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PET窗膜用高耐磨紫外光固化涂料的制備,制備了一種新型PET窗膜用高耐磨紫外光固化涂料
2019年08月15日    閱讀量:10812    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



1 前言

PET(聚對苯二甲酸乙二醇酯)窗膜是一種多層、多功能聚酯復合型光學級特種膜制品,通常以PET膜為基膜,經丙烯酸酯壓敏膠(PSA)復合而成。將其粘貼在玻璃表面上,可改善玻璃的性能和強度,使其具有保溫、隔熱、節能、防爆、防紫外光、遮避私密及安全防護等功效。近年來,PET窗膜在汽車玻璃、建筑物門窗、隔斷和頂棚中得到了廣泛應用,尤其是國內約90%左右的小型轎車都用PET膜作為玻璃貼膜,其技術發展歷程如表1所示涂料在線coatingol.com

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目前,PET窗膜無論是在安裝過程中還是后續的使用過程中,如汽車玻璃的頻繁升降,都要求其具有良好的耐磨性和耐水性。國內幾家PET窗膜廠家用的耐磨涂料大部分為PC/PMMA顯示屏保護面板用UV耐磨涂料,由于該種樹脂針對的基材較硬,未考慮基材的柔韌性,所以在使用過程中,經常出現在實驗室檢測時,耐磨性和附著力很好,而生產的產品經過收卷后附著力很差的現象。因此,研究出一種PET窗膜專用UV耐磨涂料,具有較為迫切的市場需求和良好的市場前景。


2 實驗部分

2.1 主要原材料

六官能團聚氨酯丙烯酸酯(PUA6161),長興化學(珠海)工業股份有限公司;雙官能團活性稀釋劑:三丙二醇二丙烯酸酯(TPGDA),長興化學(珠海)工業股份有限公司;三官能團活性稀釋劑:三羥甲基丙烷三丙烯酸酯(TMPTA),長興化學(珠海)工業股份有限公司;光引發劑1173、184,長沙新宇化工實業有限公司;分散劑/消泡劑,法國羅地亞廣州分公司;丁酮(MEK),武漢新世紀化工有限公司;PET膜,25μm,兩面分別為電暈處理面和未處理面,韓國SKC。

2.2 檢測儀器及設備

紫外光固化機,保定特種光源設備有限公司;Mayer線棒涂布器,上海化工設備儀器廠;劃格刀,上海現代環境技術有限公司;測厚儀,無錫亞美科技有限公司孔雀分部;高速分散機,上海索維機電設備有限公司;臺式鉛筆硬度計,東莞市長豐儀器有限公司;3M transmission meter(透射儀),3M公司。

2.3 耐磨涂料及PET加硬膜制備

(1) 耐磨涂料的制備

將六官能團聚氨酯丙烯酸酯、活性稀釋劑按配比加入高速分散釜中,高速分散1h后,加入計量的光引發劑及溶劑MEK,高速分散1h過濾后備用,固體含量25%,粘度20MPa s,其主體樹脂配方如表2所示。

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(2) PET加硬膜制備

采用20目的Mayer線棒涂布器,將耐磨涂料均勻涂覆在PET膜的未處理面上,放入烘箱中在120℃下烘干1min,再在UV固化機上,保持UV光量100mJ/cm2~120mJ/cm2,走帶速度25m/min(固化時間約為6s)進行UV固化,涂覆厚度約為3μm~4μm,制得PET加硬膜。

2.4 性能測試

(1)硬度:按GB/T 6739-2006標準進行測試。

(2)附著力:按GB9286-1998 標準進行測試,經劃格刀劃格后,用3M膠帶粘貼后再進行拉扯,用肉眼觀測未被拉扯的涂膜面積,用百分數來表征。

(3)耐磨性:按GB/T 1768-89標準進行測試,用3M透射儀檢測未磨損和磨損后的薄膜可見光透過率,以表征涂膜耐磨性。


3 結果與討論

3.1 聚氨酯丙烯酸酯用量對涂膜性能的影響

PUA6161用量對涂膜性能的影響如表3所示。由表中可以看出,隨著PUA6161用量的增加,涂膜的硬度也隨之增加,而附著力降低,涂膜的耐磨性較好,當PUA6161用量在45%~50%時,涂膜性能較好。分析其原因,主要是受PUA6161分子結構的影響,其分子結構如圖1所示。

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PUA6161的合成過程為:由雙季戊四醇 (DPE)和異佛爾酮二異氰酸酯(IPDI)制得NCO封端的聚氨酯預聚物,再與丙烯酸羥乙酯反應后,制得具有六官能團的聚氨酯丙烯酸酯。由于在該分子結構中含有典型的星型空間結構,空間屏蔽作用大,因而酯基十分穩定,耐水性較好。雙季丙烯酸酯在UV照射下交聯固化速度較快,可形成一種耐磨擦、防刮傷、耐候、透明的涂層;同時,高官能度可以加快UV固化速度。此外,由于IPDI不含苯環,其合成的聚氨酯涂料在UV照射下,顏色不黃變,具有較好的耐候性,以及良好的力學性能。


3.2 活性稀釋劑用量及配比對涂膜性能的影響

活性稀釋劑是一種含有可聚合官能團的有機小分子,按每個分子所含可聚合官能團的多少,可分為單官能團活性稀釋劑、雙官能團活性稀釋劑和多官能團活性稀釋劑。活性稀釋劑不僅能溶解和稀釋低聚物,調節體系的粘度,還可參與光固化反應,從而影響涂膜性能。因此,選擇合適的活性稀釋劑是UV耐磨涂料配方設計的重要環節。活性稀釋劑在涂膜中充當稀釋劑、交聯劑的作用,保

持活性稀釋劑用量為體系的45%,活性稀釋劑種類及用量對涂膜性能的影響如表4所示。

表4 活性稀釋劑種類及用量對涂膜性能的影響

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由表4可知,兩種活性稀釋劑對涂膜耐磨性能的影響不同,當全部采用TPGDA作為活性稀釋劑時,涂膜硬度較低,但耐磨性較好;當全部采用TMPTA為活性稀釋劑時,雙鍵密度較大,涂膜硬度較高,但固化收縮率較大,耐磨性反而比采用TPGDA時差。

分析其原因主要是由其分子結構引起的,圖2、圖3為TPGDA、TMPTA的分子結構圖。由圖可見,三官能團活性單體屬于高反應活性、高交聯密度的稀釋劑,與樹脂交聯固化時固化速度快,導致涂層殘留單體多,涂層收縮率增大,涂膜硬度提高,但脆性增大,附著力下降,涂膜受到磨損時會產生較大片狀脫落,使耐磨性下降;雙官能團活性單體交聯固化時具有適宜的交聯密度,雖然可提高附著力和耐磨性,但硬度較低,固化速度稍慢。將兩種活性稀釋劑復配使用,可發揮兩者的協同效應,既可提高涂膜的硬度,又具有較高的固化速度,從而提高了附著力和耐磨性。由表4的數據可見,當TPGDA /TMPTA =5/5時,涂膜的綜合性能最好。

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3.3 光引發劑種類及用量對涂膜性能的影響

光引發劑是UV固化體系的重要組分,是一類易吸收紫外光能量生成高效引發聚合反應活性中心的化合物,其作用是產生引發固化反應的活性基團,如活性自由基、活性陽離子,從而促使反應體系發生聚合。在本體系中,選擇適當的光引發劑要考慮以下因素:

(1)涂膜固化后不能產生顏色變化,否則生產的窗膜會出現色差;(2)為提高生產效率,窗膜生產速度較快,一般為25m/min,因此要求引發劑引發效率較高;(3)要求單體全部固化,不能產生氣味。基于以上要求,本體系選擇了具有較高反應活性的α-羥烷基苯酮類光引發劑,其是目前開發及應用較為成功的一類商用光引發劑。α-羥烷基苯酮結構最為簡單的是2-羥基-2-甲基-1-苯基丙酮,商品名稱為1173,另一種為1-羥基環已基苯基 甲酮,商品名稱為184。這兩種引發劑是目前國內最常采用的光引發劑,且應用在丙烯酸酯體系中,光解時不會產生易導致黃變的取代芐基自由基結構,不會導致涂膜黃變。保持光引發劑用量為體系的4%,引發劑種類及用量對涂膜性能的影響如表5所示。

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由表可見,體系光引發劑用量為4%,184與1173復配使用,當比例在7/3時,涂膜性能最好。


4 結論

將六官能團聚氨酯丙烯酸酯應用于PET窗膜用的UV耐磨涂料,解決了UV耐磨涂料在柔性基材硬度和附著力難以同時滿足要求的矛盾。較適宜的配方為PUA6161 50%,活性稀釋劑TPGDA用量為體系的22.5%,活性稀釋劑為體系的TMPTA用量22.5%,光引發劑用量為體系的4%,其中184/1173=7/3時,制得的涂膜硬度為5H,附著力達100%,產品經過磨損后,可見光透過率無損失,制得的PET涂膜具有高透明、高光澤的優點。


PET窗膜用高耐磨紫外光固化涂料的制備


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(1. 航天動力技術研究院經營發展部,西安 710025  2. 西安航天三沃化學有限公司,西安 710089)


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