UV光固化木器涂料色漆的研制

   日期:2021-11-30     浏览:217    
核心提示:UV光固化木器涂料色漆的研制彭钧浪,罗先平,肖 劲,张 君(北京展辰化工有限公司,北京 101105)0 前 言UV光固化木器涂料技术在涂
UV光固化木器涂料色漆的研制
彭钧浪,罗先平,肖 劲,张 君
(北京展辰化工有限公司,北京 101105)
 
0 前 言
UV光固化木器涂料技术在涂料行业的应用,始自20世纪60年代初德国拜耳公司成功开发的光固化木器涂料。现在UV技术得到了突飞猛进的发展,尤其是以其优异的表面性能和高固化速度、低污染、节能等特点,成为环境友好技术,应用范围从原来的地板涂料、木器涂料到现在的油墨和塑料涂料、摩托车涂料、汽车涂料以及更先进的光纤/光缆、光盘、太阳膜、平板显示器功能性膜、考古中木乃伊的制作等,可谓“UV技术看不见,却无处不在”。正因为近年来紫外光固化涂料在家具领域的广泛应用,对光固化涂料的要求越来越高,从透明的紫外光固化涂料转型为实色光固化涂料,以及近几年来UV色漆底与橱柜UV色漆的大量应用及拓展。在国内,家具UV色漆应用也得到越来越多家具企业的青睐,就因市场的需求UV家具色漆也在迅速发展。北京展辰化工有限公司UV技术研发人员近期通过结合市场需求和生产实践,对家具紫外光(UV)色漆涂料做了大量的技术研发工作。本人就结合家具紫外光固化色漆的相关工作做了具体的探索,研制了家具UV色漆。

1 试验部分
1.1 试验材料
树脂:环氧丙烯酸酯,JD6080,自制的双酚A环氧丙烯酸酯;脂肪族聚氨酯丙烯酸酯,JD6090,自制的脂肪族聚氨酯丙烯酸酯;聚酯丙烯酸酯(401)。
单体:乙氧基化-1,6-己二醇二丙烯酸脂 (EOHDDA);新戊二醇二丙烯酸酯(NPGDA);乙氧基三羟甲基丙烷三丙烯酸酯(EO)TMPTA;丙烯酸-2-羟基乙酯(HEA)。
光引发剂:1173、184、TPO、ITX、BDK。
助剂:消泡剂BYK-8800、分散剂BYK-164。
防沉剂:气相二氧化硅。
颜料:红色、黄色、白色、黑色、蓝色等颜料。

1.2 试验设备
①搅拌机、分散机;②UV辊涂机;③铅笔硬度计;④百格刀;⑤镜向光泽仪;⑥紫外光固化机(1伽灯2汞灯)。

1.3 试验部分
1.3.1 基本配方
本试验的配方,在没有特殊性能要求下,均按表1进行试验。

1.3.2 配方生产过程
按表1配方表进行配料,投入1、3号原料在中速速率1 200 r/min下分散15 min,投入2、4号原料中速速率1 200 r/min下分散8 min,投入7、9号原料中速速率1 200 r/min下分散10 min,再加入6、10号原料1 500 r/min下高速速分散30 min,再次加入5、8号原料1 200 r/min中速速率分散15 min;用辊涂机涂布色漆于基材上(施工工艺:密度板/复合板/贴皮板/贴纸板→UV头道底→全干砂光→UV色漆)。在320 mJ/cm2(1伽灯2汞灯)的光强下,按传送线速度为24 m/min进行固化成膜,然后对成膜后的涂料进行试验。涂布量在(30±5) g/m2,半干固化辊涂2遍。

1.3.3 试验过程与探讨
1.3.3.1 树脂的选择
按照表1的配方进行试验,用白色钛白粉为颜料,用TPO与184与1173光引发剂进行试验,分别用树脂JD6080、JD6090、401聚酯丙烯酸酯进行试验对比,对其黏度、耐热稳定性、流平性、固化速度、附着力进行试验检测,具体结果见表2。

注:黏度使用KU-2旋转黏度计测定;固化成膜是指在(1伽灯2汞灯)的光强下固化;附着力:1级好,3级差。
通过表2试验数据表明,401聚酯丙烯酸酯黏度低,JD6080环氧丙烯酸酯黏度高,JD6090脂肪族聚氨酯附着力优于401聚酯丙烯酸酯。为了综合其二者的优点,JD6090、JD6080混合使用效果较好,完全能够通过相关的耐热性和附着力好的要求。

1.3.3.2 单体的选择
单体选择主要是满足对于颜料的润湿分散性、及白色涂料耐黄变形的要求。我们选用北京英力公司产品,用TPO与ITX与184搭配作光引发剂半成品。按照表1用JD6080、JD6090搭配用EO-HDDA、NPGDA、EO-TMPTA、HEA几种单体进行试验检测相关的施工黏度及成膜后的附着力,具体结果见表3。

从表3所测的两个指标黏度及附着力的数据结果,实际上验证了单体与颜料润湿分散的性能,可以看出乙氧基化的单体及甲基丙烯酸羟乙酯润湿性能好,也比较适合作光固化色漆的稀释活性单体,对于颜料润湿分散和固化过程的结果具有重要作用。

1.3.3.3 颜料用量
紫外光固化色漆涂料涂装不同于传统PU、PE、NC色漆涂料:一次单涂遮盖力不会太好。这主要是由于光固化涂料需要吸收紫外光后光引发剂被激发,产生大量的自由基基团,这些游离基或离子与预聚体或不饱和单体中的双键起交联反应,形成单体基团,从而引发聚合、交联和接枝反应,使涂料在数秒内由液态转化为固态。如果遮盖力太好,紫外光不能穿透颜料层使涂膜固化,所以在施工的时候一定要求涂布量是15~25 g/m2。按这个涂布量做两遍,我们针对一些常见不同颜料做了相应的搭配,见表4。

1.3.3.4 光引发剂的选择
光引发剂是UV涂料中的关键组成部分,其作用在于传递紫外线光子的能量,迅速引发单体和低聚物的交联聚合,促进体系的液固转换过程。根据引发机理,光引发剂可分为自由基和阳离子两大类型。紫外线分为:(a)真空紫外线(Vacuum UV),波长为10~200 nm;(b)短波紫外线(UV-C),波长为200~290nm;(c)中波紫外线(UV-B),波长为290~320 nm;(d)长波紫外线(UV-A),波长为320~400 nm;(e)可见光(Visible light),波长为400~760 nm。用于工业生产的紫外线(UV),上一般使用的是长波UV(UV-A),传统的1173与184引发剂在此波长的吸收范围会被遮挡而不被吸收引发。所以需要根据不同的颜料来选择不同的光引发剂。通过试验我们得出以下引发剂的规律如表 5。

在试验应用中我们发现色漆体系在施工时要达到一定的表干和实干效果,对于不同颜料而言,选择引发剂很重要。同时对于实色面漆来说,光引发剂的选择更为重要。

2 UV涂装施工注意事项
UV光固化涂料的色漆涂装工艺要求不同,这主要是因为光固化机理不同而引起的,表4在用量上也做了相应的调整及解释。该工艺要满足客户的遮盖力好、附着力好的要求,在此情况下是需要做出工艺的调整。色漆颜料在配方中紫外光波段波长是不同的,所以我们在施工时需密切关注表干或实干后的检测。传统PU、PE、NC的色漆涂料在施工时涂布量可以厚涂,但UV色漆不行。UV色漆的遮盖力与附着力是相互矛盾的特性,很多时候遮盖力好了,往往导致涂膜里面不干。所以在配方中选用光引发剂及涂装涂布量控制是至关重要的。目前我们在UV色漆应用中有辊涂、喷涂、淋涂等施工工艺。考虑到涂布量对附着力、遮盖力的影响,所以根据不同的基材会有不同的施工工艺。涂布量少会影响遮盖力及增加施工工艺难度,涂布量大会影响固化效果,同时紫外灯的能量也需达到一定的产品固化标准强度。

3 结 语
通过近段时间我们对于UV色漆的研究,得出了以下结果:选择脂肪族的聚氨酯和改性环氧丙烯酸酯作低聚物,其附着力、耐热稳定性较好。选择乙氧基化的单体及甲基丙烯酸羟乙酯,其润湿性也比较理想。同时针对不同的基材、不同的颜料,光引发剂的选用也需要做出相应的调整。此外,特别应加强对于涂布量的控制,这一点也是至关重要的。
 









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