂網-涂料,化工,機械,建材,行業資訊門戶網站

1.4 固化條件

在UV 機上進行漆膜固化,采用1 支中壓汞燈強光(120 W/cm)照射。固化過程中無氮氣保護。

1.5 測試方法

黏度:在25℃,用旋轉黏度計測量。

固化速率:用臨界固化速率表示。臨界固化速率定義為:使漆膜表面達到完全固化時傳送帶的最大允許速度。

附著力:將涂層切割成1 mm×1 mm 方格,用600# 膠帶測試。

光澤:用光澤度計測定涂膜60° 時的光澤,取平均值。

耐磨性:在一定負載下經規定的磨轉次數后,以漆膜的失重量(mg)表示。

硬度:用標準鉛筆測試涂膜硬度。

柔韌性:測試涂膜在彎曲后不斷裂的最小彎曲直徑。

耐沖擊性:用落球式涂膜沖擊試驗儀測試漆膜的耐沖擊性。

耐老化性:將涂料噴涂于金屬鋁板上,在一支UV 燈下強光照射至完全固化后,放入QUV 耐候測試儀中,經過一段時間之后,檢測涂膜的失光情況。

1.6 涂料及其涂膜性能

涂料及其涂膜性能測試結果見表2。

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2 結果與討論

2.1 樹脂、單體的選擇

在設計五金UV 固化涂料配方時,除考慮其整體的固化、轉化速率外,還應考慮主體樹脂、單體的選擇,因此表1 配方中我們多數選擇了酸性的齊聚物。主體樹脂:搭配提供最基本的配方骨架,保證基本的附著力、拉伸率。丙烯酸酯化的聚酯,低黏度、固化速度快,主要提供固化膜良好的柔韌性和一定黏附力。二丙烯酸酯齊聚體提供硬度、快速固化性能和良好的附著性,但其過高的脆性又限制了它在配方中的用量不能過高,加之在體系中又不可能完全轉化,因此配方中單官能度活性稀釋劑的用量不能太高,這將導致涂料黏度過大,所以配方中選擇了大量能降低黏度的單體。一方面降低黏度,一方面促進涂膜的流平,獲得表面更加平整的固化膜。

丙烯酸酯的官能單體和齊聚物能改善底材的潤濕性,且能提供配方的可調整性(高固含量),降低配方黏度而不影響其性能。三甲基丙烯酸酯單體屬于酸性單體,丙烯酸乙酯對基材有侵蝕性,可提高附著力。在整體配方中,三官能度功能單體與丙烯酸類預聚體樹脂有良好的相容性,具有低黏度、高固化速度,可提高固化膜的柔韌性,增強附著力,并賦予漆膜良好的耐磨性、硬度及光澤。

季戊四醇三丙烯酸酯用于提高交聯密度、快速固化,柔韌性佳,也作為活性稀釋劑。帶有羥基的多元丙烯酸酯本身黏度較大,羥基可賦予固化膜一定的附著力促進作用,多官能特性可彌補PUA聚合的活性不足,并提高固化膜的交聯密度,增加涂料的封閉性能。

2.2 CAB 在光固化體系中的應用

對CAB 551-0.01(醋酸丁酸纖維素)的應用,存在不同的見解。實際上,CAB 促進流平是在溶劑揮發過程中進行的,成膜后會分布在膜的表面,那主要還是在干燥的前半段過程,在溶劑揮發后的半段UV 固化過程中,還必須要有干燥梯度,否則容易出現收縮導致的流平性不良問題。選用CAB,主要是看重其在UV 涂料中的混溶性,其次是其本身含交聯性雙鍵,可以微弱地參與UV 聚合,與UV 涂料形成一個整體。

2.3 光引發劑的選擇

光引發劑能吸收紫外線能量,產生游離基,再引發低聚物及單體實現聚合、交聯,使體系固化成膜。選擇光引發劑應從光引發效率、價格、污染、毒性、穩定性等方面考慮。奪氫型光引發劑黃變系數較大,一般應選擇裂解型光引發劑。實驗中采用Irgacure 184,可以有效提高涂膜的耐黃變性。光引發劑用量對涂料固化性能和貯存期有較大影響。當其質量分數小于2% 時,固化速率與其質量分數成正比;當其質量分數大于2% 時,固化速率與其質量分數的關系不大。但其質量分數超過4% 時,涂料貯存期下降。綜合考慮,光引發劑質量分數以3%為宜。

2.4 助劑的選擇

流平劑可有效降低涂料表面及組分之間的張力,改善涂料混溶性,增加流動性,便于施工,使涂膜表面光滑、平整、無針孔、縮孔、刷痕和橘皮等表面缺陷。配方中添加含羥基聚二甲基硅氧烷成分的Tego Rad2200 流平劑,可有效改善漆膜的平滑性、抗劃傷性、流動性、流平性和不黏性,試驗表明:添加0.5%TegoRad 2200,即可達到不錯的使用效果。

2.5 稀釋劑的選擇

光固化涂料中所用的惰性溶劑應當是沸點較低的易揮發溶劑,即可在濕膜放置閃干過程中揮發掉,不易帶入固化膜中。丙烯酸乙酯在本體系中起調節黏度的稀釋劑作用。以季戊四醇三丙烯酸酯作為低聚物交聯劑,增加交聯密度,加快固化速度。稀釋劑用量根據要求的黏度在適當范圍內調節。

2.6 五金UV固化涂料最常見的問題

五金UV 固化涂料最常見的問題是漆膜干燥后易起麻點,引起麻點的主要原因有2 個:一是樹脂體系凝膠結構決定的表面驅動張力(晶析),另一個是稀釋劑的揮發梯度和溶解力控制。這2 個因素隨固化速率的匹配決定著麻點出現的狀況。如果在膜厚較高的前提下,流平越好相當于流平次數越多,一次厚涂相對薄涂就有充足的潤濕、干燥時間,樹脂之間的互溶性和稀釋劑的影響因素減少,可顯著改善麻點現象。一般來說,固含量高,麻點少。但如果要薄涂,則必須要在流平時間上做文章才能改善麻點問題,包括主體樹脂的黏度(高官能低黏度)、引發劑的用量(盡可能少)、稀釋劑的揮發速率及用量、表面助劑的選用方面都要作相應的調整。

3 結語

通過試驗,選用丙烯酸酯化的聚酯、二丙烯酸酯齊聚體、CAB 551-0.01 樹脂為主要成膜物開發出五金底材用UV 固化涂料,在紫外光照射下可快速固化,具有優異的附著力、高光澤、耐磨性和耐老化性,以及良好的耐醇性、耐濕熱性和長效貯存穩定性,廣泛應用于汽車部件、器械、五金電鍍等底材的表面涂飾。


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