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光固化涂料的组分与作用

放大字体  缩小字体 http://www.xxtlw.com  发布日期:2017-08-21  浏览次数:682
中国新型涂料网讯:
       光固化涂料主要由齐聚物、活性稀释剂、光引发剂和助剂组成。大致的比例是:齐聚物30%~50%,活性稀释剂40%~60%,光引发剂1%~5%,助剂0.2%~1%。 
       1、齐聚物      
       齐聚物又称作光敏树脂,是成膜物质,即构成了固化产品的基本骨架。我们可以看到,它在整个的体系中长的比例相对很大,因此对涂膜的性能起决定性的作用。从齐聚物的结构来看,它们都含有C=C不饱和的双键。可以分为以下几种:(1)不饱和聚酯;(2)环氧丙烯酸酯;(3)聚氨酯丙烯酸酯;(4)聚酯丙烯酸酯;(5)多烯硫醇体系;(6)聚醚丙烯酸酯;(7)水性丙烯酸酯;(8)阳离子树脂。  
       其中,第1种属于第一代UV固化涂料,后三种属于第二代UV固化涂料。应用最广的是聚环氧丙烯酸酯,因为它具有很多的优点,比如说它形成的固化膜硬度和拉伸强度大、抗张强度大,还有耐化学品性优异、光泽高等。目前主要的环氧丙烯酸酯有双酚A环氧丙烯酸酯、酚醛环氧丙烯酸酯和环氧化油丙烯酸酯。目前国内外的研究学者对各类环氧丙烯酸酯进行了改性的实验研究,以期满足人们的各种需求。比如利用双羟基化合物的羟基与部分环氧基反应,然后剩下的环氧基再与丙烯酸进行酯化反应来提高柔韧性。此外还可以通过胺改性的方法等。另一类应用比较广的是聚氨酯丙烯酸酯(PUA),它的应用程度仅低于环氧丙烯酸酯。因为它也有比较好的性能,比如良好的附着力、柔韧性、耐磨性、高弹性以及快的光固化速率。并且能够通过调节分子结构和官能度,从而得到性能广泛的聚氨酯丙烯酸酯。但是它也有许多的不足,因为通常用的是2,4-甲苯二异氰酸酯(TDI)和二苯基家玩儿异氰酸酯(MDI),做出来的聚氨酯很容易发黄,而且耐候性不好。近年来多以异佛尔酮二异氰酸酯(IPDI)为原料,制造出了综合性能较好的品种。聚氨酯丙烯酸酯预聚物的合成工艺也会严重影响到其最终的性能,因此可以选择较为合适的工艺来控制,比如原料的种类、合成温度、催化剂等。  
       然而,由于齐聚物都是年度比较高的聚合物,因此在使用的过程中,我们需要添加一定的单体,或者称之为活性稀释剂以调节它的粘度。在这些活性剂中会含有一些有机挥发性的物质(VOC),这些物质有不同程度的毒性和刺激性。所以,水性涂料已经成为涂料发展的主要方向之一。在国内光固化水性涂料方面,研究者做了很多的研究,比如像清华大学、中山大学等。并且随着经济的发展,国际上关于环保的要求越来越严格,这就使得我国不得不在汽车涂料的方面做出更大的努力以适应国际新环境。汽车涂料中的VOC主要来自基色器漆和中涂层,约占VOC排放量的60%-70%。如果车身全部采用水溶性涂料的话,就可以使VOC得 排放量减少到27g/m2 。 
       2、光引发剂  
       光引发剂是光固化体系中的关键组成部分,决定固化程度以及固化的速度,按照引发机理大致可以分为4类:裂解反应机理、氢消除机理、能量转移反应机理和离子反应机理。主要用到的引发剂有:二苯甲酮、安息香双甲醚、氯代硫杂蒽酮、乙基硫杂蒽酮、异丙基硫杂蒽酮、2-苯基-2-N-二甲氨基-1-丁酮、铁盐和酰基磷氧化物。目前固化涂料中研究较多的是小分子紫外自由基光聚合引发剂,但是它与聚合物相容性较差,残留在产物中的引发剂及光解碎片容易迁移和挥发,是产物发黄,并产生有毒的气体。针对这样的问题,研究者们提出了几种解决方案。其中一种是通过生产可聚合的光引发剂使引发剂消耗,减少对环境的伤害,还有一种方案是将引发剂大分子化,因为第一种途径不可能将所有的引发剂都消耗完,必定会有少量的引发剂仍然存在与体系中,最终会导致材料的性能受到影响。当然,有些研究者
还提出了发展多官能度光引发剂。  
       目前光引发剂的研究方向为:(1)可见光引发剂氟化二苯基二茂铁(IRG-CURE)和双二茂铁。他们的吸收波长已经达到520nm,在可见光聚合中的应用汇比较的多。而且二茂钛在光的照射下产生漂白效应,黄变指数小,深化固化好。(2)高分子光引发剂。在普通的光引发剂分子上,通过化学键将丙烯酸基、乙烯基、烯丙基等不饱和的基团接上或者将普通的光引发剂直接接在高聚物上。光引发剂的高分子化,使得光引发剂的迁移受到限制,同时也解决了光引发剂与聚合物不相容的问题。(3)水溶性引发剂。这一类引发剂的原理如前一小节中所说。可以与水相容,减少VOC的排放,但是效率不是很高。 
       3、活性稀释剂  
       活性稀释剂是一种功能性单体,在固化涂料中具有十分重要的作用,主要用来调节涂料的粘度。也参与涂料的固化反应,直接影响膜的性能。活性稀释剂结构上也好有不饱和键,如丙烯酰基、甲基丙烯酰基及乙烯基等,丙烯酰基光固化速度最快,目前使用的多为丙烯酸酯单体。单官能团单体相对分子质量小,因此容易挥发,相应的毒性大、易燃。近年来开发了很多的低挥发性、低毒性甚至无度的活性稀释剂,如PHEA。
 
关键词: 光固化涂料 稀释剂
 
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