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光穩定劑應用于水性光固化涂料中最小固化能量影響度的研究,針對環保水性光固化涂料開發了一種新型復配型光穩定劑EVERSORB AQ7
2019年07月30日    閱讀量:651    新聞來源:中國建材網 cnprofit.com  |  投稿

光穩定劑應用于水性光固化涂料中最小固化能量影響度的研究

楊永吉,賴明華,宋宇書,賴尹婷,呂忠韓,簡智嫻,邱曉芳,黃耀興(臺灣永光化學工業股份有限公司,中國臺灣)

 

0 前言

高分子材料暴露在室內光線或自然太陽光時,容易造成外觀上顏色的變化和物性變化,這是因為樹脂受到UV光長期照射時,其結構在含氧的環境下很容易斷鍵,產生發色基團,而導致樹脂變色褪色。添加光穩定劑在光固化樹脂材料中,可以有效減少變色褪色、龜裂、粉化和光澤度保留率下降等問題。光穩定劑包括紫外線吸收劑(UVA)和受阻胺光穩定劑(HALS)中國建材網cnprofit.com


紫外線吸收劑功能:過濾吸收掉有害的紫外線進行保護;受阻胺光穩定劑功能:捕捉高分子所產生的劣化自由基,防止劣化連鎖反應發生。光固化涂料固化過程中,需由光引發劑吸收紫外線輻射來進行涂膜固化反應,光穩定劑的功能也會同時吸收紫外線輻射來防止涂膜劣化發生,所以當一起使用時對于光固化涂料固化的機制往往會造成沖突,進一步造成涂膜無法干燥,而必須重復光固化次數,造成成本的提升,新型光穩定劑可以解決此問題。


水性光固化涂料結合光固化涂料與水性涂料的優點,具有無毒性、無污染、干燥迅速、節能以及使用安全等特性,近年來快速的研究發展。根據新開發的水性光固化聚氨酯涂料研究報告指出,光固化前與光固化后耐水性測試相當,可達5級,耐乙醇測試可從光固化前1級經光固化后有效提升至5級。


有關水性UV分散的碳碳雙鍵對水性聚氨酯的拉伸強度、硬度、粒徑等性能研究方面,雙鍵含量增加,UV涂料的拉伸強度和硬度增大,分散體和涂料的其他性能不變。


目前有關光穩定劑應用于水性光固化透明涂料固化影響度的研究很少,因此利用試驗設計手法探討不同類型水性紫外線吸收劑(UVA)、受阻胺光穩定劑(HALS)和新型水性光穩定劑(EVERSORB AQ7)在不同涂膜厚度下進行探討研究,期盼能了解其對模型固化能量影響程度。

 

1 試驗部分

1.1 試驗原料

水性光固化聚氨酯(Bayhydrol? UV 2282),工業級,拜耳化學;光引發劑(Darocur? 1173),工業級,巴斯夫;水性光固化光穩定劑(EVERSORB AQ7),工業級,臺灣永光化學;水性紫外線吸收劑(EVERSORBA)、水性受阻胺光穩定劑(EVERSORB B),有機高分子,自制。

1.2 試驗設備

光固化機:臺灣非士能,GY-181;高能量UV輻射計:EIT,PLUS-365;耐黃變試驗機:Q Panel,QUV/Basic;色差儀: MINOLTA,CM-3500d。

1.3 試驗方法

1.3.1 水性光固化聚氨酯涂料的配制

先將水性光固化聚氨酯(Bayhydrol? UV 2282)與光引發劑(Darocur? 1173)乳化后產品按一定比例混合成水性光固化涂料,取不同類型光穩定劑(如表1所示)混合后,用涂膜涂布器將配置好的涂料均勻涂覆在10 cm×7 cm×0.1 cm ABS塑料(丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物)上,干膜厚度(DFT)控制在6 mm及15mm。

光穩定劑應用于水性光固化涂料中最小固化能量影響度的研究,針對環保水性光固化涂料開發了一種新型復配型光穩定劑EVERSORB AQ7 中國建材網,cnprofit.com

不同類型水性光穩定劑

1.3.2 固化條件

烘箱60 ℃干燥2 min后再放入1×150 W/cm(高壓Hg燈)的條件,在空氣環境中進行。

1.4 檢驗方法

1.4.1 光固化所需能量與輸送帶速度的關系

光能量大小決定光固化過程的時間,而光固化涂料的生產效率就是由輸送帶的速度來決定的,越快的光固化速度其生產效率就越高。利用亮度器測量接受到的能量與輸送帶速度的關系,由圖1所示,輸送帶輸送速度越快其接受到的能量會越小,兩者卻不呈線性的關系。

能量與輸送帶速度的關系

光穩定劑應用于水性光固化涂料中最小固化能量影響度的研究,針對環保水性光固化涂料開發了一種新型復配型光穩定劑EVERSORB AQ7 中國建材網,cnprofit.com

1.4.2 光固化所需最小能量試驗

涂膜表面達到完全固化時,所需最小能量,利用高能量UV輻射計記錄固化所需的能量,判別依據為指甲觸摸涂膜所測定表干為標準。

1.4.3 軟件名稱與分析

使用軟件:JMP version 5.0(SAS Institute);

分析:使用內建分析工具。

 

2 結果與討論

2.1 不同類型的光穩定劑和不同膜厚對光固化速度的影響

本試驗是利用試驗設計DOE(Design of experiment)

來設計測試參數并分析其結果,且更重要是利用其中的“篩選設計(Screening Design)”找出不同類型的光穩定劑:水性紫外線吸收劑(EV-A)、水性光固化用光穩定劑(EV-AQ7)、水性紫外線吸收劑(EV-B)。

不同干膜厚度(DFT)對光固化速度的影響,試驗計劃如表2所示,從表2的試驗數據分析結果如參數估計(表3、圖2)和變異數分析(ANOVA)(表4)所示。

不同類型光穩定劑和不同膜厚篩選試驗結果

參數估計表

光穩定劑應用于水性光固化涂料中最小固化能量影響度的研究,針對環保水性光固化涂料開發了一種新型復配型光穩定劑EVERSORB AQ7 中國建材網,cnprofit.com

參數估計圖

2.2 不同類型光穩定劑于水性光固化樹脂中最小固化能量影響度分析[式(1)~(4)]

2.3 紫外線吸收劑(UVA)對水性光固化最小固化能量的影響度分析

分析結果顯示:水性紫外線吸收劑(UVA)影響光固化速度是重要因子(Prob>│t│都遠小于0.05),不論干膜厚度,都會造成固化所需能量(Y)顯著提升,對光固化速度有負面的影響,也就是會降低光固化的速度,降低光固化的生產效率。這主要是由于紫外線吸收劑和光引發劑同時競爭同一的UV光能量所造成的結果,影響度為10.1%[如式(1)所示]。另外式(4)的截距項數值為0.065 9,表示在沒有添加任何光穩定劑,且不管干膜厚度的情況下(式中所有因子都以0代入),本試驗配制的水性光固化涂料其本質達到固化所需的最低能量。

光穩定劑應用于水性光固化涂料中最小固化能量影響度的研究,針對環保水性光固化涂料開發了一種新型復配型光穩定劑EVERSORB AQ7 中國建材網,cnprofit.com

變異數分析(ANOVA)表

2.4 光穩定劑(HALS)對水性光固化最小固化能量的影響度分析

分析結果顯示:水性光穩定劑(HALS)影響光固化速度也是重要因子(Prob>│t│都遠小于0.05),不論干膜厚度大小,都會造成固化所需能量(Y)更顯著提升。對光固化速度也是負面的影響,其影響度18.6%[如式(2)所示]較UVA大。這主要是由于HALS本身是一自由基捕捉劑,有可能提前先與自由基反應而使終止光固化過程的進行,因而造成光固化的速度大大提高。

2.5 膜厚(DFT)對水性光固化最小固化能量的影響度分析

從分析結果顯示:雖然干膜厚度(DFT.)對影響光固化速度是重要因子(Prob>│t│都遠小于0.05),但其系數0.001 879是相當小的,我們認為是干膜厚度與其他因子(也就是光穩定劑)相比較下,產生較小的影響度,而其系數是負的,這表示干膜厚度薄的系統會比干膜厚度厚的系統,需要較高的光能量才能固化,主要是因為在自由基高分子聚合反應中,氧氣在干膜厚度薄系統中,進出速度較干膜厚度厚系統快,所以需要更高的光能量來產生自由基,以填補氧氣聚合反應所浪費的自由基,故干膜厚度越薄的系統,所需光固化能量愈高。

2.6 新型光穩定劑(EV-AQ7)對水性光固化最小固化能量的影響度分析

從分析結果顯示:新型光穩定劑(EV-AQ7))對影響光固化速度不是重要因子(Prob>│t│大于0.05),不論干膜厚度,都不會造成固化所需能量(Y)提升。對光固化速度不會有影響,影響度為0%[如式(3)所示]。


3 結語

(1)紫外線吸收劑存在下會降低光固化的速度,造成光固化速度降低主要原因,是由于紫外線吸收劑與光引發劑同時競爭UV輻射能所造成的結果。

(2)HALS本身是一自由基捕捉劑,有可能提前先與自由基反應而使終止光固化過程的進行,因而造成光固化的速度大大提高。

(3)EVERSORB AQ7不影響水性光固化聚氨酯涂料所需最小固化能量。

(4)干膜厚度薄的系統相比干膜厚度厚的系統,需要較高的光能量才能固化,主要是因為在自由基高分子聚合反應中,氧氣在干膜厚度薄系統中,進出速度較干膜厚度厚系統快,所以需要更高的光能量來產生自由基,以填補氧氣聚合反應所浪費的自由基,故干膜厚度愈薄系統,所需光固化能量愈高。


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