水性光固化涂料涂层性能评价

data-full-width-responsive="true"> 水性光固化涂料涂层性能评价杜峰，鲁钢，邹巍巍，章文贵（江苏瑞丰科技实业有限公司，南京210009）0 引言紫外光固化技术是20 世纪60 年代开发的涂料涂装新技术，具有快速固化、节能省时（其固化过程消耗的能量只是热固型涂料的1/10~1/15）、低溶剂释放、固化温度低、设备体积小、投资低、适合流水线生产等优点。但传统油性光固化体系中加入活性稀释剂来调节粘度、改善流变性，常用的稀释剂是丙烯酸酯类，它们对眼睛和黏膜有较强的刺激作用，皮肤接触也易导致过敏。而且它们在紫外光照射过程中难以完全反应，残留单体具有可渗透性，容易引起卫生安全隐患并影响固化膜的性能。随着人们环保意识的逐渐增强和各国环保法规的日趋严格化，水性涂料逐步占据主导地位。结合两者的优点，产生了光固化水性涂料。水性UV涂料具有众多的优点[8-11]：解决低VOC排放、低毒性和减少刺激性等环保问题；降低固化膜的收缩率，改善涂层对非吸收性底材的附着性；可适用于各种涂装方式，如辊涂、淋涂和喷涂等；设备、容器易用水冲洗干净；可克服传统UV固化涂料硬度和柔韧性不能兼顾的缺陷。目前UV水性涂料已广泛应用于纸张上光油、光聚合物印刷版、木器清漆、塑料清漆、罩印清漆、丝网印刷油墨、凹版及平版印刷油墨等。1 实验11 原材料和仪器原材料：水性环氧丙烯酸酯(CN132)、水性聚氨酯丙烯酸酯(CN9245)、水性光引发剂4265：沙多玛化学有限公司；乙氧化三羟基甲基丙烷三丙烯酸酯(SR7035)，南京金鹿化工有限公司。仪器：ST1000 手提型光固化仪，广州煜业电光源制造有限公司；CLQ-20 落球式冲击试验机，北京冠测试验仪器有限公司；BHD-B 耐电弧试验仪，北京北广精仪仪器有限公司；B-3084T4 铅笔硬度测试仪，苏州奇乐电子科技有限公司；QFD 附着力测试仪，天津三思试验仪器有限公司；QTX漆膜柔韧性测定器，雅致五金厂。12 实验方法121 水性光固化涂料的配制将CN132、CN9245 和SR7035 以不同的质量比进行复配，并添加3%的水性光引发剂4265，在磁力搅拌器下搅拌5 min(100 rpm)。研究不同质量比的单体对水性光固化涂料性能的影响，正交实验设计如表1 所示。122 水性光固化涂料涂层的制备用500 目砂纸对马口铁片进行打磨，然后用乙醇擦拭，使铁片表面均匀无油脂残留，随后将上述制备好的光固化水性涂料均匀涂覆于处理后的马口铁片上，涂膜厚度为(100m，将其置于紫外固化机下固化，固化时间为40 s。13 测试分析根据GB/T 17321993 采用落球式冲击试验机对固化后的涂层进行冲击测试；采用GB/T67391996 测试涂层的硬度；采用GB/T 17311993 测试涂层的柔韧性；根据GB/T 17201979 测试涂层的附着力；根据HG/T 33301995 测试涂层的电气强度；采用涂层的凝胶含量来衡量其固化速度，将所得的涂层剥下，称重为m0，然后用丙酮浸泡48 h，滤去丙酮溶液，烘干至恒重，称重为m1，凝胶率的计算公式为：凝胶率=m1/m0 100%；吸水率的测量方法：浸漆前，预先称出铜片的质量G，两次浸漆干燥后称其质量为G1，然后将试样垂直地全部浸入盛有(232)℃蒸馏水的玻璃容器中，其表面不应附有气泡，互相间或与容器壁不接触。浸水24 h 后，将试样用镊子取出，迅速用滤纸吸干涂层表面水分，立即称量其质量为G2。吸水率=(G2-G1)/(G1-G)100%。2 结果与讨论21 正交实验结果分析表2 为不同配方光固化涂层的力学性能。由表2 知，光固化涂层具有良好的硬度、耐冲击性能和柔韧性，硬度高主要是由于光固化树脂交联程度高且无溶剂挥发。各配方涂层均具有较高的耐冲击性能和较好的柔韧性是因为配方中含有较高含量的水性聚氨酯丙烯酸酯。涂层的耐水性、耐击穿性能、凝胶率及吸水率与树脂配比之间的关系如表3所示。从表3 可以看出，各配方涂层的凝胶率均较高，这与光固化涂层固化比较完全有关。各涂层的击穿强度随着水性聚氨酯丙烯酸酯含量的升高而升高。涂层的耐水性与涂层的吸水率具有相似的特性，均表现为水性聚氨酯丙烯酸酯含量较高时，其吸水率较低，涂层的耐水性增强，这与水性环氧丙烯酸酯上含有亲水活性羟基基团有关，羟基的亲水性导致固化后涂层耐水性下降，该结果也说明耐水性越好，绝缘性较好。乙氧化三羟基甲基丙烷三丙烯酸酯单体(SR7035)含量与耐水性、耐击穿性能、凝胶率及吸水率之间的关系如表4 所示。由表4 可知，当涂层凝胶率超过90%时，提高活性稀释剂SR7035 含量对涂层凝胶率的贡献并不大，但仍会提高涂层的交联密度。涂层的耐水性及击穿强度随着活性稀释剂含量的增加而不断提高，这是因为随着活性稀释剂含量的增加，涂层交联密度变大且涂料粘度降低，从而导致在涂覆时表面的微小缺陷变少，涂层的吸水率随着活性稀释剂含量的增加而不断降低。22 方差分析表5 为击穿强度的方差分析。由表5 可知，m(CN132)∶m(CN9245)的F 比为6767，即水性环氧丙烯酸酯与水性聚氨酯丙烯酸酯的配比对UV涂层的击穿强度有着显著的影响，而SR7035 的F比为1，即活性稀释剂对UV 涂层的击穿强度影响不大。因此，影响击穿强度的主要因素是水性树脂之间的配比，活性稀释剂为次要因素。表6 为凝胶率的方差分析。由表6 可知，m(CN132)∶m(CN9245)的F比为1，即水性环氧丙烯酸酯与水性聚氨酯丙烯酸酯的配比对UV涂层凝胶率的影响不大，而SR7035 的F 比为1557，即活性稀释剂对UV涂层的凝胶率有一定影响。因此，影响凝胶率的主要因素是水性活性稀释剂，树脂之间的配比为次要因素。3 结论通过比较水性光固化树脂的不同配比及活性稀释剂的不同含量对涂层性能的影响发现，当水性环氧丙烯酸酯与水性聚氨酯丙烯酸酯配比为3∶7，水性活性稀释剂用量为12%时，涂层的性能最优，其中涂层硬度高达6 H，冲击强度大于50 kgcm，柔韧性为05 mm，凝胶率超过90%，吸水率为236%，击穿强度达到100 MV/m。