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光敏劑對紫外光固化涂料固化速率的影響,研究了光敏劑的種類、用量及光源對涂膜性能及固化速率的影響并得出最佳涂料配方,以此為基礎配制UV 固化涂料進行研究測試
2019年08月01日    閱讀量:4864    新聞來源:中國建材網 cnprofit.com  |  投稿

1 引言

紫外光(UV)固化技術已廣泛用于涂料、油墨、膠黏劑和電子產品等諸多領域。由于采用該項技術可使固化速率加快、降低施工能耗、減少溶劑排放量、固化產品性能優異,因此,輻射固化技術及其所獲得的各種材料被譽為面向21 世紀的“綠色”工業技術和產品。UV 固化涂料由齊聚物、活性稀釋劑、光敏劑和助劑等4 部分組成中國建材網cnprofit.com


光敏劑是UV 固化涂料的重要組分,其作用是吸收紫外光后引發化學反應,形成涂膜,光引發劑是決定UV 固化涂料固化程度和固化速率的主要因素。按所生成的活性基的不同,光敏劑可分為自由基型、陽離子型、自由基-陽離子復合型3 類;常用的有安息香丁醚、二苯甲酮、安息香雙甲醚、米氏酮等。本文主要研究在UV 固化涂料配制中光敏劑品種及其用量與固化施工條件的關系,討論其對涂料固化速率及涂膜附著力、硬度、耐磨、耐腐蝕等性能的影響。


2 試驗部分

2.1 原料

甲苯、醋酸乙酯、丁酮、防白水、環己酮、1-羥基-環己烷基-苯基酮、2-羥基-2-甲基-1-丙基-1-丙酮,工業品,廣州市吉彩化工有限公司;脂肪族聚氨酯四丙烯酸酯、脂肪族聚氨酯六丙烯酸酯、100%脂肪族聚氨酯丙烯酸酯、二縮三丙二醇二丙烯酸酯、雙酚環氧二丙烯酸酯,工業品,廣州瀚東貿易有限公司;流平劑、分散劑、消泡劑,工業品,EFKA 公司。

2.2 基本配方

UV 固化涂料基本配方見表1。

光敏劑對紫外光固化涂料固化速率的影響,研究了光敏劑的種類、用量及光源對涂膜性能及固化速率的影響并得出最佳涂料配方,以此為基礎配制UV 固化涂料進行研究測試 中國建材網,cnprofit.com

UV 固化涂料基本配方

2.3 涂膜的制備

將表1 各組分按一定比例以如下順序加入到燒杯中:溶劑→助劑→光引發劑→單體。首先攪勻溶劑,再攪勻“溶劑+助劑+光引發劑”,然后加入單體并攪拌30 min,靜置。用剩余溶劑調節至適當黏度即得UV 固化涂料。用噴槍以適當的氣壓和流量將UV 固化涂料均勻地噴至潔凈的ABS 板上,形成均勻的涂膜。再將已噴涂的ABS 板放置于50 ℃烘箱中烘30 min,使板面的涂膜自然流平,然后把烘過的ABS 板用UV 固化機(UV光強為400 mJ,傳輸帶傳速為30 s)固化2 次。

2.4 性能測試

涂膜硬度:鉛筆測量法,按GB 6739—1986 測試。

涂膜附著力:劃格法,按GB 9286—1988 測試。

涂膜光澤度:用BYK 光澤度計測試。

耐沖擊性:用沖擊試驗儀測試。

耐壓性能:用耐壓測試儀測試。


3 結果與討論

3.1 光敏劑品種和用量對UV 固化速率的影響

本研究使用的光敏劑是2-羥基-2-甲基-1-丙基-1-丙酮和1-羥基-環己烷基-苯基酮,屬自由基型光敏劑,即在UV 條件下可分裂出活潑的自由基,從而引發涂料中的丙烯酸酯發生聚合反應,交聯固化成膜。在表1 基本配方的基礎上,改變光敏劑的品種和用量,測試對固化速率的影響,結果見表2。

光敏劑品種和用量對UV 固化速率的影響

光敏劑對紫外光固化涂料固化速率的影響,研究了光敏劑的種類、用量及光源對涂膜性能及固化速率的影響并得出最佳涂料配方,以此為基礎配制UV 固化涂料進行研究測試 中國建材網,cnprofit.com

從表2 可知,光敏劑品種不同,產品的固化效果也不同,如本試驗中2-羥基-2-甲基-1-丙基-1-丙酮的固化效果就好于1-羥基-環己烷基-苯基酮。一般來說,復合光敏劑體系會使固化速率獲得極大的提高,這一點可從表2 得到證實。

從表2 還可知,光敏劑用量較大則固化時間較短,光敏劑的用量過低,會使固化速率大大降低或者根本不能固化;但過多的光敏劑用量不但會使成本增加,而且對固化速率及固化后涂膜的理化性能皆有負面影響,所以光敏劑用量應適當。

3.2 光源對UV 固化速率的影響

引發劑的吸收波峰應盡可能與光源發射的主波長相近,否則就會因固化不充分使涂膜不干。涂膜的固化,是光引發劑吸收了UV 后激發、分解出自由基,引發活性單體及基料中的雙鍵發生聚合反應而交聯固化的。UV 的強度隨著燈距的增大而減弱,而光引發速率與放射光強度成正比:

Ri=2ΦεI [S]

式中: Φ ———光引發效率;

ε ———摩爾吸光系數;

I ———入射光強度;

[S] ———光引劑或光敏劑濃度。

由上式可知,隨著燈距的增大,引發速率下降,這就會使固化速率下降,固化時間也將延長。若固化時間過短涂料就不能固化成膜,其光澤也會下降,所以傳輸帶速率不能過快。

3.3 產品性能檢測

從表2 可知,復合光敏劑的引發效率遠高于其它方案,所以復合光敏劑的方案為最好。對該產品進行性能檢測,結果見表3。

復合光敏劑UV 固化涂料性能測試

光敏劑對紫外光固化涂料固化速率的影響,研究了光敏劑的種類、用量及光源對涂膜性能及固化速率的影響并得出最佳涂料配方,以此為基礎配制UV 固化涂料進行研究測試 中國建材網,cnprofit.com

4 結語

在UV 固化涂料基本配方中改變光敏劑的品種和用量,經測試發現使用復合光敏劑并以適宜的用量可以縮短涂料的固化時間,獲得一種性能較好的涂膜。在UV 固化操作中也要考慮光源、光距等對固化速率的影響。


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