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水性光固化涂料涂層性能評價,通過正交試驗考察了水性環氧丙烯酸酯、水性聚氨酯丙烯酸酯和水性活性稀釋劑的不同用量對光固化涂層性能的影響
2019年08月01日    閱讀量:16563    新聞來源:中國建材網 cnprofit.com  |  投稿

0 引言

紫外光固化技術是20 世紀60 年代開發的涂料涂裝新技術,具有快速固化、節能省時(其固化過程消耗的能量只是熱固型涂料的1/10~1/15)、低溶劑釋放、固化溫度低、設備體積小、投資低、適合流水線生產等優點。


但傳統油性光固化體系中加入活性稀釋劑來調節粘度、改善流變性,常用的稀釋劑是丙烯酸酯類,它們對眼睛和黏膜有較強的刺激作用,皮膚接觸也易導致過敏。而且它們在紫外光照射過程中難以完全反應,殘留單體具有可滲透性,容易引起衛生安全隱患并影響固化膜的性能中國建材網cnprofit.com


隨著人們環保意識的逐漸增強和各國環保法規的日趨嚴格化,水性涂料逐步占據主導地位。結合兩者的優點,產生了光固化水性涂料。水性UV涂料具有眾多的優點[8-11]:解決低VOC排放、低毒性和減少刺激性等環保問題;降低固化膜的收縮率,改善涂層對非吸收性底材的附著性;可適用于各種涂裝方式,如輥涂、淋涂和噴涂等;設備、容器易用水沖洗干凈;可克服傳統UV固化涂料硬度和柔韌性不能兼顧的缺陷。


目前UV水性涂料已廣泛應用于紙張上光油、光聚合物印刷版、木器清漆、塑料清漆、罩印清漆、絲網印刷油墨、凹版及平版印刷油墨等。

 

1 實驗

1.1 原材料和儀器

原材料:水性環氧丙烯酸酯(CN132)、水性聚氨酯丙烯酸酯(CN9245)、水性光引發劑4265:沙多瑪化學有限公司;乙氧化三羥基甲基丙烷三丙烯酸酯(SR7035),南京金鹿化工有限公司。

儀器:ST1000 手提型光固化儀,廣州煜業電光源制造有限公司;CLQ-20 落球式沖擊試驗機,北京冠測試驗儀器有限公司;BHD-B 耐電弧試驗儀,北京北廣精儀儀器有限公司;B-3084T4 鉛筆硬度測試儀,蘇州奇樂電子科技有限公司;QFD 附著力測試儀,天津三思試驗儀器有限公司;QTX漆膜柔韌性測定器,雅致五金廠。

1.2 實驗方法

1.2.1 水性光固化涂料的配制

將CN132、CN9245 和SR7035 以不同的質量比進行復配,并添加3%的水性光引發劑4265,在磁力攪拌器下攪拌5 min(100 rpm)。研究不同質量比的單體對水性光固化涂料性能的影響,正交實驗設計如表1 所示。

正交實驗條件設計

水性光固化涂料涂層性能評價,通過正交試驗考察了水性環氧丙烯酸酯、水性聚氨酯丙烯酸酯和水性活性稀釋劑的不同用量對光固化涂層性能的影響 中國建材網,cnprofit.com

1.2.2 水性光固化涂料涂層的制備

用500 目砂紙對馬口鐵片進行打磨,然后用乙醇擦拭,使鐵片表面均勻無油脂殘留,隨后將上述制備好的光固化水性涂料均勻涂覆于處理后的馬口鐵片上,涂膜厚度為(100±5)μm,將其置于紫外固化機下固化,固化時間為40 s。

1.3 測試分析

根據GB/T 1732—1993 采用落球式沖擊試驗機對固化后的涂層進行沖擊測試;采用GB/T6739—1996 測試涂層的硬度;采用GB/T 1731—1993 測試涂層的柔韌性;根據GB/T 1720—1979 測試涂層的附著力;根據HG/T 3330—1995 測試涂層的電氣強度;采用涂層的凝膠含量來衡量其固化速度,將所得的涂層剝下,稱重為m0,然后用丙酮浸泡48 h,濾去丙酮溶液,烘干至恒重,稱重為m1,凝膠率的計算公式為:凝膠率=m1/m0 ×100%;吸水率的測量方法:浸漆前,預先稱出銅片的質量G,兩次浸漆干燥后稱其質量為G1,然后將試樣垂直地全部浸入盛有(23±2)℃蒸餾水的玻璃容器中,其表面不應附有氣泡,互相間或與容器壁不接觸。浸水24 h 后,將試樣用鑷子取出,迅速用濾紙吸干涂層表面水分,立即稱量其質量為G2。吸水率=(G2-G1)/(G1-G)×100%。

 

2 結果與討論

2.1 正交實驗結果分析

表2 為不同配方光固化涂層的力學性能。

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不同配方光固化涂層的力學性能

由表2 知,光固化涂層具有良好的硬度、耐沖擊性能和柔韌性,硬度高主要是由于光固化樹脂交聯程度高且無溶劑揮發。各配方涂層均具有較高的耐沖擊性能和較好的柔韌性是因為配方中含有較高含量的水性聚氨酯丙烯酸酯。涂層的耐水性、耐擊穿性能、凝膠率及吸水率與樹脂配比之間的關系如表3所示。

水性光固化樹脂配比對涂層性能的影響

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從表3 可以看出,各配方涂層的凝膠率均較高,這與光固化涂層固化比較完全有關。各涂層的擊穿強度隨著水性聚氨酯丙烯酸酯含量的升高而升高。涂層的耐水性與涂層的吸水率具有相似的特性,均表現為水性聚氨酯丙烯酸酯含量較高時,其吸水率較低,涂層的耐水性增強,這與水性環氧丙烯酸酯上含有親水活性羥基基團有關,羥基的親水性導致固化后涂層耐水性下降,該結果也說明耐水性越好,絕緣性較好。


乙氧化三羥基甲基丙烷三丙烯酸酯單體(SR7035)含量與耐水性、耐擊穿性能、凝膠率及吸水率之間的關系如表4 所示。由表4 可知,當涂層凝膠率超過90%時,提高活性稀釋劑SR7035 含量對涂層凝膠率的貢獻并不大,但仍會提高涂層的交聯密度。涂層的耐水性及擊穿強度隨著活性稀釋劑含量的增加而不斷提高,這是因為隨著活性稀釋劑含量的增加,涂層交聯密度變大且涂料粘度降低,從而導致在涂覆時表面的微小缺陷變少,涂層的吸水率隨著活性稀釋劑含量的增加而不斷降低。

SR7035含量對涂層性能的影響

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2.2 方差分析

表5 為擊穿強度的方差分析。由表5 可知,m(CN132)∶m(CN9245)的F 比為6.767,即水性環氧丙烯酸酯與水性聚氨酯丙烯酸酯的配比對UV涂層的擊穿強度有著顯著的影響,而SR7035 的F比為1,即活性稀釋劑對UV 涂層的擊穿強度影響不大。因此,影響擊穿強度的主要因素是水性樹脂之間的配比,活性稀釋劑為次要因素。

擊穿強度的方差分析

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表6 為凝膠率的方差分析。由表6 可知,m(CN132)∶m(CN9245)的F比為1,即水性環氧丙烯酸酯與水性聚氨酯丙烯酸酯的配比對UV涂層凝膠率的影響不大,而SR7035 的F 比為1.557,即活性稀釋劑對UV涂層的凝膠率有一定影響。因此,影響凝膠率的主要因素是水性活性稀釋劑,樹脂之間的配比為次要因素。

凝膠率的方差分析

水性光固化涂料涂層性能評價,通過正交試驗考察了水性環氧丙烯酸酯、水性聚氨酯丙烯酸酯和水性活性稀釋劑的不同用量對光固化涂層性能的影響 中國建材網,cnprofit.com

3 結論

通過比較水性光固化樹脂的不同配比及活性稀釋劑的不同含量對涂層性能的影響發現,當水性環氧丙烯酸酯與水性聚氨酯丙烯酸酯配比為3∶7,水性活性稀釋劑用量為12%時,涂層的性能最優,其中涂層硬度高達6 H,沖擊強度大于50 kg·cm,柔韌性為0.5 mm,凝膠率超過90%,吸水率為2.36%,擊穿強度達到100 MV/m。


水性光固化涂料涂層性能評價

杜峰,魯鋼,鄒巍巍,章文貴

(江蘇瑞豐科技實業有限公司,南京210009)


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