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UV固化防霧涂料的研制,以光敏丙烯酸酯低聚物( UVB )、甲基丙烯酸丁酯(MBA)、丙烯酸-β- 羥乙酯( HEA)、丙烯酰胺( AM ) 及丙烯基烷醚羥磺酸鈉( CAS)為主要成膜物質, 再配以適量的溶劑、交聯劑、光敏劑及各種助劑制成UV 固化防霧涂料
2019年08月01日    閱讀量:9774    新聞來源:中國建材網 cnprofit.com  |  投稿

0  引  言

透明材料表面的結霧給生產、生活帶來很大不便, 因此近年來防霧加工技術逐漸受到人們的重視。防霧的方法目前主要有電熱法和使用防霧涂料, 前者效果好但造價高, 因此目前主要集中在對防霧涂料的研究。防霧涂料有疏水型和親水型兩種 , 對親水型防霧涂料研究較多中國建材網cnprofit.com


防霧的方法主要有三種 : ( 1)表面活性劑直接摻入法; ( 2)表面活性劑直接涂敷法; ( 3)高分子涂敷法。


其中方法( 3)由于防霧效果好、效力長及較好的機械性能而廣受關注。其防霧原理是利用高分子聚合物涂層形成高親水性表面, 使其對水的接觸角變小,從而在表面形成極薄水膜, 進而起到防霧作用。


目前用于防霧涂料的親水性高分子聚合物通常是由一些帶有羥基、羧基、酰胺基、磺酸基等親水基團的丙烯酸酯類物質通過溶液共聚而得到的, 然后通過傳統溶劑型涂料的配制方法使涂膜烘干固化。


因此其仍然存在著溶劑型涂料的諸如耗能、污染環境等缺點。而紫外光固化涂料具有許多傳統涂料無法比擬的優點, 其固化速度快、節能、涂層光澤高、適于熱敏基材, 是新一代綠色化工產品, 近年來備受人們青睞。


因此紫外光固化防霧涂料將是防霧涂料發展的一個趨勢 。本實驗采用帶羥基、酰胺基、磺酸基等親水性基團的丙烯酸酯類物質為主體, 然后加入少量的活性稀釋劑、光敏劑及各種助劑配制成涂料, 最后經UV 固化成膜, 經測試發現制得的涂膜具有優良的防霧性能和較好的機械性能。

 

1  實驗部分

1. 1  原料及儀器

1. 1. 1  原料

甲基丙烯酸丁酯(MBA )、丙烯酸- β- 羥乙酯( HEA) 、丙烯酰胺( AM ) 、對羥基苯甲醚: 均為化學純; 二縮三丙二醇二丙烯酸酯( TPGDA )、乙二醇乙醚、光敏劑二苯甲酮( BP) /Darocure1173、消泡劑、流平劑: 均為工業級; 丙烯基烷醚羥磺酸鈉( CAS): 進口; 光敏丙烯酸酯低聚物(UVB): 自制。

1. 1. 2  儀器

紫外曝光機; 722型光柵分光光度計; 日本G- 1型接觸角儀; QHQ - A 型涂膜鉛筆劃痕硬度儀; QCJ型漆膜沖擊器; QFE- Ⅱ型涂膜附著力試驗儀; QTX 型漆膜彈性試驗器; JM - IV型磨耗儀; ZBQ制膜器; 測厚儀。

1. 2  基礎配方

基礎配方見表1。

各組分配比

UV固化防霧涂料的研制,以光敏丙烯酸酯低聚物( UVB )、甲基丙烯酸丁酯(MBA)、丙烯酸-β- 羥乙酯( HEA)、丙烯酰胺( AM ) 及丙烯基烷醚羥磺酸鈉( CAS)為主要成膜物質, 再配以適量的溶劑、交聯劑、光敏劑及各種助劑制成UV 固化防霧涂料 中國建材網,cnprofit.com

1. 3  涂膜的制備

按表1將各組分在容器中充分攪拌, 混合分散均勻, 靜置2 h, 然后將其涂于馬口鐵片或聚酯薄膜上流延成膜, 控制液膜厚度< 100 um, 再將其放置在紫外光固化機傳送帶上, 調節傳送速度, 并記錄UV光照時間。

1. 4  性能測試

對制得的UV 涂膜進行防霧性、硬度、耐沖擊性、附著力、柔韌性、耐水性、耐磨性、透光率的測試。

1. 4. 1  防霧性

采用日本G- 1 型接觸角儀, 測定水接觸角, 水接觸角越

小, 防霧效果越好。

1.4.2  耐水性

室溫環境下用自來水浸漬涂層, 以涂層出現發白溶脹現象所用時間的長短來衡量其耐水性。

1.4.3  透光率

采用722型光柵分光光度計, 將同一塊玻璃涂布防霧涂料的部分與未涂涂料的部分進行對比, 求得透光率。

 

2  結果與討論

2. 1  單體的選擇

根據防霧原理, 通常選擇能有效提高涂膜的親水性、附著力和耐溶劑等性能的一類官能單體。本實驗選用了帶有羥基、酰胺基及磺酸基的一些官能單體( HEA、AM、CAS)。同時也考慮到對最終涂膜硬度、柔韌性、耐沖擊性的影響, 本實驗還將軟單體和交聯劑單體匹配使用。MBA 為軟單體, 能提高涂膜的附著力和柔韌性; TPGDA 是交聯單體能提高涂膜的硬度、耐沖擊性和耐磨性, 并降低水溶性及溶出損失, 提高耐水性, 使涂膜表面不致過粘 。

2. 2  單體用量的影響

2.2.1  親水單體不同配比的影響

親水單體與涂膜的防霧性能密切相關。本實驗采用正交設計實驗考察了各親水單體組分的配比對涂膜防霧性能的影響。選取A為HEA, B為AM, C 為CAS, 每個因素都取3個水平值, 選定L9 ( 33 )正交表, 實驗因素與水平結果見表2。

正交試驗表

UV固化防霧涂料的研制,以光敏丙烯酸酯低聚物( UVB )、甲基丙烯酸丁酯(MBA)、丙烯酸-β- 羥乙酯( HEA)、丙烯酰胺( AM ) 及丙烯基烷醚羥磺酸鈉( CAS)為主要成膜物質, 再配以適量的溶劑、交聯劑、光敏劑及各種助劑制成UV 固化防霧涂料 中國建材網,cnprofit.com

正交實驗結果分析圖


由表1和圖1可以看出, 三種親水單體對涂膜防霧性能影響大小的順序依次為: CAS> AM > HEA, 這與各單體親水性大小相一致。同時得到了涂膜防霧性能最好的水平A2 B3 C3。而為了保證最終涂膜既具有親水性, 又盡可能透明, 實驗中含有羥基、酰胺基、磺酸基的親水單體的含量通常應保持占涂料總量的25% ~ 32%。因此本實驗取較好的水平A1 B3 C3。

2.2.2  軟單體MBA 用量的影響

軟單體主要是用來調節涂膜的硬度、柔韌性及附著力。保持其他組分配比一定, 改變軟單體的用量, 其對涂膜性能的影響見表3。

MBA 用量對涂膜性能的影響

UV固化防霧涂料的研制,以光敏丙烯酸酯低聚物( UVB )、甲基丙烯酸丁酯(MBA)、丙烯酸-β- 羥乙酯( HEA)、丙烯酰胺( AM ) 及丙烯基烷醚羥磺酸鈉( CAS)為主要成膜物質, 再配以適量的溶劑、交聯劑、光敏劑及各種助劑制成UV 固化防霧涂料 中國建材網,cnprofit.com

由表3可知, 隨著軟單體用量的增加, 涂層的硬度逐漸下降, 附著力、柔韌性逐漸變好。當加入的軟單體MBA 用量在8% ~ 12%時, 涂膜的硬度、柔韌性及附著力均較佳。其中當M BA 的加入量為10%時涂膜各項性能都達到了最佳。

2.2.3  交聯劑TPGDA 用量的影響

交聯劑主要影響涂層的耐水性、硬度和耐磨性。交聯劑的加入使聚合物形成緊密的網狀大分子結構, 因此當其他組分配比保持不變, 交聯劑用量增加時, 涂層內交聯點增多, 耐水性增強, 硬度、耐沖擊性和耐磨性也提高。交聯劑用量對涂膜性能的影響見表4。

TPGDA 用量對涂膜性能的影響

UV固化防霧涂料的研制,以光敏丙烯酸酯低聚物( UVB )、甲基丙烯酸丁酯(MBA)、丙烯酸-β- 羥乙酯( HEA)、丙烯酰胺( AM ) 及丙烯基烷醚羥磺酸鈉( CAS)為主要成膜物質, 再配以適量的溶劑、交聯劑、光敏劑及各種助劑制成UV 固化防霧涂料 中國建材網,cnprofit.com

由表4可見, 加入1. 5% ~ 2.5% TPGDA 的涂料, 其透明性、防霧性和耐磨性均較佳。而當加入2% TPGDA時, 涂膜的各項性能均達到最佳。

2. 3  引發劑的影響

2.3.1  引發劑種類的影響

比較了二苯甲酮( BP)和DAROCURE 1173, 以及它們相互復配體系的固化速度, 對固化時間的影響見表5。

光引發劑種類對固化時間的影響

UV固化防霧涂料的研制,以光敏丙烯酸酯低聚物( UVB )、甲基丙烯酸丁酯(MBA)、丙烯酸-β- 羥乙酯( HEA)、丙烯酰胺( AM ) 及丙烯基烷醚羥磺酸鈉( CAS)為主要成膜物質, 再配以適量的溶劑、交聯劑、光敏劑及各種助劑制成UV 固化防霧涂料 中國建材網,cnprofit.com

由表5知, 在所用UV 固化光引發劑中, 以復配光引發劑效果最好。原因是DAROCURE1173和二苯甲酮復配時, 有效地利用了光譜在不同峰值處的能量, 相當于提高了紫外光輻射劑量, 具有不同特征波長的光引發劑合理復配, 能起到節能、經濟的效果。

2.3.2  光引發劑含量的影響

改變光引發劑的含量測定涂膜的固化速度, 結果如表6。

光引發劑含量對固化速度的影響

UV固化防霧涂料的研制,以光敏丙烯酸酯低聚物( UVB )、甲基丙烯酸丁酯(MBA)、丙烯酸-β- 羥乙酯( HEA)、丙烯酰胺( AM ) 及丙烯基烷醚羥磺酸鈉( CAS)為主要成膜物質, 再配以適量的溶劑、交聯劑、光敏劑及各種助劑制成UV 固化防霧涂料 中國建材網,cnprofit.com

由表6可知, 固化速率隨光引發劑用量的增加而提高, 但當引發劑用量達到一定值時, 固化速率反而下降。這是由于光引發劑用量過多, 光固化過程中過多的自由基來不及擴散參與引發反應而發生自身偶合, 同時使紫外線穿透力變弱, 這樣底層的光敏樹脂有一部分未被固化交聯成體型網絡, 從而使整體的固化速率降低。另一方面, 引發劑用量過多殘留在涂層中, 會使涂膜耐候性變差。因此確定光引發劑的用量為5% ~ 6%。

 

3  涂膜的性能

綜合上述影響因素, 分別取各組分的最佳用量、45%光敏丙烯酸酯低聚物( UVB )、6% 乙二醇乙醚溶劑及少量助劑(如消泡劑、流平劑等)配制成涂料, 然后經紫外光固化成膜, 最后測試涂膜的各項性能并與溶液聚合法 所制得的涂膜進行比較, 如表7。

UV固化與溶液聚合制得的防霧涂料的性能比較

UV固化防霧涂料的研制,以光敏丙烯酸酯低聚物( UVB )、甲基丙烯酸丁酯(MBA)、丙烯酸-β- 羥乙酯( HEA)、丙烯酰胺( AM ) 及丙烯基烷醚羥磺酸鈉( CAS)為主要成膜物質, 再配以適量的溶劑、交聯劑、光敏劑及各種助劑制成UV 固化防霧涂料 中國建材網,cnprofit.com

由表7可知, UV固化防霧涂料具有與溶液聚合所得的防霧涂料幾乎相同的防霧能力, 同時具有更優異的硬度、附著力及耐磨性等。


4  結  語

本實驗取自制的光敏丙烯酸酯低聚物( UVB ) 的量為45%; 親水單體H EA、AM、CAS分別為4%、12% 及14%; 軟單體MBA為10%; 硬單體TPGDA為2%; 光引發劑為5% ( 2%BP+ 3% 1173); 溶劑乙二醇乙醚為6% 及少量的助劑配制成UV防霧涂料。通過研究測試發現, 其涂膜不僅具有優異的防霧性能, 同時還具有較好的機械性能。


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