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UV固化涂料及其发展前景

信息来源:paintkey.com  时间:2009-08-27  浏览次数:173

  一、UV涂料及组成

  UV涂料因应用领域不同而成分各异,但其基本匕是吲瞄轻物、单体、光引发剂及助剂组成。UV固化的主要反应历程是:由辐射引起光引发剂分解,生成的活性自由基引茇单体或低聚物聚合交联。因此,光引发剂的引发效率对于配方的成本以及光固化速率起着致关重要的作用,同时围绕引发剂问题也产生了不同的固化技术,如混杂固化、光暗固化等。

  (一)单体和低聚物

  单体和低聚物的主要特征是含有端基双键,它是光固化成膜的物质基础,在光固化成膜物质的研究和改性中。其研究的主要思路是:通过化学手段,将含有双键的单体连接在树脂上,使树脂具有光固化活性。

  目前,丙烯酸酯仍然是光固化领域最常使用的齐聚物,占整个市场的82%;此外,还有环氧类树脂和不饱和树脂两种齐聚物比较常用,均占8%。但传统的光固化齐聚物,如环氧丙烯酸酯、聚氨酯丙烯酸酯、丙烯酸酯化聚酯(或聚醚)以及不饱和聚酯一般都具有较高的黏度,而且随着相对分子量的提高,其黏度也随之增大,因此,常需加入单体,以提高其黏度。但单体会影响涂膜性能,而且对皮肤有刺激性。这样,解决光固化树脂的黏度问题,就成为光固化涂料研究中的重点,而采用超支化聚合物是解决树脂黏度问题的一个方向。超支化聚合物独特的三维分子结构使其具有黏度低、反应活性高和相溶性好等性能,它还能使固化膜的收缩率变小,从而具有良好的基材附着性能。

  (二)光引发剂

  光引发剂是光固化的核心技术,它的性能决定了UV固化涂料的固化程度和固化速率。许多光固化涂膜的弊病都是由于光引发剂引发效率低或是加入填料所致。为了满足日益增长的工业需求,开发更新、更快、具有独特性能的光引发剂已经成为UV固化技术研究的一个重要方面。目前,引发剂的类型主要有自由基光引发剂、阳离子光引发剂等几种。

  1.自由基光引发剂

  自由基光引发剂分为裂解型和夺氢型两种类型。

  裂解型引发剂有安息香醚类、苯偶姻类、苯乙酮类、硫杂蒽酮类等,此类引发剂的缺点是在空气中受O2的影响,对光引发剂有阻聚作用,影响固化速度以及固化程度。夺氢型引发剂利用叔胺类光敏剂构成引发剂/光敏剂复合引发体系,可抑制O2的阻聚作用,提高固化速度。

  尽管自由基型光引发剂存在着一些不足,但却具有低价优势,所以,目前仍被广泛应用。

  2.阳离子光引发剂

  阳离子光引发剂包括重氮盐、二芳基碘翁盐、三芳基硫翁盐、烷基翁盐、铁芳烃盐、磺酰基酮及三芳基硅氧醚等。其优点是不受O2的影响。用合成的二苯基碘铃六氟磷酸盐作光引发剂,对不同比例的双酚环氧树脂和丙烯酸酯预聚物组成的复合树脂进行的光固化研究,证明了碘翁盐具有同时引发环氧和丙烯酸酯复合树脂按阳离子和自由基两种不同机理进行光固化的

能力,该研究结果为进行光混杂固化提供了理论依据。

  二、UV固化涂料的种类

  (一)粉末涂料

  UV固化粉末涂料是粉末涂料技术与紫外光固化技术相结合的一项新型涂装技术,它综合了传统粉末涂料和液体UV固化涂料技术的优点,并在一定程度上克服了两类涂料的缺点。

  传统的热固化粉末涂料要求在180℃~200℃下固化15min~30min,这就限制了这种技术在热敏基材中的 应用。目前正迅速发展的熔点在100℃~120℃的紫外光固化粉末涂层,解决了这个问题。与传统的热固化粉末涂料相比,UV固化粉末涂料的熔融流平与固化是两个独立的过程,先使粉末颗粒通过红外辐射加热熔融流平,之后再进行紫外光辐射固化,从而可以得到平整光滑的涂膜。由于UV固化粉末涂料熔融温度低,所以可以广泛用于热敏基材(如纸张、橡胶、塑料)等的涂装,这就大大扩展了粉末涂料的应用空间。UV固化粉末涂料无活性稀释剂,涂膜收缩率低,与基材附着力强,一次涂装即可形成质量优良的厚涂层,且涂料喷涂溅落的粉体便于回收使用,因此,较UV固化的液体涂料具有更高的技术优势、经济优势和生态优势。

  国外于20世纪90年代初开始研发UV固化粉末涂料,20世纪90年代中期实现商品化,并得到迅速发展。目前已有很多UV固化粉末涂料应用于木材、金属、纸类基材上。国内UV固化粉末涂料也得到一定的发展。国内科学家用十六酰氯和十八异氰酸酯分别对端羟基的超支化聚酯进行改性,获得的粉末状超支化低聚物,具有无定形“内核”及可结晶“外壳”的分子结构,使涂膜的表观性能和力学性能得到大大提高。另外,由于端基存在大量紫外光可固化的丙烯酸酯基团,该粉末状超支化低聚物在熔融辐照时能快速固化。有科学家对树枝状聚醚酰胺基紫外光固化粉末涂料进行了研究,在羟端基的树枝状聚醚酰胺基础上,通过与不同比例的TDI、HEA和十八异氰酸酯反应,合成了两种具有不同浓度的UV固化半结晶聚合物DPEA-A和DPEA-B。通过DSC测试,两种紫外光固化半结晶聚合物均形成了不同的微晶,且都满足UV固化粉末涂料对强和Tm的要求。

  (二)水性涂料

  UV固化水性涂料结合了水性涂料和光固化涂料的优点,近年来得到迅速发展,也是今后光固化涂料主要发展方向之一。UV固化水性涂料的优点是:可以使用相对分子质量很高的齐聚体以提高对某些基材的黏附力,并提高固化膜的其他物理性能,而不像传统紫外涂层的齐聚体相对分子质量受到施工黏度的限制:体系的黏度可用水来调节,而不必使用稀释单体,这样就可以避免由活性稀释单体引起的收缩;用这种方法可以得到极薄的涂层,且设备易于清洗;水烘干后在辐照之前就可以得到触干的涂层,这样可以用于三维物体的表面固化,这种辐照之前就触干的涂层,减少了灰尘的吸附,并且能在固化前对涂层的缺陷进行修补。这种技术的缺点是:光固化前必须脱水烘干,体系光泽度低,耐溶剂性差,耐擦伤性差。事实上“水基”体系并不适合于所有的领域,而且“水基”体系也不是真正对环境无害,因为在清洗水基油墨或涂层时,它可以溶解或分散在水中,很难去除,而其中的化合物,如丙烯酸类对鱼和其他水生物非常有害。

  UV固化水性涂料有利于环境保护,并具有固化速率快的特点,符合时代发展要求。在欧美等发达国家,Hoechst、UCB、ICI、Zeneca、BASF等公司已推出了他们的光固化水性涂料产品。当前,技术上存在的不足主要包括:涂料水分散体系的长期稳定性有待提高,可供选择的光引发剂品种不多,大多沿用传统

的光引发剂,对于颜料着色涂料,选择余地更小,增设干燥除水装置对该技术的推广应用有不利影响。因此,继续开展基础性研究,扬长抑短,并大力拓展其应用领域,仍是当前发展水性光固化涂料技术的当务之急。国外科学家采用阳离子电沉积法研制了一种具有特殊性能的聚氨酯水性涂料,这种方法能大大缩短涂料中水分蒸出的时间,很好地解决了水基涂料整个生产过程耗时过长的缺点。

  三、UV固化涂料的发展前景

  UV固化涂料由于其优良的性能,符合当前人们环保意识不断增强的需求,具有巨大的发展潜力。在国外,UV固化涂料已广泛应用于建筑涂料、体育用品、电子通讯、包装材料和汽车等不同领域。我国光固化领域发展速度更加惊人,每年都以20%~30%的速度增长。在各个领域应用越来越广泛,如在纸张、木器、塑料、金属、光盘、光纤等基材上获得了很好的应用。当前,UV固化涂料的发展又面临着—个绝好的机遇,为配合实施可持续发展战略,我国制定了环保政策,并加大了执法力度,人们的环保意识日益增强,越来越多的人会选择环保产品。
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