紫外固化粉末涂料的合成及固化研究
刘 宁1 ,2 ,刘治猛1 ,2 ,刘煜平2 ,蒋 欣2 ,贾德民1
(1. 华南理工大学材料科学与工程学院,广东广州510641 ;2. 东莞理工学院材料与环境工程研究中心,广东东莞523808)
紫外光固化粉末涂料(简称UV 固化粉末涂料) 采用一传统粉末涂料和UV 固化技术相结合的新技术而制成。UV 固化粉末涂料的大特征是工艺上分为2 个明显的阶段:熔融流平阶段和光照固化阶段。涂层在熔融流平阶段不会发生树脂的早期固化,从而为涂层充分流平和驱除气泡操作提供了充裕的时间,这样就从根本上克服了热固化粉末涂料的顽疾,也消除了UV 固化液态涂料的不足。它被称为真正的“5E”(经济Econo2my、效率Efficiency、生态Ecology、能源Energy、多能Enabling) 型环保涂料。本文通过对环氧粉末涂料进行UV 固化研究[1～3 ] ,合成了可实现UV 固化的粉末涂料,并取得了很好的固化效果,从而使粉末涂料应用于塑料制品、纸张、纸板及木材等热敏性基材成为可能[4 ] 。其具有很好的工业应用前景。
1 实验部分
1. 1 原料
环氧树脂E - 20 、E - 12 :工业纯,广州榕昇贸易有限公司;丙烯酸:化学纯,天津市福晨化学试剂厂;对苯二酚:分析纯,广东汕头市西陇化工厂;四丁基溴化铵:分析纯,天津市科密欧化学试剂有限公司;四甲基氯化铵:分析纯,天津市瑞金特化学品有限公司;十六烷基三甲基溴化铵:分析纯,天津市福晨化学试剂厂;甲苯:分析纯,天津市福宇精细化工有限公司;丙酮:分析纯,天津市福宇精细化工有限公司;光引发剂TPO (2 ,4 ,6 - 三甲基苯甲酰基氧化磷) 、IR184 (1 - 羟基环己基苯甲酮) 、IR651 (二甲基苯偶缩酮) :分析纯,广州元阳贸易有限公司。
1. 2 主要仪器
MSGNA —IR760 型红外分析仪:美国Nicolet公司;ZETZSCH 209F1 型热重分析仪( TGA) :美国TA 公司; IRUV 联用固化机:河北清苑中天电子设备有限公司;实验室用SFJ - 32N“无间隙”挤出机:烟台远力机械制造有限公司;高速万能粉碎机:天津市泰斯特仪器有限公司。
1. 3 环氧丙烯酸酯的合成
称取一定量的环氧树脂,加入装有搅拌器、氮气通入管、冷凝管的三口烧瓶中,加入甲苯溶解,升温至90 ℃并搅拌,开通氮气,将催化剂、阻聚剂溶解在丙烯酸溶液中,用恒压滴定漏斗缓慢滴加到三口烧瓶中。然后加热、搅拌,缓慢升温,严格控制反应温度,一定时间后开始测反应物的酸值,当反应物的酸值降至5 mg KOH/ g 时结束。反应结束后减压分离溶剂,产物于真空烘箱中干燥至恒重。合成路线如图1 所示。
1. 4 环氧丙烯酸酯的紫外固化
粉碎条件为常温下,将合成的预聚物、光引发剂等放入高速万能粉碎机中粉碎3 min ,间隔10min ,待粉碎机机身温度降低后再粉碎3 min 。然后过筛至80μm ,用静电喷枪喷至马口铁片上,涂膜厚度控制为0. 2～0. 3 mm ,放入IRUV 固化机中,先用IR 灯加热使其充分流平,然后打开紫外光照射。
1. 5 测试和表征
1. 5. 1 酸值的测定
采用氢氧化钾- 乙醇溶液滴定法,按GB2895 —82 测定酸值[5] 。残余酸值率P 定义为反应至某时刻时测得的酸值与起始值之比, (1 - P) 即为丙烯酸转化率。
1. 5. 2 红外测试
采用KBr 压片法,用MSGNA IR760 型红外分析仪测定样品的红外光谱。
1. 5. 3 固化时间的测定
在75 mm ×25 mm ×10 mm 玻璃表面制膜,观察表干固化,用指触法测定固化时间。
1. 5. 4 铅笔硬度
按GB/ T 6739 —2006/ ISO 15184 —1998 测试。
1. 5. 5 附着力
按GB/ T 9286 —88/ ISO 2409 —1972 测试。
2 结果与讨论
2. 1 红外光谱分析
为了检测环氧树脂与丙烯酸的反应情况,对反应前后所得的产物分别进行红外光谱分析,得到图2 所示谱图,其中a 为环氧丙烯酸酯,b 为环氧树脂。图2a 中914 cm- 1 处环氧基的特征吸收峰消失,1 727 cm- 1 出现了酯基C= O 伸缩振动的吸收峰,且在1 640 cm- 1 出现了C= C 的伸缩振动吸收峰,810 cm- 1 出现了C C 的弯曲振动吸收峰,说明丙烯酸成功接到环氧树脂中。
图2b 中1 610 、1 581 、1 510 与1 459 cm- 1 处为苯环骨架振动特征吸收峰;830 、770 cm- 1 处显示苯环为对位二取代苯环;3 415 cm- 1 处为羟基的吸收峰;1 250、1 038 cm- 1 处为芳香族醚类C —O的对称和不对称伸缩振动吸收峰。在3 000 ～2 800 cm- 1 处出现4 个吸收峰,说明甲基和亚甲基同时存在;1 380 、1 367 cm- 1 处为偕二甲基双峰的特征吸收峰,914 cm- 1 处环氧基的特征吸收峰。依据红外分析并结合实际情况,从而判断该物质为双酚A 型环氧树脂。
2. 2 催化剂的影响
