PVC紫外光固化涂料研究.doc

1前言 在当代化学工业中,涂料工业的地位日益重要。紫外光固化涂料是20世纪60年代开发的一种环保节能涂料。它具有固化速度快、环境友好、节约能源、可涂装各种基材和费用低等优点,因而在工业和高技术领域得到了广泛的应用1,2。 聚氨酯丙烯酸酯(PUA)分子由于有氨酯键,能在分子链间形成多种氢键,使固化膜具有优异的耐磨性和柔韧性,断裂伸长率高,同时具有良好的耐化学药品性和耐高、低温性能,较好的耐冲击性,对塑料等基材有较好的附着力,因而,PUA具有较佳的综合性能3。 用于薄膜基材涂料的性能决定涂料在基材上的涂装和应用,基材种类对涂料的应用有较大影响4,本文主要对用于PVC基材UV固化涂料的组成与固化成膜后的硬度、附着力、耐温及耐水性能进行了研究,研制出了适用于PVC表面涂装且性能优异的清漆配方。 2实验 2.1原材料与仪器设备 实验所用的三种预聚物聚氨酯丙烯酸脂PUA1,PUA2,PUA3均由本实验室合成,性能如表1所示。丙烯酸羟乙酯(HEA)、三缩丙二醇二丙烯酸酯(TPGDA)、三羟甲基丙烷三丙烯酸酯(TMPTA)由江苏三木公司提供,引发剂22羟基222甲基212苯基丙酮(1173)、1-羟基环己烷基苯甲酮(184)、二苯甲酮(BP)、22羟基222甲基212对羟乙基苯基丙酮(2959)、2,4,62三甲基苯甲酰基二苯基氧化膦(TPO)、异丙基硫杂蒽酮(ITX)、22甲基12(42甲巯基苯基)222吗啉212丙酮(907)、22苄基222二甲氨基21(42吗啉苯基)212丁酮(910)、双(2,4,62三甲基苯甲酰基)苯基氧化膦(808),42二甲氨基苯甲酸乙酯(EDAB)由常州华钛公司提供。 12KV高压汞灯,线功率160W/cm,蓝天特灯有限公司(河北涿州)。 线棒涂布器、PPH21型铅笔硬度计、QTX漆膜柔韧性测定器,上海现代环境工程技术有限公司。 表1自制聚氨酯丙烯酸酯树脂的性质 编号芳香族或脂肪族官能度外状PUA1芳香族PUA6透明澄清液体PUA2脂肪族PUA6透明澄清液体PUA3脂肪族PUA3透明澄清液体 2.2涂膜的制备 将聚氨酯丙烯酸酯、稀释单体、光引发剂按照一定比例混合,搅拌均匀。选用5050cm的PVC板材,先用甲苯清洗PVC表面,然后用12m线棒涂布器涂在PVC板上,用高压汞灯照射一定时间,使其固化成膜。 2.3测试 2.3.1固化速度 表干时间(s):使用指触法。 2.3.2涂层附着力 参照GB9256-88方法,通过划格实验的方法判定涂膜的附着力。 2.3.3涂层硬度 参照GB6739-86方法,使用涂膜铅笔划痕硬度计测试涂层的铅笔硬度。 2.3.4涂层柔韧性能 参照GBPT1731-93,使用漆膜弹性实验器,用双手将试板漆膜朝上,紧压于规定直径的轴棒上,绕轴棒弯曲试板。然后以4倍放大镜观察漆膜,检查漆膜是否产生网纹、裂纹及剥落等破坏现象。以不产生上述破坏现象处的轴棒尺寸为试样柔韧性数据。 2.3.5耐温性 在80烘箱烘烤72h,观察涂膜是否有裂纹或脱落现象。 2.3.6耐水性 在常温水中浸泡72h,观察涂膜是否有起泡或脱落现象。 3结果与讨论 聚氨酯丙烯酸酯的主要特点就是固化膜具有优异的柔韧性,对大多数底材附着力以及耐腐蚀性能都很优异。一般来说,几种聚氨酯丙烯酸酯复配的配方体系具有比单独一种聚氨酯丙烯酸酯更好的性能。活性稀释剂的官能度在一定程度上也影响涂料的光固化速度和涂膜的力学性能。光引发剂的选择对配方的固化速度和涂料是否黄变影响很大。涂料的基本配方如表2所示: 组分质量分数/%聚氨酯丙烯酸酯50-70稀释单体20-60光引发剂2-6其他助剂适量表2 PVC涂料的基本配方 3.1树脂对涂膜性能的影响 低聚物是光固化涂料的主体,它的性能在很大程度上决定了光固化后材料的主要性能,如硬度、颜色、附着力、抗划伤、防老化、耐温性、耐水性等。本实验采用自制PUA1、PUA2和PUA3,进行两两复配,组成不同的配方,其中各种成分的用量为:混合PUA-62%,TPGDA-35%,1173-3%。涂料性能见表3。 表3不同PUA复配对涂料性能的影响 不同酯的复配 固化时间 ( s) 附着力 (级) 柔韧性 (级) 铅笔硬度 (级) 耐温耐水 PUA1PUA2 = 11 PUA1PUA3 = 11 PUA2PUA3 = 11 PUA1PUA2 = 12 PUA1PUA2 = 21 30 用芳香族异氰酸酯合成的PUA1,由于含有苯环,因此链成刚性,其固化膜有较高的机械强度和较好的硬度和耐热性。脂肪族PUA2和PUA3主链是饱和烷烃和环烷烃,耐光、耐侯性优良,粘度较低,固化膜柔韧性好。由上表可以看出,当芳香族的PUA1和脂肪族的PUA2比例为11时,固化速度最快,附着力最好,柔韧性和硬度都比较好,并且耐温,耐水性也比较好。当它们各自与低官能度PUA3复配时,硬度和附着力下降,固化速度降低。所以在以后的实验中选用PUA1PUA2=11的复配体系。 3.2活性稀释剂的影响 活性稀释剂通常称为单体,是一种含有可聚合官能团的有机小分子,它不仅溶解和稀释低聚物,调节体系的粘度,而且参与光固化过程,影响涂料的光固化速度和固化膜的各种性能。因此,选择合适的活性稀释剂也是光固化涂料配方设计的重要环节5。以PUA1PUA2=11为主体树脂,占总质量的62%,引发剂为1173占3%,单体占35%。调节不同单体及其比例。涂膜性能如表4所示。 单体 固化速度( s) 附着力 (级) 柔韧性 (级) 铅笔硬度 HEA 50 0 7 H TPGDA 40 0 7 2H TMPTA 25 0 5 4H TPGDA :TMPTA=1:1 30 0 6 3H HEA: TPGDA=1:1 40 0 7 2H HEA: TMPTA=1:1 40 0 7 3H表4不同活性稀释剂对涂膜性能的影响 由上表可以看出,随着单体官能度的增多,光固化反应活性越高,固化速度越快,同时固化膜的交联密度增大,硬度提高,但柔韧性变差,体系的粘度增大。在以后的实验中,选择双官能度的活性稀释剂TPGDA进行研究。 3.3引发剂对涂料性能的影响 光引发剂是光固化涂料的关键组分,它对光固化涂料的光固化速度起决定性作用。在光固化涂料中,光引发剂的含量比低聚物和活性稀释剂要低得多。选用PUA1PUA2=11为主体树脂(62%),单体为TPGDA(35%),引发剂占总质量的3%。结果如表5所示。 引发剂 固化速度( s) 附着力 (级) 硬度 是否黄变 1173 40 0 2H 不黄变 184 50 0 2H 不黄变 1173：BP=1:1 50 0 3H 不黄变2959 50 0 4H 不黄变TPO 80 1 2H 黄变 IIX 60 5 3H 黄变IIX:EDAB=1:1 30 0 5H 黄变BP:EDAB=1:1 40 0 5H 黄变 907 30 0 5H 黄变 910 50 0 2H 黄变 808 60 0 2H 黄变表5不同引发体系对涂料性能的影响 选择光引发剂时要综合考虑各种因素,如固化速度,有无黄变、涂膜性能以及价格,通过本实验的比对研究,我们选择1173为引发剂。 4结论 (1)当芳香族聚氨酯丙烯酸酯PUA1和六官能度脂肪族聚氨酯丙烯酸酯PUA2