0 引言
随着近年来人们环保意识的增强,以及环保法规的制定,紫外光固化涂料(简称UV 涂料)的应用越来越多。紫外光固化涂料是目前所有涂料中涂装方式为复杂多变的涂料体系,基本上涵盖了喷涂、浸涂、擦涂、淋涂和辊涂。由于UV 的可视性固化方式的局限性,在目前的所有涂装方式中,特别是家具的涂装方式主要以辊涂为主。由于西方人审美观的不同,出口家具和地板的涂装方式多以美式仿古为主,从而面漆涂装主要采用10°~50° 的亚光涂料,对亚光涂料薄涂膜的辊涂来说,流平性要求不是很高,甚至轻微的非流平性对亚光表现还有些许的帮助[1]。UV 涂料自20 世纪90 年代中期引入我国家具涂装业后,对于高光涂饰,一直是一道迈不过去的门槛,特别是我国东北、中原、西部的消费者倾向于高光涂饰,辊涂的高光面漆流平性都不是很好,橘皮现象严
重,迫切希望高光面漆的流平性得到改善。为了改善高光UV 涂料的辊涂效果,我们成立了专门的课题组进行项目的研讨,从流平性的影响因素及辊涂涂装的特殊性进行分析,提出了高光UV 涂
料辊涂流平性的改善途径。
1 关于辊涂流平的相关基本原理
1.1 流平性基本概念
流平性(levelling property)是指涂料在承涂物上流平均匀呈现足够光泽而无针孔的性能;涂料施涂后,湿漆膜能够流动而消除涂痕的性能,是涂料施工性能中的一项重要指标。一般来说,流平性与涂料的黏度、表面张力和使用的溶剂等有关。因各国标准不同,相应所规定的流平性测定方法也不同。我国国标中,以涂膜恢复或达到均匀平滑表面所需时间来表示,10 min 之内流平的涂膜为流平性良好。美国ASTM 检测标准中,对于白色及浅色漆,以刮成的几对不同厚度的平行条形涂层完全和部分流到一起的数目,与标准图形进行对照,用0~10 级表示,10 级表示完全流平,0 级流平差。当涂料刚被涂布于底材上时,会留下施工痕迹(刷痕、接痕、辊痕等),形成的湿膜是不平整的。不平整的湿膜表面会出现凹凸,此时的表面积比平整时要大,相对的表面能也要大。达到平整时,其表面积小,表面能也低,所以湿膜才会流平,这个过程是依靠不同位置湿膜的表面张力差来实现的——也就是流平[2]。
1.2 UV 辊涂的特殊性
UV 涂料的固化与其他类型涂料相比有其特殊性,其一是固化时间极短,无溶剂的UV 涂料涂布后大概在3~10 s 内就会固化,对于辊涂来说几乎流动流平的效果很难奏效;其二是体系中没有溶剂,靠丙烯酸酯单体稀释,黏度大,表面能很难降低;其三是辊涂带来的高剪切涂装方式不但没有让涂料平覆地涂上去,还因剪切压覆造成不平效果。正是由于辊涂的特殊性,对于辊涂UV 高光涂料来说,流平一直是一个很难解决的问题。
2 实验部分
2.1 实验准备及设备
在12 cm×60 cm 的板上预先涂布3 道UV 底漆,固化砂光平整。辊涂面漆的设备是辊涂机(其中PU 胶棍的硬度是50 度),流平线长3 m,施工限速15 m/min,紫外固化机为三灯300 mJ/cm2 的能量固化。整套设备均由浙江明锦设备制造有限公司提供。
2.2 试验配方基本体系
在表1 所提供的配方下进行平行性实验。由于体系的其他物性关系,对低聚物和三官能团单体不作改变。
2.3 实验结果评价
采用相同的涂装方式,漆膜固化后用肉眼观察漆膜的平整性,是否有橘纹、凹坑等视觉现象,然后用比较的方法来确定流平性的好坏。
3 结果与讨论
涂料的表面张力(即表面能)对涂料的生产、施工以及终的涂膜质量都有重大影响,所以在涂料配方设计中,如何降低表面张力显得十分重要。为此,我们从如何降低UV 辊涂涂料体系表面能入手,从单体选择、体系黏度、助剂、施工工艺方面做一些探讨。
3.1 体系单体表面张力的影响
UV 涂料大致由以下几部分组成:低聚物、单体、光引发剂、助剂、填料。要使涂料表面能低,就要注意相关体系的相容性,并且设计配方时要注意相关材料的表面张力的匹配。由于成膜物性要求,低聚物高黏度,极性差别不大,所以我们固定一种低聚物来考虑,表2 是我们收集国内目前在售的长兴、沙多玛(美国)、三木、利田、天骄几家公司的原材料,测其表面张力,取其误差小于5% 的相同品种的平均值。
由表2 可见:相同的体系选用不同的单体结果是有差别的,表1 配方中,仅改变二官能团单体而其余原料不变时,会得到表3 的结果。由表3 可见:选用低表面张力的单体,整体配方表面能也低一些,有助于涂料的流平。效果好的是PO-NPGDA。
3.2 黏度对流平的影响