PET 膜用UV 固化涂料的配制及涂层性能研究
马迎辉1，3，陈繁忠* 1，2，龚丽芳1，3，刘力荣1，3
( 1． 中国科学院广州地球化学研究所，广州510640;2． 佛山市环保技术与装备研发专业中心，广东佛山528000; 3． 中国科学院大学，北京100049)

聚氨酯甲基丙烯酸酯( PUA) 涂料以紫外光为固化能源，主要成分包括: 聚氨酯甲基丙烯酸酯低聚物、活性稀释剂、光引发剂以及助剂等，具有固化时间短、耗能少、VOC( 挥发性有机化合物) 排放少［1］、涂膜性能好［2］等优点，是新一代环境友好型涂料。目前已广泛应用于木材、金属装饰、光纤包覆、电子线路板等方面。PET 膜具有优异的机械性能、耐热性和高透过率; 但PET膜存在表面硬度较低、耐磨性较差、耐冲击性较差等缺点，所以常常需要在PET 膜表面涂覆硬化涂层来提高其使用性能和使用寿命。
本研究针对PET 膜表面硬化的应用需求，开展了PET 膜用UV 固化聚氨酯甲基丙烯酸酯涂料的配制及涂层应用性能研究。着重筛选PUA 低聚物，探讨低聚物结构对涂层性能的影响; 研究了活性稀释剂、光引发剂的种类、配比、用量等因素对涂层性能的影响，旨在研发出附着力好、有较高硬度的PET膜用UV 固化涂料。

1 实验部分
1. 1 主要原料
脂肪族聚氨酯甲基丙烯酸酯( 共10 种不同低聚物) : 力勤实业股份有限公司、深圳市科立孚实业有限公司; 双官能团活性稀释剂［三丙二醇二丙烯酸酯( TPGDA) ］、三官能团活性稀释剂［三羟甲基丙烷三丙烯酸酯( TMPTA) ］: 广州市奥实贸易有限公司; 光引发剂Darocur 1173、Irgacure 184: 广州冠川贸易发展有限公司; 流平助剂BYK333: 德国毕克公司; 乙酸乙酯:佛山市安洋化玻仪器有限公司; 125 μm PET 膜，两面均未经电晕处理，东莞市万泰电子材料有限公司。
1. 2 仪器及设备
高速分散机、涂－ 4# 杯黏度计、漆膜划格器、小车式铅笔硬度计、盒式圆柱弯曲试验仪: 广州标格达实验室仪器用品有限公司; 1 000 W紫外光固化灯: 广州鲁创电子技术有限公司;OSP 线棒涂布器: 奥斯技贸易( 深圳) 有限公司。
1. 3 UV 固化涂料及PET 膜硬化涂层的制备
1. 3. 1 UV 固化涂料的配制方案及制备方法
涂料配制方案设计为: 首先按照UV 固化聚氨酯甲基丙烯酸酯涂料常规配比，固定聚氨酯甲基丙烯酸酯低聚物、活性稀释剂、光引发剂以及助剂的用量，改变聚氨酯甲基丙烯酸酯低聚物的种类，研讨不同低聚物对涂层性能的影响; 然后固定低聚物种类，分别研究低聚物用量、活性稀释剂组成与用量、光引发剂组成与用量对涂层性能的影响; 在此基础上确定较适宜的PET 膜用UV 固化涂料配方。
UV 固化涂料的制备方法为: 将聚氨酯甲基丙烯酸酯低聚物、活性稀释剂、光引发剂以及助剂等，按配比加入料筒，800 r /min下分散3 min，再加入一定量的乙酸乙酯调节黏度，搅拌1 min，过滤后备用。控制涂料黏度20 ～ 25 s。
1. 3. 2 PET 硬化涂层的制备
采用OSP － 06 线棒涂布器，将UV 固化涂料均匀涂覆在PET 膜上，80 ℃下烘20 ～ 30 s，然后在紫外光固化灯下进行UV 固化，固化时间约为15 s，制得PET 膜用硬化涂层。控制干膜厚度约为3 ～ 4 μm。
1. 4 涂层性能测试
( 1) 附着力: 按GB/T 9286—1998 进行测试，经划格刀划格后，用3M 胶带粘贴后再进行拉扯，用肉眼观测未被拉扯的涂膜面积，用百分数来表示［3］。
( 2) 硬度: 按GB/T 6739—2006 进行测试。
( 3) 柔韧性: 按GB/T 6742—2007 进行测试。
( 4) 耐酒精擦拭性: 按GB/T 23989—2009 进行测试。

2 结果与讨论
2. 1 聚氨酯甲基丙烯酸酯低聚物对涂膜性能的影响
固定聚氨酯甲基丙烯酸酯低聚物、活性稀释剂、光引发剂及助剂比例，改变聚氨酯甲基丙烯酸酯低聚物的种类，研究低聚物对涂层性能的影响。UV 固化涂料各组分配比为: 脂肪族聚氨酯甲基丙烯酸酯: 38. 0% ( 质量分数，下同) ; TMPTA:26. 0%; TPGDA: 31. 4%; Darocur 1173: 2. 6%; Irgacure 184:1. 3%; 流平助剂: 0. 7%。所采用的10 种聚氨酯甲基丙烯酸酯低聚物基本参数见表1。

注: ( 1) —以每千克低聚物中C ?C的物质的量计。
采用不同聚氨酯甲基丙烯酸酯，获得的涂膜性能测定结果见表2。
表2 不同聚氨酯甲基丙烯酸酯对涂膜性能的影响

从表2 可以看出，10 种聚氨酯甲基丙烯酸酯涂料对PET膜附着力均较好，其中3#、4#、7#、8#、9#树脂配制的涂料对未经电晕处理PET 膜附着力达到100%。10 种聚氨酯甲基丙烯酸酯涂层的柔韧性均较好。从10 种聚氨酯甲基丙烯酸酯涂层的硬度看，3#、5#、6#、7#、8#、9#、10#树脂配制的涂料涂层硬度达到2H，对比表2 中低聚物性质可以看出: 低聚物的官能度越大，C =C密度越大，则涂层硬度也较大。聚氨酯甲基丙烯酸酯中丙烯酸酯基团越多，其中的C=C密度越大，UV 固化涂层中交联键的交联密度也越大，结果是涂层的硬度和固化速率均增加［4］。但同时双键密度越高的低聚物其双键的转化率也可能随之降低，甚至可远低于50%［5］，此时UV 固化涂层的硬度会有所下降。以5#树脂为例，改变配方中低聚物含量，研究低聚物用量对涂膜性能的影响，结果如表3 所示。
表3 聚氨酯甲基丙烯酸酯低聚物用量对涂膜性能的影响

表3 显示: 随着PUA 用量的增加，涂层附着力有所增加，但PUA 用量过大，附着力反而减小。当PUA 用量为48% 时，涂膜附着力为100%，硬度达3H，涂层综合性能较好。聚氨酯甲基丙烯酸酯的结构中含有大量的C=C，在紫外光的照射下，与光引发剂产生的自由基结合，进行链式反应，终形成交联密度较高的涂膜。如果在体系中加入量过多或者过少，都有可能导致聚合反应速率和双键转化率下降，降低反应产物的交联密度，终影响涂膜性能。