五金底材用UV固化涂料的配方设计

data-full-width-responsive="true"> 0 引言紫外光固化涂料以高能量的紫外光为涂料固化的能源，通过光引发剂吸收紫外光，产生活性自由基，进而引发可光固化的树脂发生一系列聚合反应，使涂膜固化。其固化速度快、能量利用率高、节省能源、涂料100% 反应成膜、无溶剂挥发污染，是新一代环保型涂料。它具有高强度、高硬度、高耐磨性、高光泽、高耐溶剂性等性能，在许多表面涂装领域得到应用。本文以丙烯酸酯化的聚酯、二丙烯酸酯齐聚体、CAB 551-001 树脂为主要成膜物开发出可快速固化、综合性能优良的五金底材用UV 固化涂料，并研究了预聚体结构、光引发剂及稀释剂等对涂层性能的影响，涂料广泛用于五金底材制品的表面涂装。1 试验部分11 原材料树脂：丙烯酸酯化的聚酯、二丙烯酸酯齐聚体、CAB 551-001，国产；光引发剂：Irgacure 184，国产；单体：三甲基丙烯酸酯单体、三官能度功能单体，国产；助剂：Tego Rad 2200，国产；溶剂：季戊四醇三丙烯酸酯、丙烯酸乙酯，国产。12 仪器设备VFS-230高速分散机、涂-4 杯、QXP ISO刮板细度计、QCJ 漆膜冲击试验仪、WGG60 光泽度计、高温高湿机、UV 机，国产；QUV 耐候测试仪、7-IBB-C-C RCA纸带耐磨仪、PIG-10 膜厚仪、JM-IV 磨耗仪，进口。13 涂料配方五金底材用UV 固化涂料配方见表1。14 固化条件在UV 机上进行漆膜固化，采用1 支中压汞灯强光（120 W/cm）照射。固化过程中无氮气保护。15 测试方法黏度：在25℃，用旋转黏度计测量。固化速率：用临界固化速率表示。临界固化速率定义为：使漆膜表面达到完全固化时传送带的最大允许速度。附着力：将涂层切割成1 mm1 mm 方格，用600 胶带测试。光泽：用光泽度计测定涂膜60 时的光泽，取平均值。耐磨性：在一定负载下经规定的磨转次数后，以漆膜的失重量（mg）表示。硬度：用标准铅笔测试涂膜硬度。柔韧性：测试涂膜在弯曲后不断裂的最小弯曲直径。耐冲击性：用落球式涂膜冲击试验仪测试漆膜的耐冲击性。耐老化性：将涂料喷涂于金属铝板上，在一支UV 灯下强光照射至完全固化后，放入QUV 耐候测试仪中，经过一段时间之后，检测涂膜的失光情况。16 涂料及其涂膜性能涂料及其涂膜性能测试结果见表2。2 结果与讨论21 树脂、单体的选择在设计五金UV 固化涂料配方时，除考虑其整体的固化、转化速率外，还应考虑主体树脂、单体的选择，因此表1 配方中我们多数选择了酸性的齐聚物。主体树脂：搭配提供最基本的配方骨架，保证基本的附着力、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韧性和一定黏附力。二丙烯酸酯齐聚体提供硬度、快速固化性能和良好的附着性，但其过高的脆性又限制了它在配方中的用量不能过高，加之在体系中又不可能完全转化，因此配方中单官能度活性稀释剂的用量不能太高，这将导致涂料黏度过大，所以配方中选择了大量能降低黏度的单体。一方面降低黏度，一方面促进涂膜的流平，获得表面更加平整的固化膜。丙烯酸酯的官能单体和齐聚物能改善底材的润湿性，且能提供配方的可调整性（高固含量），降低配方黏度而不影响其性能。三甲基丙烯酸酯单体属于酸性单体，丙烯酸乙酯对基材有侵蚀性，可提高附着力。在整体配方中，三官能度功能单体与丙烯酸类预聚体树脂有良好的相容性，具有低黏度、高固化速度，可提高固化膜的柔韧性，增强附着力，并赋予漆膜良好的耐磨性、硬度及光泽。季戊四醇三丙烯酸酯用于提高交联密度、快速固化，柔韧性佳，也作为活性稀释剂。带有羟基的多元丙烯酸酯本身黏度较大，羟基可赋予固化膜一定的附着力促进作用，多官能特性可弥补PUA聚合的活性不足，并提高固化膜的交联密度，增加涂料的封闭性能。22 CAB 在光固化体系中的应用对CAB 551-001（醋酸丁酸纤维素）的应用，存在不同的见解。实际上，CAB 促进流平是在溶剂挥发过程中进行的，成膜后会分布在膜的表面，那主要还是在干燥的前半段过程，在溶剂挥发后的半段UV 固化过程中，还必须要有干燥梯度，否则容易出现收缩导致的流平性不良问题。选用CAB，主要是看重其在UV 涂料中的混溶性，其次是其本身含交联性双键，可以微弱地参与UV 聚合，与UV 涂料形成一个整体。23 光引发剂的选择光引发剂能吸收紫外线能量，产生游离基，再引发低聚物及单体实现聚合、交联，使体系固化成膜。选择光引发剂应从光引发效率、价格、污染、毒性、稳定性等方面考虑。夺氢型光引发剂黄变系数较大，一般应选择裂解型光引发剂。实验中采用Irgacure 184，可以有效提高涂膜的耐黄变性。光引发剂用量对涂料固化性能和贮存期有较大影响。当其质量分数小于2% 时，固化速率与其质量分数成正比；当其质量分数大于2% 时，固化速率与其质量分数的关系不大。但其质量分数超过4% 时，涂料贮存期下降。综合考虑，光引发剂质量分数以3%为宜。24 助剂的选择流平剂可有效降低涂料表面及组分之间的张力，改善涂料混溶性，增加流动性，便于施工，使涂膜表面光滑、平整、无针孔、缩孔、刷痕和橘皮等表面缺陷。配方中添加含羟基聚二甲基硅氧烷成分的Tego Rad2200 流平剂，可有效改善漆膜的平滑性、抗划伤性、流动性、流平性和不黏性，试验表明：添加05%TegoRad 2200，即可达到不错的使用效果。25 稀释剂的选择光固化涂料中所用的惰性溶剂应当是沸点较低的易挥发溶剂，即可在湿膜放置闪干过程中挥发掉，不易带入固化膜中。丙烯酸乙酯在本体系中起调节黏度的稀释剂作用。以季戊四醇三丙烯酸酯作为低聚物交联剂，增加交联密度，加快固化速度。稀释剂用量根据要求的黏度在适当范围内调节。26 五金UV固化涂料最常见的问题五金UV 固化涂料最常见的问题是漆膜干燥后易起麻点，引起麻点的主要原因有2 个：一是树脂体系凝胶结构决定的表面驱动张力（晶析），另一个是稀释剂的挥发梯度和溶解力控制。这2 个因素随固化速率的匹配决定着麻点出现的状况。如果在膜厚较高的前提下，流平越好相当于流平次数越多，一次厚涂相对薄涂就有充足的润湿、干燥时间，树脂之间的互溶性和稀释剂的影响因素减少，可显著改善麻点现象。一般来说，固含量高，麻点少。但如果要薄涂，则必须要在流平时间上做文章才能改善麻点问题，包括主体树脂的黏度（高官能低黏度）、引发剂的用量（尽可能少）、稀释剂的挥发速率及用量、表面助剂的选用方面都要作相应的调整。3 结语通过试验，选用丙烯酸酯化的聚酯、二丙烯酸酯齐聚体、CAB 551-001 树脂为主要成膜物开发出五金底材用UV 固化涂料，在紫外光照射下可快速固化，具有优异的附着力、高光泽、耐磨性和耐老化性，以及良好的耐醇性、耐湿热性和长效贮存稳定性，广泛应用于汽车部件、器械、五金电镀等底材的表面涂饰。