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100%紫外光固化涂料的消光效应,讨论了影响100% 光固化涂料消光效果的各种因素,中国建材网,cnprofit.com
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100%紫外光固化涂料的消光效应,讨论了影响100% 光固化涂料消光效果的各种因素
2019年08月01日    阅读量:4394    新闻来源:中国建材网 cnprofit.com  |  投稿


0 前言

在100% 紫外光固化涂料应用中,因为UV 涂料的快速反应特性以及高固含量带来的低漆膜收缩使UV 涂料的消光变得非常困难。此外,不同UV原料的搭配使用,生产固化参数的不断调整也使配方的光泽控制具有相当挑战性。本文通过一系列的实验来展示各种因素对100% 紫外光固化涂料光泽的影响,主要包括了消光剂的选择,原料的使用,基材类型,应用和固化条件等等中国建材网cnprofit.com。

 

1 实验部分

1.1 原材料

低聚物:621A-80,20% TPGDA 稀释的双酚A型环氧二丙烯酸酯;611B-85,15% HDDA 稀释的脂肪族聚氨酯二丙烯酸酯;6315,改性聚酯丙烯酸酯。

单体:TPGDA(三丙二醇二丙烯酸酯),DPGDA(一缩二丙二醇二丙烯酸酯),HDDA(1,6 己二醇二丙烯酸酯)和TMPTA(三羟甲基丙烷三丙烯酸酯)。

光引发剂:Darocur 1173,Irgacure 184,Irgacure907,Irgacure 819,TPO(2,4,6- 三甲基苯甲?;交趸ⅲ?,BP(二苯甲酮)和三级胺。

消光剂:格雷斯公司的SYLOID?ED30,ED80,RAD2105。

涂布器:20 μm,50 μm,75 μm 的线棒。

固化设备:IST Micicure 和UV 能量计。

固化参数:600 mJ/cm2,10 m/min。

基本实验配方:

配方 1:

低聚体 40

反应单体 56

光引发剂 4

消光剂 10

配方 2:

621A-80 40

TPGDA 46

HDDA 10

Darocur 1173 4

消光剂 10

配方1 用来考察配方组成对光泽的影响。

配方2 用来分析如何选择消光剂以及基材和固化工艺对光泽的影响。

1.2 消光剂的选择

虽然有很多方法可以获得消光效果,添加二氧化硅消光剂无疑是最有效的方式。针对100%UV 涂料的特性,并不是每种消光剂都能获得很好的消光效果。表1 列举出3 种消光剂作为实验试样来分析

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如何选择合适的消光剂。

微米级二氧化硅消光剂的物理参数

ED80 和ED30 是格雷斯公司SYLOID? 传统的消光剂,RAD2105 是格雷斯公司专门为UV 固化涂料开发的SYLOID? 消光剂。图1 显示了在一定浓度下,消光剂在不同膜厚的环氧丙烯酸体系中的表现。

消光剂类型和膜厚对光泽度的影响

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由图1 可见:在漆膜厚度小于15 μm 时,粗粒径的ED80 是最佳的选择。这是因为大颗粒的平均粒径越近似于漆膜厚度,就越容易形成凹凸不平的漆膜表面,从而降低了光泽。但随之带来的是增大了表面摩擦系数,降低了手感。随着漆膜厚度的增加,粒径大小对消光的影响作用减少。经过特殊有机处理的细粒径的RAD2105 更容易在厚漆膜中取得满意的消光效果。

1.3 配方

一个典型的100%UV 涂料配方由一定的低聚物,单体,光引发剂以及其他助剂按照不同配比构成。不同原料的搭配使用对体系本身的反应动力学有着直接的影响并直接决定获得低光泽的难易程度。我们通过以下几组实验来寻找原料反应活性和光泽的关系。

1.3.1 低聚物

我们先看同一种消光剂在不同低聚物中的表现性能,来判断低聚物对光泽的影响(图2~4)。

不同漆膜厚度条件下RAD2105 在环氧丙烯酸体系中的消光曲线

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图2 表明:对于反应活性快难消光的环氧丙烯酸酯体系,随着消光剂添加量的增加,光泽下降缓慢。但随着漆膜厚度的增加,光泽有明显的下降趋势。

图3 不同漆膜厚度条件下RAD2105 在聚酯丙烯酸酯 体系中的消光曲线

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图3 不同漆膜厚度条件下RAD2105 在聚酯丙烯酸酯体系中的消光曲线

图3表明:改性聚酯丙烯酸酯比环氧丙烯酸酯容易消光,且随漆膜厚度的增加,光泽下降趋势增大。

不同漆膜厚度条件下RAD2105 在聚氨酯丙烯酸酯 体系中的消光曲线

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图4 表明:在容易消光的低官能团度聚氨酯丙烯酸酯体系中,膜厚变化对光泽的影响减少。

对比3 种典型低聚物,我们看到反应活性越低的低聚物越容易消光,从而膜厚变化对光泽的影响也会减小。


1.3.2 单体的影响

众所周知,100%UV 涂料是通过大量添加反应单体来降低体系粘度的。配方中占50% 组分以上的单体在很大程度上影响着体系的反应速度。实验表明:低官能度的反应单体比高官能度的反应单体容易消光。HDDA 对降低光泽有着最佳的效果。加入大量TMPTA 的配方就很难获得满意的亚光度(图5)。

不同活性单体对消光效果的影响

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1.3.3 光引发剂

光引发剂是配方中的重要组分。通过选择合适的光引发剂或几种光引发剂联合使用,或者加入适量的光敏剂,配方设计师能够密切控制固化速率和固化程度,并使之与生产线的要求相符合。实验表明:在给定的固化能量和线速度的条件下,各种光引发剂对光泽影响的效果相当。但对于夺氢型的BP 加活性胺的引发体系,因为其快速的表面固化特性使得哑粉颗粒很难迅速排列到漆膜表面,从而光泽居高不下。光引发剂对消光效果的影响见图6。

光引发剂对消光效果的影响

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通过对低聚物,反应单体和光引发剂的实验,我们看到反应活性是影响涂膜光泽的关键因素。体系的反应活性越高,光固化速率越快,得到的涂膜光泽也就越高。

1.4 固化工艺和基材类型

一块基材表面光泽的最终哑度取决于在湿膜变干膜过程中,哑粉颗粒最终的排列情况。固化工艺直接影响漆膜化学反应的强度和时间。我们通过研究固化能量,固化线速度,固化灯的位置和固化时的温度来找出一种既能保证固化效果又在最大程度上照顾消光需要的工艺方式。我们在以下固化条件下,对比两种消光剂的消光曲线(图7、8)。

C1:800 mJ/cm2,14 m/min;

C2:600 mJ/cm2,10 m/min;

C3:450 mJ/cm2,8 m/min;

C4:450 mJ/cm2,15 m/min。

固化能量的影响

在给定能量下固化线速度的影响

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图7、8 说明:漆膜光泽随着固化灯能量和线速度的降低而降低。这种消光趋势不因消光剂类型不同而改变。在给定的固化能量条件下,低线速度更容易获得低光泽。假设UV 固化过程足够长,哑粉颗粒就会有足够多机会上浮排列到漆膜表面,从而有效降低光泽。在实验中我们还发现:第一盏固化灯对漆膜光泽的影响最大。我们设计了让涂膜在相同线速度下先过一盏半固化灯,然后再过一盏全灯固化,与仅仅过全灯固化进行对比,得出在相同的固化效果下,光泽有明显下降(表2)。这是因为半固化时更容易形成微糙表面,两次固化过程带来更多的漆膜收缩。

两次固化的影响

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温度的变化可大大地影响固化速率。例如,氧的活性以及其在漆膜中的扩散速率将随着温度的升高而增大。这将导致自由基固化反应的氧阻聚增大,特别是在漆膜表面,从而导致固化速率降低,改进哑光效果。温度对光泽的影响见图9。

温度对光泽的影响

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实验也证实:在固化前,通过红外线加热涂料和基材有助于大幅度降低光泽。不同类型的消光剂都有此表现,而高有机处理的RAD2105 效果更明显。这大概是因为高有机表面处理的产品对温度变化带来的表面张力变化更加敏感,因而在漆膜中的移动排列更加活跃。

不同基材因为对光的吸收和反射,热的传导效率不同也将影响到漆膜最终的光泽(图10)。

基材的影响

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2 总结和建议

依据以上实验结果,影响100%UV 固化体系消光的主要因素是:消光剂的选择,漆膜厚度,配方组成以及固化参数。在设计配方时,需要考虑搭配使用不同反应活性的低聚物和单体来获得满意的漆膜性能和目标亚光度,并适当调整固化参数确保固化效果和光泽的稳定。

● 消光剂的选择:

干膜厚度(DFT)<15 μm:选用粒径粗(与膜厚相当)的消光剂,如格雷斯公司的SYLOID?ED80;干膜厚度(DFT)>20 μm:选用粒径细的且经表面处理的消光剂,如格雷斯公司的专门用于UV 固化涂料的消光剂SYLOID?RAD2105。

● 配方组成:

低反应活性的低聚物和单体容易消光。

● 固化条件:

低固化辐射能量以及慢线速度容易获得更低的光泽。

固化前红外加热有助于降低光泽。

两次固化过程也有益于获得更好的亚光效果。


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