UV固化在金属罩光涂料中的应用 Z

摘要研究齐聚物、单体、光引发剂以及涂料助剂配制而成的紫外光固化金属罩光涂料，着重讨论了其施工性能和影响涂料性能的几种主要因素。

关键词UV固化金属涂料性能

前 言

uV固化是指在紫外光的作用下，体系中的光敏物质发生光化学反尖，引发体系中活性单体和齐聚物交联聚合，它具有不含有机溶剂，对环境污染小，固化速度快，固化产品性能好，适合高速自动化生产涂装等特点，因此在高技术领域得到了广泛的应用？ 。紫外光固化金属罩光涂料可以提高金属制品的外观质量、光泽度、耐磨性、附着力及耐水和耐溶剂等性能。

根据市场的需要和技术上的要求，我们采用聚氨酯丙烯酸酯和改性环氧丙烯酸酯、活性单体、光引发剂和其他助剂配制的光固化涂料，并分析了影响涂料性能的几种主要因素。

1 实验部分

1．1 实验原理

聚氨酯丙烯酸酯(陕西金岭产品)；双酚A型环氧丙烯酸酯(自制)；二缩三丙二醇二丙烯酸酯(TPGDA)，三羟甲基丙烷三丙烯酸酯(TMPTA)，1，6己二醇二丙烯酸酯(HDDA)，(均为无锡迅达产品)；1173、184光引发剂(常州华钛产品)。1．2 仪器与设备UV一125型紫外光固化机；OTG型涂膜涂布器；PPH一1型铅笔硬度计；TM —TV型磨耗仪；WGG60光泽度仪；OTX漆膜弹性试验仪。

1．3 涂料的配方及固化

我们所有的实验均采用表1配方作为金属罩光涂料的基本配方。涂装方式：用涂膜涂布器将配制好的涂料，均匀涂敷在经过预处理的马口铁上，漆膜的厚度控制在30～40um 。

固化条件：80W／cm 中压汞灯一盏，灯距在15cm，空气氛围，固化速度由传输带速度控制。

2 结果与讨论

2．1 涂料的粘度

2．1．1 涂料粘度对施工的影响

在试验过程中，我们明显感到涂料的粘度偏高有以下几方面的问题：第一：粘度大，涂膜厚度增大，流平性下降；第二：粘度大，涂料用量加大，不利于节约；第三：粘度大，涂布困难，在实践中难于广泛应用。

2．1．2 影响涂料粘度的因素主要有两点

第一：齐聚物与丙烯酸活性单体的比例聚氨酯丙烯酸酯和环氧丙烯酸酯在常温下是难于流动的粘稠液体。在配制涂料时常辅以活性稀释剂(活性单体)调节涂料的粘度。试验中，我们将齐聚物与丙烯酸活性单体的比例控制在40～50：35～55，然后测其粘度，直到符合施工要求。

第二：活性稀释剂的选择非活性稀释剂对涂料有明显的降粘作用，但不与成膜物质起交联反应，从而影响涂膜的性能。活性单体一般选择双官能团或多官能团的丙烯酸酯。如果要求涂膜光泽度高，可适量增加多官能团丙烯酸酯，如果要求涂膜柔韧性好，则可适量增加双官能团的丙烯酸酯。在试验中，为了获得满意的固化速度、配方粘度、光泽度、附着力、柔韧性等综合指标，我们采用将双官能团单体和三官能团体复配，来改善涂料性能[2]。

2．2 涂膜的光泽度

2．2．1 齐聚物含量对光泽度的影响

光泽度是金属罩光涂料的一个极其重要的指标，光泽度的高低，齐聚物的含量是一个主要因素之一。配方中的齐聚物的含量增加，光泽度提高，但增加过量，造成粘度上升，流平性下降，出现“桔皮”和“布纹”现象，导致光泽度下降，在加入流平助剂的情况下，通过调整配方中的齐聚物的含量，可达到预期效果(图1)。

2．2．2 面漆质量对光固化罩光涂料性能的影响

作为罩光的基材底、面漆的状态对罩光后漆膜的外观及性能有很大的影响，面漆质量控制主要集中在漆膜的于性、表面的平整性、粗糙点的多少等方面。

面漆层的“桔皮”将影响产品的质量，为了达到外观等级，我们应对罩光前的产品采取完全打磨，以消除面漆中的粗糙点，增加基材的平整性，提高罩光后产品外观档次。同时，面漆的干燥情况对于整个涂层的最终性能有着很大的影响。因为光固化罩光层漆膜交联密度高，涂层致密，面漆中的溶剂不易透过罩光层挥发出来，容易侵蚀耐溶剂能力较低的底漆层，造成整个涂层对金属基材底附着力严重下降，所以，金属面漆要充分干燥后，才能进行罩光涂料的固化。

2．3 涂膜的耐磨性

涂膜的耐磨性是指涂膜在受到外力作用时，对外力的抵抗能力和形变吸收能力，而当抵抗能力小及变形的吸收不能恢复到原来状态时，就破坏了涂层的表面。涂料的耐磨性是一个动态指标，可以用涂层的松弛时间，动态模量的依温性和内耗(tan1 )来表征和考察；同时从聚合物结构参数来看，涂膜的玻璃化温度(tg )是表征涂料的物理机械性能的重要参数，其值由交联前聚合物骨架结构的tg、交联点间有效弹性链的tg和交联密度共同决定[3]。要具有高的硬度和较好的耐磨性，紫外光固化涂料必须同时具备适合的 、合适的交联密度。

为了增强涂膜的耐磨性，首先可以减少外力即降低涂料的表面张力，从而降低了对第二表面的摩擦系数，减少表面摩擦力，使涂膜的耐磨性增强，在实验中，我们使用改性的聚二甲基硅烷，它与涂料基料的相容性好，不仅具有良好的增滑、耐磨外，还具有流平、防缩孔的辅助功效l4J。其次，在设计涂料配方时，齐聚物采用聚氨酯丙烯酸酯和双酚A型环氧丙烯酸酯复配，增大交联密度，形成网状结构。聚氨酯丙烯酸酯具有氨酯键，其特点是高聚物分子链问形成多种氢键，使聚氨酯具有优良的机械耐磨性和柔韧性，断裂伸长率高，同时对于难以粘结的基材，能产生较佳的附着力；而双酚A型环氧丙烯酸酯，分子中含有苯环，刚性大，固化膜的光泽度高、硬度高、抗张强度大、耐化学品性优良、固化速度快等特点。实验中，采取两者复配，结合各自优点，大大改善了紫外光固化金属罩光涂料的性能。

2．4 光引发剂用量的确定

本实验在齐聚物、活性稀释单体、光引发剂总量固定的条件下，通过改变改变1173和184的配比，来考察涂料性能(其主要考察性能是固化时间)的变化。

从表4可知，在本涂料体系中使用光引发剂1173：184为2：1时固化速率最快。

由图2可知，光引发剂的用量对固化速度有明显的影响。随光引发剂含量增加，固化速度明显加快。这是由于光引发剂量增加，体系在受到紫外光照射时自由基中间体含量增加，使齐聚物交联速度加快。但是光引发剂的含量不能太高，否则会使涂料的固化速率降低；同时过多的引发剂用量，不仅使成本增加，而且固化产品中残留大量引发剂分子，非交联物质含量增加，严重影响固化后材料的物理性能及化学性能，通过实验可以得出引发剂的含量为5％最佳。

3 结语

以聚氨酯丙烯酸酯和双酚A型环氧丙烯酸酯、光引发剂、活性单体配制的紫外光固化金属罩光涂料，在漆膜光泽度、柔韧性、附着力、耐磨等必性能十分优良；同时，可以提高生产效率，降低环境污染，还不适于不宜受热材料的涂装，拓宽材料的选择范围，是一项具有广阔市场发展前景的新技术。