低气味UV光固化木器涂料的制备

中国新型涂料网讯：                     

    摘要:通过结合欧盟RoHS指令中测试项目及标准限值、REACH法规和生产实践，对家具（UV）紫外光固化涂料做了大量的技术研发工作，通过对树脂、光引发剂等原料的筛选，研制了低气味UV光固化木器涂料。
    关键词:低气味；UV涂料；树脂；光引发剂

    0·前言
    近年来紫外光固化涂料在木制品家具、木门领域得到广泛应用，在未来的几年里也会得到越来越多家具、木门企业的青睐。展辰公司的家具、木门UV涂料月产量从原来的几吨到现在的上百吨，等等迹象表明UV光固化涂料在整个木制品行业会是一个突飞猛进的发展。
    笔者近期通过结合欧盟RoHS指令中测试项目及标准限值、REACH法规和生产实践，对家具(UV)紫外光固化涂料做了大量的技术研发工作，研制了低气味UV光固化木器涂料。
    1·试验部分
    1.1试验材料
    树脂：环氧丙烯酸酯621-100、改性双酚A环氧丙烯酸酯188、芳香族聚氨酯丙烯酸酯6145-100；单体：乙氧基化-1,6-己二醇二丙烯酸酯(EO-HDDA)；乙氧化三羟甲基丙烷三丙烯酸酯(EO-TMPTA)；丙烯酸-2-羟基乙酯(HEMA)；光引发剂：IHT-PI907、184、IHT-PI6022、IHT-PIPBZ、IHT-PI917、1173；助剂：消泡剂BYK-8800、流平剂TEGO-410。
    1.2试验设备
    搅拌分散机，UV辊涂机，铅笔硬度计，百格刀，镜向光泽仪，紫外光固化机(1伽灯3汞灯)，LC-10AT岛津高效液相色谱仪(PAD)，德国Vario EL元素分析仪，XT-5显微熔点仪。
    1.3试验部分
    1.3.1参考配方
    本试验的配方，在没有特殊性能要求下，均按表1进行试验。
                   表1 低气味UV家具漆参考配方

    1.3.2配方生产过程
    按表1配方表进行配料，投入1～4号原料在高速速率1 500 r/min下分散25 min，投入5、7号原料中速速率1 200 r/min下分散8 min，投入6、8号原料中速速率1 200 r/min下分散10 min，送检；用辊涂机涂布竹炭低气味UV涂料于基材上(施工工艺：密度板/复合板/贴皮板/贴纸板→UV腻子→固化全干砂光→UV低气味UV涂料)。在320 mJ/cm2(2汞灯)的光强下，按传送线速度为20 m/min进行固化成膜，然后对成膜后的涂料进行试验。涂布量在(30±5)g/m2范围内半干固化辊涂两遍。
    1.3.3试验过程与探讨
    1.3.3.1树脂的选择
    按照表1的配方，用907、184、6022、PBZ、917、1173等光引发剂进行试验，分别用树脂621-100、188、6145-100进行试验对比，对其黏度、耐热性稳定性、流平性、固化速度、附着力进行试验检测，具体结果见表2。

表2 不同树脂的性能要求

    通过以上试验数据表明，188改性环氧丙烯酸酯树脂黏度最低，6145-100脂肪族聚氨酯丙烯酸酯树脂黏度最高，621-100环氧丙烯酸酯附着力优于188改性环氧丙烯酸酯。综合其二者的优越性，用621-100、6145-100效果比较的好，完全能够通过相关的耐热性和对于附着力的要求。
    1.3.3.2单体的选择
    单体选择主要是对于基材的润湿分散性及耐黄变性的选择。光引发剂选用北京英力公司的907、6022、PBZ、917及常州华钛公司的184、1173搭配作光引发剂。按照表1用621-100，6145-100搭配用EO-HDDA、EO-TMPTA、HEMA几种单体进行试验检测相关的施工黏度及成膜后的附着力，具体结果见表3。
                  表3 单体试验结果对比表

表3所测的两个指标黏度及附着力的数据结果，实际上验证了单体与基材润湿分散的性能，可以看出乙氧基化的单体及甲基丙烯酸羟乙酯润湿性能好，比较适合作光固化家具涂料的稀释活性单体，对于颜料润湿分散和固化过程的结果具有重要作用。
    1.3.3.3光引发剂的选择
    光引发剂是UV涂料中的关键组成部分，其作用在于传递紫外线光子的能量，迅速引发单体和低聚物的交联聚合，促进体系的液固转换过程。根据引发机理，光引发剂可分为自由基和阳离子两大类型。
    紫外线分为：真空紫外线(VacuumUV，波长为10～200 nm)、短波紫外线(UV-C，波长为200～290 nm)、中波紫外线(UV-B，波长为290～320 nm)、长波紫外线(UV-A，波长为320～400 nm)、可见光(Visiblelight，波长为400～760 nm)。紫外线(UV)用于工业生产，国际上一般使用的是长波UV(UV-A)，传统的1173与184引发剂在此波长的吸收范围会被遮挡而不被吸收引发。所以需要根据不同的涂料配方来选择不同的光引发剂。同时，结合原料厂家的试验数据，总结出规律性的认识，形成了一个化合物在配方、光固化过程中产生苯的机制，有的化合物在受阳光照前就含有苯，光照后并不增加，说明苯是在制造过程中残留物污染所致，如果以苯为原料，最终都很难彻底去除干净。有的化合物光照前不含苯，但光照后苯含量增加，说明该化合物受光不稳定，会分解出自由苯分子。有的光引发剂在光照后产生的碎片具有挥发性，造成气味和毒性。通过多遍试验得出以下结果。
    (1)光引发剂(见表4)

表4 光引发剂

    (2)测试方法
    ①气味
    将样品用UV辊涂机涂布在PT纸上，涂布面积为2 dm2,经紫外线固化机固化后，60℃恒温30 min。评价其气味大小。评价值为0～5，数值越小表示气味越低。固化条件：单灯固化(功率1 000 W)，灯距：16 cm；带速：4 m/min，膜厚9μm。
    ②苯含量测试
    按照YC/T2007-2006标准方法测试固化后试样的苯含量，单位mg/m2。
    2·结果与讨论
    2.1最终试验配方(见表5)

表5 最终试验配方

2.2试验结果
    (1)气味评价(见表6)

 表6 气味评价

表7 苯含量测试结果

2.3试验结论
    (1)固化前气味：184≥PBZ≥1173＞907＞917＞6022
    (2)固化后气味：184≥1173≥PBZ＞907＞917＞6022
    (3)使用6022的配方检测苯含量达标。
    3·结语
    选择环氧丙烯酸酯和芳香族聚氨酯丙烯酸酯的低聚物附着力、耐热稳定性较好，选择乙氧基化的单体及甲基丙烯酸羟乙酯的润湿性也是比较乐观的，主要研究在于选择光引发剂苯含量指标低于0.01mg/m2的原料在涂料施工前、施工后苯含量≤0.003mg/m2效果的功能性产品，同时针对不同的基材不同施工工艺(喷涂、辊涂、淋涂)也需要在施工黏度上作出相应的调整。