金属用紫外光固化涂料的研发
钟荆祥 程绍楠 王鹏 胡中源 ( 青岛富臣化工有限公司,266706)
0 引言
UV(紫外光)光固化涂料与传统的热固化或自干涂料相比,具有固化快(几秒钟)、污染少、节能及适合流水线生产等优点,已广泛应用于各个领域[1]。随着各种光固化涂料的开发应用,化工工程师们发现,UV 光固化涂料配方设计的关键问题之一便是如何提高涂膜与各种基材之间的附着力,其中尤以对金属基材的附着较为困难。这是因为:一方面光固化涂料固化速度快,而且丙烯酸酯类单体聚合时体积收缩过大,使得固化时漆膜产生的内应力来不及释放;另一方面金属基材与涂料之间物理化学作用的形成较为困难,没有非金属基材容易。通常情况下,通过添加各种助剂来改善涂膜与基材之间的附着力,但对于比较特殊的金属基材(如铝、铜、锌、不锈钢等)来说,则需要综合考虑影响附着力的各种因素。为了克服现今技术存在的不足,本文考察了预聚体、活性稀释剂、附着力促进剂、固化工艺及预处理等因素对涂膜在金属基材上附着力的影响,研发了一种紫外光固化金属涂料,具有成本低廉,施工工艺简便,涂膜干燥速度快,能源消耗少,生产效率高等特点。
1 实验部分
1.1 原材料
功能单体( 活性稀释剂):异癸基丙烯酸酯(ISODA)、新戊二醇二丙烯酸酯(NPGDA)、三羟甲基丙烷三丙烯酸酯(TMPTA)、乙氧化三羟甲基丙烷三丙烯酸酯(TMP3EOTA),宜兴宏辉化工有限公司;聚丙烯酸酯:聚氨酯丙烯酸酯(PUA)、聚酯丙烯酸酯(PEA)或它们的混合物,广州江门国美化工;环氧丙烯酸酯树脂,江门科田化工;助剂:Tego 920,Degussa 公司;BYK 310,毕克公司;AFCONA-S27,埃夫科纳公司;KH-550,青岛海大化工;229,台湾德谦公司;Silok 621S,广州Silok 化学有限公司;填料:TP-1250,广西桂华公司;光引发剂:TUNTECURE 1103、TUNTECURE1107、TUNTECURE 1104,常州华钛公司。
1.2 仪器
UV-102 型光固化机,奥诗曼科技发展有限公司;UV-INTEGRATOR 型UV 能量计,德国;NDJ-1旋转黏度计,上海森地科学仪器设备有限公司;双辊式UV 辊涂机,勤诚辊涂机械设备厂;SFJ-400C分散机,上海现代环境工程技术有限公司;四灯光固化机,耐美特工业设备有限公司;附着力测试仪,北京斯创尔建筑测试技术开发有限公司。
1.3 涂料配方
涂料基础配方见表1。
涂装工艺:用辊涂机直接在金属基材上辊涂,辊涂膜厚控制在40 μm 左右。
固化条件:2 盏中压汞灯,120 mJ/m2 能量,传送带速度40 m/min。
1.4 附着力和耐黄变性测试
1.4.1 附着力测试
待涂膜固化至指触干后,按照GB/T 9286—88 标准测试附着力。
1.4.2 耐黄变性测试
光固化机开3 盏中压汞灯,传送带速度调至35 m/min,涂膜纸刮卡100 μm 涂膜厚度,通过光固化机,目测漆膜颜色变化程度。
2 结果与讨论
2.1 UV 树脂的选择
UV 涂料常用树脂的性能指标见表2。
聚氨酯丙烯酸酯(PUA)的分子中含有丙烯酸官能团和氨基甲酸酯键,固化后的涂膜具有聚氨酯的高耐磨性、黏附力、柔韧性、高剥离强度和优良的耐低温性能,以及聚丙烯酸酯卓越的光学性能和耐候性,是一种综合性能优良的辐射固化材料。
聚酯丙烯酸酯(PEA)的分子中含有丙烯酸官能团和酯类单体官能团,固化速度快、柔韧性佳、附着力佳、收缩性低 、黏度低、酸价低、气味小。
环氧丙烯酸酯树脂(EA)具有环氧树脂的优良特性,尤其固化性和成型性方面更为出色,不象环氧树脂那样繁琐,是一种热固化树脂。它具有优异的耐水性、耐热水性、耐化学品、黏结性和柔韧性。选用脂肪族聚氨酯丙烯酸酯树脂PUA-1、芳香族聚氨酯丙烯酸酯树脂PUA-2、聚酯丙烯酸酯树脂PEA、聚氨酯丙烯酸酯与聚酯丙烯酸酯的混合物PUA/PEA ;环氧丙烯酸酯EA-1、酚醛环氧丙烯酸酯EA-2,其在铝基材上的耐黄变性与附着力测试结果如图1 所示。
由图1 可见:酚醛环氧丙烯酸酯树脂(EA-2)、聚酯丙烯酸酯树脂(PEA)对铝基材有更好的附着力,且耐黄变性优良;聚酯丙烯酸酯刚固化时附着力较好,冷却后附着力稍变差,主要是因为聚酯类树脂固化收缩率大,冷却后内应力集中,导致附着力下降。经实验测试及成本评估,选定酚醛环氧丙烯酸酯树脂、脂肪族聚氨酯丙烯酸酯树脂、聚酯丙烯酸酯树脂拼用,在保证涂膜高附着力的情况下,又使其有优良的耐黄变性,且平衡了体系成本。