五金底材用UV固化涂料的配方設計

　　紫外光固化涂料以高能量的紫外光為涂料固化的能源，通過光引發劑吸收紫外光，產生活性自由基，進而引發可光固化的樹脂發生一系列聚合反應，使涂膜固化。其固化速度快、能量利用率高、節省能源、涂料100%反應成膜、無溶劑揮發污染，是新一代環保型涂料。它具有高強度、高硬度、高耐磨性、高光澤、高耐溶劑性等性能，在許多表面涂裝領域得到應用。本文以丙烯酸酯化的聚酯、二丙烯酸酯齊聚體、CAB551-0.01樹脂為主要成膜物開發出可快速固化、綜合性能優良的五金底材用UV固化涂料，并研究了預聚體結構、光引發劑及稀釋劑等對涂層性能的影響，涂料廣泛用于五金底材制品的表面涂裝。

　　1試驗部分

　　1.1原材料

　　樹脂：丙烯酸酯化的聚酯、二丙烯酸酯齊聚體、CAB551-0.01，國產；

　　光引發劑：Irgacure184，國產；

　　單體：三甲基丙烯酸酯單體、三官能度功能單體，國產；

　　助劑：TegoRad2200，國產；

　　溶劑：季戊四醇三丙烯酸酯、丙烯酸乙酯，國產。

　　1.2儀器設備

　　VFS-230高速分散機、涂-4#杯、QXPISO刮板細度計、QCJ漆膜沖擊試驗儀、WGG60光澤度計、高溫高濕機、UV機，國產；QUV耐候測試儀、7-IBB-C-CRCA紙帶耐磨儀、PIG-10膜厚儀、JM-IV磨耗儀，進口。

　　1.3涂料配方

　　五金底材用UV固化涂料配方見表1。

　　1.4固化條件

　　在UV機上進行漆膜固化，采用1支中壓汞燈強光(120W/cm)照射。固化過程中無氮氣保護。

　　1.5測試方法

　　黏度：在25℃，用旋轉黏度計測量。

　　固化速率：用臨界固化速率表示。臨界固化速率定義為：使漆膜表面達到完全固化時傳送帶的最大允許速度。

　　附著力：將涂層切割成1mm×1mm方格，用600#膠帶測試。

　　光澤：用光澤度計測定涂膜60°時的光澤，取平均值。

　　耐磨性：在一定負載下經規定的磨轉次數后，以漆膜的失重量(mg)表示。

　　硬度：用標準鉛筆測試涂膜硬度。

　　柔韌性：測試涂膜在彎曲后不斷裂的最小彎曲直徑。

　　耐沖擊性：用落球式涂膜沖擊試驗儀測試漆膜的耐沖擊性。

　　耐老化性：將涂料噴涂于金屬鋁板上，在一支UV燈下強光照射至完全固化后，放入QUV耐候測試儀中，經過一段時間之后，檢測涂膜的失光情況。

　　1.6涂料及其涂膜性能

　　涂料及其涂膜性能測試結果見表2。

　　2結果與討論

　　2.1樹脂、單體的選擇

　　在設計五金UV固化涂料配方時，除考慮其整體的固化、轉化速率外，還應考慮主體樹脂、單體的選擇，因此表1配方中我們多數選擇了酸性的齊聚物。主體樹脂：搭配提供最基本的配方骨架，保證基本的附著力、拉伸率。丙烯酸酯化的聚酯，低黏度、固化速度快，主要提供固化膜良好的柔韌性和一定黏附力。二丙烯酸酯齊聚體提供硬度、快速固化性能和良好的附著性，但其過高的脆性又限制了它在配方中的用量不能過高，加之在體系中又不可能完全轉化，因此配方中單官能度活性稀釋劑的用量不能太高，這將導致涂料黏度過大，所以配方中選擇了大量能降低黏度的單體。一方面降低黏度，一方面促進涂膜的流平，獲得表面更加平整的固化膜。丙烯酸酯的官能單體和齊聚物能改善底材的潤濕性，且能提供配方的可調整性(高固含量)，降低配方黏度而不影響其性能。三甲基丙烯酸酯單體屬于酸性單體，丙烯酸乙酯對基材有侵蝕性，可提高附著力。在整體配方中，三官能度功能單體與丙烯酸類預聚體樹脂有良好的相容性，具有低黏度、高固化速度，可提高固化膜的柔韌性，增強附著力，并賦予漆膜良好的耐磨性、硬度及光澤。季戊四醇三丙烯酸酯用于提高交聯密度、快速固化，柔韌性佳，也作為活性稀釋劑。帶有羥基的多元丙烯酸酯本身黏度較大，羥基可賦予固化膜一定的附著力促進作用，多官能特性可彌補PUA聚合的活性不足，并提高固化膜的交聯密度，增加涂料的封閉性能。

　　2.2CAB在光固化體系中的應用

　　對CAB551-0.01(醋酸丁酸纖維素)的應用，存在不同的見解。實際上，CAB促進流平是在溶劑揮發過程中進行的，成膜后會分布在膜的表面，那主要還是在干燥的前半段過程，在溶劑揮發后的半段UV固化過程中，還必須要有干燥梯度，否則容易出現收縮導致的流平性不良問題。選用CAB，主要是看重其在UV涂料中的混溶性，其次是其本身含交聯性雙鍵，可以微弱地參與UV聚合，與UV涂料形成一個整體。

　　2.3光引發劑的選擇

　　光引發劑能吸收紫外線能量，產生游離基，再引發低聚物及單體實現聚合、交聯，使體系固化成膜。選擇光引發劑應從光引發效率、價格、污染、毒性、穩定性等方面考慮。奪氫型光引發劑黃變系數較大，一般應選擇裂解型光引發劑。實驗中采用Irgacure184，可以有效提高涂膜的耐黃變性。光引發劑用量對涂料固化性能和貯存期有較大影響。當其質量分數小于2%時，固化速率與其質量分數成正比；當其質量分數大于2%時，固化速率與其質量分數的關系不大。但其質量分數超過4%時，涂料貯存期下降。綜合考慮，光引發劑質量分數以3%為宜。

　　2.4助劑的選擇

　　流平劑可有效降低涂料表面及組分之間的張力，改善涂料混溶性，增加流動性，便于施工，使涂膜表面光滑、平整、無針孔、縮孔、刷痕和橘皮等表面缺陷。配方中添加含羥基聚二甲基硅氧烷成分的TegoRad2200流平劑，可有效改善漆膜的平滑性、抗劃傷性、流動性、流平性和不黏性，試驗表明：添加0.5%TegoRad2200，即可達到不錯的使用效果。

　　2.5稀釋劑的選擇

　　光固化涂料中所用的惰性溶劑應當是沸點較低的易揮發溶劑，即可在濕膜放置閃干過程中揮發掉，不易帶入固化膜中。丙烯酸乙酯在本體系中起調節黏度的稀釋劑作用。以季戊四醇三丙烯酸酯作為低聚物交聯劑，增加交聯密度，加快固化速度。稀釋劑用量根據要求的黏度在適當范圍內調節。

　　2.6五金UV固化涂料最常見的問題

　　五金UV固化涂料最常見的問題是漆膜干燥后易起麻點，引起麻點的主要原因有2個：一是樹脂體系凝膠結構決定的表面驅動張力(晶析)，另一個是稀釋劑的揮發梯度和溶解力控制。這2個因素隨固化速率的匹配決定著麻點出現的狀況。如果在膜厚較高的前提下，流平越好相當于流平次數越多，一次厚涂相對薄涂就有充足的潤濕、干燥時間，樹脂之間的互溶性和稀釋劑的影響因素減少，可顯著改善麻點現象。一般來說，固含量高，麻點少。但如果要薄涂，則必須要在流平時間上做文章才能改善麻點問題，包括主體樹脂的黏度(高官能低黏度)、引發劑的用量(盡可能少)、稀釋劑的揮發速率及用量、表面助劑的選用方面都要作相應的調整。

　　3結語

　　通過試驗，選用丙烯酸酯化的聚酯、二丙烯酸酯齊聚體、CAB551-0.01樹脂為主要成膜物開發出五金底材用UV固化涂料，在紫外光照射下可快速固化，具有優異的附著力、高光澤、耐磨性和耐老化性，以及良好的耐醇性、耐濕熱性和長效貯存穩定性，廣泛應用于汽車部件、器械、五金電鍍等底材的表面涂飾。