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UV固化涂料固化后黃變的探討,UV 固化涂料固化后會出現黃變,尤其在白色或淺色基材上更加明顯
2019年08月15日    閱讀量:798    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

UV 固化涂料經過紫外光照射,光引發劑吸收紫外光能產生活性自由基,進而引發活性單體和活性低聚物自由基聚合交聯固化為不溶性固態膜[1]。本試驗通過測試UV 清漆在紫外光固化后的不同時間內漆膜的b 值的對比,分析了幾種單體、樹脂、光引發劑、紫外光吸收劑及受阻胺光穩定劑等對UV 固化涂料固化后黃變的影響,并研究了隨放置時間及烘烤( UV 固化后) 而發生黃變減輕的特性。


1 試驗部分

1. 1 主要儀器和試劑

電子天平: 精確到0. 01 g,由METTLER 提供; DISPERMAT高速分散機: 由VMA - GETZMANN 提供; 分光光度儀SP62 -162: 由X - Rite 提供; 全自動UV 固化機HDUV - 503: 由宏大涂裝提供涂料在線coatingol.com

三官能UV 樹脂、三官能UV 單體、六官能UV 單體: 沙多瑪( 廣州) 化學有限公司; 六官能UV 樹脂A、六官能UV 樹脂B: 氰特表面技術( 上海) 有限公司; SR351: 沙多瑪( 廣州) 化學有限公司; TPO( RUNTECURE1108) : 常州華鈦化學有限公司;Irgacure 184、Irgacure 754、Tinuvin 400、Tinuvin 123、EFKA -3299: BASF; 消光粉: 上海外電國際貿易有限公司: 聚酰胺- 聚乙烯混合蠟漿: 公隆物資有限公司( 帝司巴隆) ; 分散劑: 市售;混合溶劑: 陶氏化學。

1. 2 HS 基料的配制

按表1 所示配方配制HS 基料。

表1 HS 基料配方

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注: 表1 配方的用量為質量份,下同。

1. 3 UV 清漆的配制及噴涂

按表2 所示配方配制清漆。

表2 UV 清漆配方

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先在PC 白色底材上噴涂白底漆,并采用分光光度儀測試白底漆( 未過UV) 的L 值為: 95. 54,a 值為: - 1. 25,b 值為:- 0. 48。以上清漆加入30% UV 專用稀釋劑稀釋后,噴涂于白底漆上, 70 ℃烘烤3 ~ 5 min,過UV 固化機( UVA 的能量為800 mJ /cm2 左右,下同) 后備用。

1. 4 配制加入紫外光吸收劑和受阻胺光穩定劑的清漆及噴涂

按表3 所示配方配制清漆。

表3 加入紫外光吸收劑和受阻胺光穩定劑的UV 清漆配方

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同樣在PC 白色底材上噴涂白底漆,再將以上清漆加入30% UV 專用稀釋劑稀釋后,噴涂于白底漆漆膜上, 70 ℃烘烤3 ~ 5 min,過UV 固化機后備用。

1. 5 亞光清漆的配制及噴涂

UV 亞光清漆的配方如表4 所示。

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在馬口鐵底材上噴涂白底漆,再將表4 所示的清漆中加入30% UV 專用稀釋劑稀釋后,噴涂于白底漆漆膜上, 70 ℃烘烤3 ~ 5 min,過UV 固化機后備用。

以上樣板室溫放置不同的時間及烘烤不同時間后采用分光光度儀測試其L,a,b 值( 不包含光澤) ,并與白底漆( 未過UV) 漆膜進行Δb 比較。


2 結果與討論

2. 1 幾種樹脂、單體、光引發劑對黃變性能的影響

1. 3 噴涂并固化后的樣板室溫放置不同的時間后,采用分光光度儀測試與白底漆( 未過UV) 的Δb 值,結果如表5。

表5 清漆過完UV 后放置不同時間的Δb 值

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從HS - 1 和HS - 2 之間的比較得出,SR351( TMPTA) 對瞬間黃變的影響有限,放置一段時間后,其黃變值與不加TMPTA 也接近。HS - 3 和HS - 6 之間、HS - 5 和HS - 7 之間的比較結果可以看出六官能UV 樹脂B 比六官能UV 樹脂A 的黃變值要低。HS - 3 和HS - 4 之間的比較可以看出,拼用TPO 后導致黃變更嚴重。HS - 3 和HS - 5 之間的比較可以看出,光引發劑Irgacure

754 比Irgacure 184 的固化后瞬間黃變值及放置一段時間后的黃變值均要低。

2. 2 添加紫外光吸收劑和受阻胺光穩定劑的影響

1. 4 噴涂及固化后的樣板室溫放置不同的時間后,采用分光光度儀與白底漆( 未過UV) 進行Δb 值的測試,結果如圖1 所示。

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圖1 清漆過完UV 后放置不同時間的Δb 值

由圖1 可見,加入Tinuvin 123 及Tinuvin 400 對體系的瞬間黃變均有好處,但放置一段時間后的黃變值相差不大。當采用六官能UV 樹脂B、Irgacure 754 及同時添加Tinuvin123 及Tinuvin400,體系的瞬間黃變會明顯降低,同時放置一段時間后的黃變值也變小。

2. 3 Δb 值隨放置時間的變化

1. 5 噴涂后的樣板室溫放置不同的時間后,采用分光光度儀與白底漆( 未過UV) 進行色差比較,其Δb 值如圖2 所示。其中A1、A2、A3 為平行實驗,C1、C3 為平行的空白實驗。

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圖2 亞光清漆過完UV 后放置不同時間的Δb 值

從圖2 可以明顯的看出: 隨著時間的推移,漆膜的Δb 值會減小,在最初的3 h 內Δb 值下降的幅度最大,3 h 后Δb 值雖有降低但速度緩慢, 24 h 后基本趨于穩定。

2. 4 烘烤對黃變特性的影響

1. 5 噴涂并固化后的樣板室溫放置30 min 后,置于70 ℃烘箱中烘烤30 min,采用分光光度儀測試不同時間段漆膜的b值,并與白底漆( 未過UV) 進行比較,其Δb 值如圖3 所示。

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圖3 漆膜Δb 值隨放置時間以及烘烤時間的變化

由圖3 可看出: 烘烤10 min 后漆膜的Δb 值大幅度下降,延長烘烤時間漆膜的Δb 值也會下降,但下降的趨勢減緩。烘烤后的漆膜放置24 h 后顏色也會基本穩定,并且與未進行烘烤常溫放置的結果相近。這表明烘烤可以加速漆膜的黃相消褪現象,減少褪黃時間。


3 結語

光固化涂料固化成膜后發黃,可能的原因很多: 一方面可能由于聚合物本身發生了光降解,使黃變加深; 這時,加入紫外光吸收劑和受阻胺光穩定劑,能有效減輕黃變現象。但是需要注意紫外光吸收劑和受阻胺光穩定劑對UV 固化的負面影響。另一方面,也可能是涂膜內殘余的自由基碎片、光引發劑及活性胺等物質重排為帶有生色團的共軛結構的有色產物[2]。自由基碎片由光引發劑、UV 低聚體及單體產生。而生成的有色產物并不是特別穩定,其共軛結構可被分解并重排,又生成更為穩定的無色或淺色物質。加熱可以促進這種分解和重排的速度,故烘烤可以加速褪黃的過程。紫外光吸收劑也可以減少自由基產生,受阻胺光穩定劑會捕捉自由基,減少有色產物的發生。TPO 的最大吸收波長為380 nm,外觀呈淡黃色。與Irgacure184 相比,TPO 雖有光漂白的作用,但對降低UV 固化涂料固化后的黃變,并沒有優勢。選用合適的樹脂、單體、光引發劑,并同時添加適量的紫外光吸收劑和受阻胺光穩定劑,會減輕UV 固化涂料的瞬間黃變和最終的黃變特性。


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