水性光固化涂料的应用及研究进展
水性光固化涂料的应用及研究进展
金养智
(中国感光学会辐射固化专业委员会,北京100085)
摘要:水性光固化涂料是一种新型的光固化涂料,本文简述了其特点、水性UV树脂、水性光引发剂
和水性光固化涂料的应用及研究进展。
关键词:光固化;UV固化涂料;水性树脂;光引发剂;低聚物
0引言
辐射固化指紫外光(UV)和电子束(EB)固化,是一种先进的材料表面处理技术。它是利用UV/EB引发具有化学活性的液态材料快速聚合交联,瞬间固化成膜。自1968年德国拜耳公司首先开发了光固化木器涂料,光固化技术实现了产业化,至今还不到40年,但其在全球发展势头迅猛,应用领域不断扩大,形成了一个新的产业。在2004年5月召开的北美辐射固化国际会议,UV/EB固化技术被归纳为具有“5E”特点的工业技术:高效、适应性广、经济、节能及环境友好。因此,UV/EB固化技术被誉为面向21世纪的绿色工业新技术。在北美、欧洲和日本等发达国家和地区,从事UV/EB生产的企业发展迅速,已形成具有一定市场规模的
产业,其中UV固化约占95%,EB固化约占5%,见表1。
我国光固化材料开发始于20世纪70年代初,到90年代开始工业化生产;1993年成立辐射固化分会,现为中国感光学会辐射固化专业委员会;到20世纪末国内初步形成一个新的产业,并进入快速发展阶段。近几年虽遭受石油价格上涨和丙烯酸反倾销导致不正常涨价的影响,但光固化产业仍不断发展和壮大。到2004年,入网会员为313家,比1999年增长147%;光固化原材料总产量2004年达53193t,比1999年增长920%;UV配方产品总产量32590t,5年内增长205.2%(见表2)。
目前,我国已成为仅次于美国和日本的光固化原材料和产
表1 北美、欧洲和日本辐射固化产品统计
注:北美和欧洲为2002年统计数据,日本为2004年统计数据品的生产大国,光固化原材料中活性稀释剂和光引发剂已大量出口,特别是光引发剂已是世界最大的生产国和出口国。光固化涂料是最主要的UV 配方产品,我国光固化涂料主要是竹木地板和家具涂料,2003年突破万吨大关;纸张上光油也是另一大品
种,2005年为5812t;PVC和塑料涂料2005年产量分别为1757t和2342t;中高档光固化涂料:摩托车、家电、金属、手机、光盘、车灯涂料都有一定规模;2005年生产各种光固化涂料25024t(见表3);可喜的是,2005
年有2280t光固化涂料出口,创汇1000多万美元。
表21999?2004年我国光固化原材料和产品统计t
表3 2000?2005年我国光固化涂料生产统计t
光固化技术和材料虽然有了飞快的发展,但它也存在一些问题,影响了它的应用和推广,主要有:(1)活性稀释剂对人的皮肤、粘膜和眼睛有刺激性,有的有臭味;(2)低聚物黏度较大,涂装时,特别是喷涂时,要加入大量活性稀释剂,有时还要加入有机溶剂,不安全,也污染环境;(3)光固化体系主要是自由基光聚合,因氧阻聚,聚合不完全,在固化涂层中仍残留活性稀释剂。故传统光固化材料不适用于食品卫生产品的包装材料的印刷和涂装,目前还没有一项光固化产品得到美国食品药品管理局(FDA)的许可;(4)光固化用原材料价格较贵;(5)由于采用自由基光聚合体系,固化速度快,固化后体积收缩大,影响涂膜与基材之间的附着力;(6)有色光固化体系,由于颜料对光的吸收、反射和散射,影响固化速度,使固化困难;(7)油性光固化材料,涂布
设备和容器清洗需用有机溶剂。
最令人关注的是活性稀释剂和挥发性有机物对人体的损害和环境的污染。为了克服这些弊病,一种新的光固化体系———水性光固化体系应运而生。水性光固化体系继承和发扬了传统的光固化技术和水性涂料、油墨技术的优点,已成为光固化技术研究和开发的一个非常活跃的领域,而且获得了实际应用。
1水性光固化涂料的特点
水性光固化涂料结合了传统UV固化涂料和水性涂料的各自特点,相对于传统油性光固化材料具有
下列优点。
(1)水是最方便获得、最廉价的原料,用水来代替活性稀释剂稀释低聚物,很容易调节黏度,可实现无活性稀释剂配方;(2)不用活性稀释剂,就没有VOC、刺激性及臭味等问题;(3)可适用各种涂装设备,特别对喷涂安全;(4)可避免由于用活性稀释剂所引起的固化体积收缩;(5)可以实现薄涂层涂布,降低成本;(6)涂装设备和容器可以用水性清洗液清洗。水性光固化材料除了上述优点外,还有一个很突出的优点就是解决了传统固化涂料的硬度和柔韧性之间的矛盾。从分子结构与性能的关系分析,只有高相对分子质量的物质才能具有高硬度和高柔韧性。传统光固化涂料不能使用高相对分子质量的低聚物,同时加入大量低相对分子质量活性稀释剂,因此难以兼顾硬度和柔韧性。而水性光固化涂料的低聚物是高相对分子质量的水性分散体,其黏度与高分子的相对分子质量无关,而只与固含量有关,因而在水性光固化涂料中可以使用高相对分子质量的低聚物,又不用低相对分子质量的活性稀释剂,从而克服了光固化涂料高硬度和高柔韧性不能兼顾的矛
盾。
水性光固化涂料也存在下列缺点:(1)体系中存在水,光固化前,大多需进行干燥除水,而水的高蒸发热(40.6kJ/mol)导致能耗增加,也使生产时间延长,生产效率下降;(2)水的高表面张力(72.8mN/m),不易浸润基材,易引起涂布不均;对颜料润湿性差,影响分散;(3)固化膜的光泽较低,耐水性和耐洗涤性较差;(4)体系的稳定性较差,对pH较为敏感;(5)水的凝固点(0℃)较高,在运输和贮存过程中需添加防冻剂;水性体
系容易滋生霉菌,需用防霉剂,使配方复杂化。
2水性光固化涂料的组成和分类
水性UV固化涂料是由水性低聚物、光引发剂、助剂和水组成,其中水性低聚物和光引发剂是最主
要的成分。
2.1水性低聚物
水性低聚物是水性光固化涂料最重要的组成,它决定了固化膜的物理机械性能,如硬度、柔韧性、强度、耐磨性、附着力、耐化学品性等,也影响光固化速度。
水性低聚物从结构上看,一要具有可以进行光聚合的基团,如丙烯酰氧基、甲基丙烯酰氧基、乙烯基、烯丙基等,由于丙烯酰氧基固化速度最快,所以为各类丙烯酸树脂的主要品种。二要分子链上含有一定数量的亲水基团,如羧基、羟基、氨基、季铵基、醚基、酰胺基等。目前水性低聚物制备时大多在油性低聚物中引入亲水基团,如羧基、季铵基、聚乙二醇链等方式,使油性低聚物转变成水性低聚物。
(1)环氧丙烯酸树脂类(EA):
(2)聚氨酯丙烯酸树脂类(PUA):
光固化
IPDI：异佛尔酮二异氰酸酯
DIOL：二元醇
PUA中引入DMPA，经有机胺中和成盐，变成水性PUA。
AlKoxTMP:烷氧基三羟甲基丙烷
PEG:聚乙二醇
A:丙烯酸
PUA中引入长链PEG,变成水分散性PUA。
(3)聚酯丙烯酸树脂类(PEA):
部分使用偏苯三甲酸酐或均苯四甲酸酐与二元醇反应,制得带有羧基的端羟基聚酯,再与丙烯酸反应,得到带羧基的聚酯丙烯酸树脂,经氨或有机胺中和成羧酸铵盐,成为水性聚酯丙烯酸低聚物。
(4)丙烯酸酯化丙烯酸树脂类:
水性光固化涂料的应用及研究进展
(5)不饱和聚酯类(UPE)：
水性低聚物不少已商品化,见表4。
2.2水性光引发剂
光引发剂是光固化涂料的重要组成,它决定了光固化涂料的固化速度。对水性光固化涂料,它要求光引发剂与水性低聚物相容性好,在水介质中光活性高,引发效率高,同时与其他光引发剂一样要求低挥发性、无毒、无味、无色等。用于水性光固化涂料的光引发剂可分为水分散型和水溶性两大类,目前常规光固化涂料所用光引发剂大多为油溶性的,在水中不溶或溶解度很小,不适用于水性光固化涂料,所以近年来水性光引发剂的研究和开发也成为热门课题,并取得了可喜的进展。不少水性光引发剂是在原来油溶性光引发剂结构中引入阴离子、阳离子或亲水性的非离子基,使其变成水溶性;或将油溶性光引发剂变成稳定的水乳
液或水分散体。已经商品化的水性光引发剂有:
(1)二苯甲酮类(BP),如WB4784、WB4785、WB4789、WB4792和等;
(2)杂蒽酮类(TX),如QTX等;
表4 水性UV低聚物的性能和应用
(3)二芳基膦氧化物类(BAPO),如819、819DW(819稳定的水分散体);
(4)大分子α-羟基酮类,如KIP150。
KIPEM是含有32%KIP150的稳定水乳液。此外,光引发剂2959由于在1173苯环对位引入了羟基乙氧基(HOCH2CH2O-)使在水中溶解度从0.1%提高到1.7%,因此也常用于水性UV固化涂料中。
2.3水性光固化涂料分类
水性光固化涂料分为乳液、水分散型和水溶性3类,见表5。
(1)乳液型:早期采用外加乳化剂,低聚物不含亲水基团,靠机械作用,使低聚物分散于水中,得到低聚物乳液。但由于乳化剂加入,影响了固化膜的耐水性和光泽,力学性能也大幅下降,材料对pH值也敏感。现在多采用自乳化型,即在低聚物中引入亲水基团(如羧基、聚乙二醇),在水中有自乳化作用,不用外加乳化
剂,固化后可提高耐水性和光泽。
表5 水性UV固化涂料分类
(2)水分散型:利用低聚物中亲水基团和疏水基团巧妙平衡,在水中分散后,低聚物形成稳定的水分
散体。
(3)水溶型:低聚物含有足够量的羧基盐或季铵盐基团,成为水溶性材料。
3水性光固化涂料的应用和进展
3.1水性光固化涂料的应用
随着世界各国对环境保护的重视,环保立法日益完善,执行日益严格,推动了水性光固化涂料的开发和应用,水性光固化涂料的优良性能也引起了人们的兴趣和重视。表6列举了水性UV低聚物与溶剂型热
塑性和热固性涂层材料的涂膜性能比较。
表6 各种涂层材料的涂膜性能比较
目前水性光固化涂料已在纸张上光油、木器清漆、丝印油墨、电沉积光致抗蚀剂等领域获得实用,正在开发用于水显影型光成像阻焊剂、凹印油墨、柔印油墨、UV喷墨油墨、皮革涂料、织物涂料等。
①纸张上光油:这是水性光固化涂料最早应用的领域之一。有水性UV底油、水性UV上光油,目前光泽≥90,可联机上光或脱机单独上光。国内如福建洪洋集团公司、陕西方正油墨化工公司等都已有商品供
应。
②木器涂料:水性光固化涂料在木器和木材涂饰上有较高的应用价值,特别在胶合板与成型木器的涂装上比较有利。采用低固含量清漆,有优异的木纹展现性,可增加木质美感。德国VianovaResins公司生
产的水性光固化涂料已成功用于木器涂装。
③丝印油墨:这也是水性光固化涂料一个重要应用领域。北京英力科技发展公司的水性UV丝印油墨,用于户外广告宣传,这是为迎接北京2008年奥运会绿色奥运的产品。预计水性UV丝印油墨将会获得更
广泛的应用。
④电沉积抗蚀剂:将抗蚀剂中感光性树脂进行亲水改性后变成水性感光性树脂,经电沉积后在覆铜板表面形成一层薄薄的均匀而致密的抗蚀膜,其分辨率可达0.02～0.03mm,高于UV抗蚀油墨、干膜和湿膜的分辨率。这是水性光固化涂料在电子化学品中的应用实例。
⑤水显影型光成像阻焊剂:这是针对碱显影型光成像阻焊剂存在的弊病而开发的。它是在酚醛环氧丙烯酸树脂中,引入水溶性可热分解性基团,变成水溶性树脂,该基团还能在100℃时与树脂中环氧基发生交联反应,失去亲水性,故固化膜具有优良的耐热性和电气性能。
⑥凹印油墨和柔印油墨:目前凹印和柔印大量使用水性油墨,正适合水性光固化材料拓展应用领域,
但要解决油墨稳定性和印刷性,才能成为实用产品,这又是水性光固化涂料的一个重要应用领域。
⑦喷墨油墨:喷墨印刷作为一种非接触式,无压力、无印版的数字化印刷方式,从20世纪90年代获得迅速发展,20世纪末又出现了UV喷墨印刷,在平台式喷绘机—大幅画、小批量的广告牌和户外指示牌生产中获得广泛应用,水性UV喷墨油墨则利用其低黏度、高性能的特点,将成为UV喷墨油墨研究和发展方向
之一。
⑧皮革涂料和织物涂料:皮革(包括人造革)和各种织物都是穿戴在人的身体上,因此要求在生产中使用环保涂料,最终穿着时才能不会受到污染。而水性光固化涂料是一种最佳的选择,既环保、安全、又高效、优质,因此开发水性光固化皮革涂料和织物涂料,也是水性光固化涂料应用的一个重要方面。
3.2水性光固化涂料的进展
①超支化聚合物应用:超支化聚合物是一类新型的具有三维球型结构和高度支化的聚合物。超支化聚合物具有球状分子结构,分子之间不易形成链段缠绕,黏度比相同相对分子质量的线型聚合物低;又因超支化聚合物高度支化,终端官能度非常大,端基又是具有反应活性的基团,可进行改性。利用上述超支化聚合物特点,可以引入丙烯酸基团,成为光固化低聚物;再引入亲水基团,成为水性光固化低聚物,为水性光固化
低聚物制备提供了一条新的途径。
②大分子和可聚合型光引发剂:目前自由基光引发剂体系用的光引发剂,从结构上大多为芳基烷基酮类有机物,在光固化后,残留的光引发剂或光解产物会向涂层表面迁移,影响涂层表观和性能,也会引起黄变,不少光解产物有臭味,影响其在食品和卫生包装材料上使用。为了克服小分子光引发剂的上述弊病,人们设计了大分子光引发剂或可聚合的光引发剂。像上述超支化聚合物中,若引入亲水基团和光引发基团,就成为水溶性大分子型光引发剂;若再引入丙烯酸基团,则成为水溶性可聚合光引发剂。
③双重固化体系:光固化涂料适合用于平面涂装固化,对形状复杂的物体固化比较困难,一些厚涂
层和有色体系固化也比较困难。
为了克服光固化涂料这些缺点,开发了双重固化体系。双重固化体系是指光固化与其他固化体系相结合的固化体系,目前常用的有自由基光固化/阴离子光固化、自由基光固化/热固化、自由基光固化/厌氧固化、自由基光固化/湿固化、自由基光固化/缩聚等,不少体系已经应用于生产中。如UV电子保护胶是光固化/湿固化或光固化/氧化-还原双重固化体系,印刷电路板制造中用的光成像抗蚀油墨和阻焊油墨是光固
化/热固化双重固化体系。德国拜耳公司、巴斯夫公司都已有用于双重固化体系的低聚物商品供应。总之,双重固化体系材料的研究开发,使水性光固化涂料应用领域得到进一步发展,不限于平面涂装,可实现三维
立体涂装;也有利于厚
涂层和有色涂层的固化。
④纳米材料的应用:20世纪90年代后,纳米技术有了很大的发展,由于纳米材料特有的小尺寸效应、表面效应、量子尺寸效应、量子隧道效应,赋于了各种材料产品以全新的、特殊的结构和特性。纳米材料用于涂料中,可以改善和提高涂料的性能:耐磨性、耐腐性、抗菌性、耐污性、耐老化性等。如纳米三氧化二铝、二氧化硅、二氧化锆加入涂料后明显提高涂层的耐磨性;纳米二氧化钛、二氧化硅、三氧化铁加入涂料可提高涂层的抗紫外线和耐老化性;纳米二氧化钛能有效抑制细菌和霉菌生成,分解空气中有机物和臭味,有效净化有害气体;纳米碳酸钙、二氧化硅、对涂层有明显增强作用,提高硬度等。因此用添加纳米材料来改性水性光固化涂料,以改善和提高涂层性能,也是水性光固化涂料应用和开发的一个重点。
紫外光固化涂料的组成成分及其行业应用范围
紫外光固化涂料的组成成分及其行业应用范围 紫外光固化(Uv固化)是辐射固化技术的一种，是快速发展的“绿色”新技术。紫外光固化涂料(UvCC)是20世纪60年代开发的一种节能环保型涂料。经过紫外光照射后，它会发生光化学反应，液态的低聚物(包括单体)涂层，经过交联聚合而瞬间形成固态涂层。UVCC能得到广泛的应用和发展，是因为它具有节能环保、涂层性能优异、生产效率高等独特优点。 1 .UVCC的组成 UVCC的主要成分包括可交联聚合的预聚物(光活性齐聚物)、活性稀释剂(光活性单体)、光引发剂、助剂(流平剂、消泡剂、消光剂、表面滑爽剂)。其各自性能及研究进展如下。 1.1齐聚物 齐聚物是光固化产品中比例最大的组分之一，是光固化配方的基料树脂，决定着固化后产品的基本性能(包括硬度、柔韧性、附着力、光学性能、耐老化等)。主要包括不饱和聚酯树脂、环氧丙烯酸酯、聚氨酯丙烯酸酯、聚酯，以及丙烯酸化聚丙烯酸酯等。在20世纪30年代末期，不饱和聚酯树脂最早被开发用作光固化齐聚物。环氧丙烯酸酯是由商品环氧树脂和丙烯酸或甲基丙烯酸酯化而制得，是目前国内光固化产业内消耗量最大的一类光固化齐聚物。它的抗化学腐蚀性、强附着力、对颜料的良好润湿性，使其在纸张涂料、木器涂料、金属底漆方面得到广泛应用。 为了突出齐聚场的性能优势，国内外对其改性方面的研究也比较多，比如胺改性环氧丙烯酸酯，引入季胺基团，其主要特点在于固化速度高、固化膜附着力增加、韧性增强，因而在丝印、平印及柔印油墨上有重要应用价值。另外还有磷酸酯改性、多元酸酐改性、硅氧烷改性、长链脂肪酸改性环氧丙烯酸酯等。聚氨酯丙烯酸酯应用的广泛程度仅次于环氧丙烯酸酯，特别是在纸张、皮革、织物等软性底材的光固化涂饰方面，发挥着至关重要的作用。但是由于它固化慢、价格相对较高，所以在光固化配方中较少作为主体齐聚物，而是作为辅助性功能树脂使用。 20世纪80年代末期，出现了乙烯基醚系列、环氧系列等阳离子机理固化成膜的齐聚物，即非丙烯酸酯齐聚物，这类齐聚物的固化不受空气中氧的阻聚作用的影响，固化速度快，发展较快。人们已合成了既有自由基固化机理的丙烯酸酯基团，又有氧离子固化机理的乙烯基团的杂化齐聚物。随着UVCC的不断发展以及人们环保意识的不断增强，各种水性齐聚物不断出现。有研究论文报道了用于光固化水性涂料的不饱和聚酯。Phifips等人报道了以不同多元醇和多元酸合成的聚酯丙烯酸酯，认为要获得好的水溶性，必须至少有6%～7%的亲水性基团，其相对分子量在6 403 000，固化产物具有较好的耐溶剂性和耐水性。 1.2光活性单体
水性涂料的应用及研究进展
JIU JIANG UNIVERSITY 毕业论文 题目水性涂料的应用及研究进展 英文题目Application and research progress of Waterborne Coatings 院系化学与环境工程学院 专业精细与化学品生产技术 姓名汪洋 年级B1311 指导教师付小兰 二零15 年11 月
目录 摘要 (3) 引言 (4) 1水性涂料简介 (5) 1.1水性涂料的发展历程 (5) 1.2水性涂料生产工艺流程 (7) 2水性涂料工业的发展 (8) 2.1水性涂料工业的现状 (8) 2.2常见的水性涂料工业及其进展 (9) 3水性涂料的应用 (10) 3.1水性建筑涂料 (10) 3.2水性汽车涂料 (10) 3.3水性金属防腐涂料 (11) 3.4水性木器涂料 (11) 结语 (12) 参考文献 (13)
摘要 低碳环保是现今社会都在追求潮流，水性涂料及其产品符合低碳环保的要求所以发展潜力巨大。与传统溶剂型涂料相比，水性涂料具有环保和性能优异等特点，成为涂料工业的发展主流。随着环保概念的普及，环保涂料已经成为家具市场新的选择，水性涂料将会得到越来越多消费者的认可，但是因其价格、装饰效果等诸多原因影响，水性涂料未能够成为市场上的主流产品，而其助剂是水性涂料不可缺少的组分，助剂的产品质量和发展水平也从一个侧面反映涂料产品质量和水平。本文分别从概念、发展历程、工艺流程、应用、发展趋势几方面对水性涂料进行了说明和总结,同时指出了水性涂料存在的问题，并对我国的水性涂料前景进行了展望。 关键词：低碳环保；水性涂料；溶剂涂料；树脂
引言 涂料中释放出来的有机挥发物（volatile organic compound,即VOC),尤其芳烃类、甲醛等对人体健康有严重影响。据统计涂料加工和生产释放出来的VOC量占其排放总量的20%~25%,仅次于汽车尾气的排放而位居VOC污染量第二位[1]。随着环保意识的增强，控制VOC的排放越来越受到人们的重视，许多国家都制定了相应的控制标准[2]。由于VOC的严格控制，使涂料的研制和发展方向愈加明确，即寻求VOC 不断降低，直至为零的绿色涂料。绿色涂料是指对生态环境不造成危害，对人类健康不产生负面影响的涂料，也称为“环境友好涂料”。绿色涂料的发展方向有涂料水性化、高固体分化和粉末化。与其他两种涂料相比，水性涂料最突出的优点是分散介质水无毒无害、不污染环境, 同时它还具备价廉、不易粉化、干燥快、施工方便等优点[3]，所以现在成为“绿色涂料”的主要发展方向。
水性光固化涂料的应用及研究进展
水性光固化涂料的应用及研究进展 金养智 (中国感光学会辐射固化专业委员会,北京100085) 摘要:水性光固化涂料是一种新型的光固化涂料,本文简述了其特点、水性UV树脂、水性光引发剂 和水性光固化涂料的应用及研究进展。 关键词:光固化;UV固化涂料;水性树脂;光引发剂;低聚物 0引言 辐射固化指紫外光(UV)和电子束(EB)固化,是一种先进的材料表面处理技术。它是利用UV/EB引发具有化学活性的液态材料快速聚合交联,瞬间固化成膜。自1968年德国拜耳公司首先开发了光固化木器涂料,光固化技术实现了产业化,至今还不到40年,但其在全球发展势头迅猛,应用领域不断扩大,形成了一个新的产业。在2004年5月召开的北美辐射固化国际会议,UV/EB固化技术被归纳为具有“5E”特点的工业技术:高效、适应性广、经济、节能及环境友好。因此,UV/EB固化技术被誉为面向21世纪的绿色工业新技术。在北美、欧洲和日本等发达国家和地区,从事UV/EB生产的企业发展迅速,已形成具有一定市场规模的 产业,其中UV固化约占95%,EB固化约占5%,见表1。 我国光固化材料开发始于20世纪70年代初,到90年代开始工业化生产;1993年成立辐射固化分会,现为中国感光学会辐射固化专业委员会;到20世纪末国内初步形成一个新的产业,并进入快速发展阶段。近几年虽遭受石油价格上涨和丙烯酸反倾销导致不正常涨价的影响,但光固化产业仍不断发展和壮大。到2004年,入网会员为313家,比1999年增长147%;光固化原材料总产量2004年达53193t,比1999年增长920%;UV配方产品总产量32590t,5年内增长205.2%(见表2)。 目前,我国已成为仅次于美国和日本的光固化原材料和产 表1 北美、欧洲和日本辐射固化产品统计 注:北美和欧洲为2002年统计数据,日本为2004年统计数据品的生产大国,光固化原材料中活性稀释剂和光引发剂已大量出口,特别是光引发剂已是世界最大的生产国和出口国。光固化涂料是最主要的UV 配方产品,我国光固化涂料主要是竹木地板和家具涂料,2003年突破万吨大关;纸张上光油也是另一大品
PVC紫外光固化涂料分析研究
1前言 在当代化学工业中,涂料工业的地位日益重要。紫外光固化涂料是20世纪60年代开发的一种环保节能涂料。它具有固化速度快、环境友好、节约能源、可涂装各种基材和费用低等优点,因而在工业和高技术领域得到了广泛的应用[1,2]。 聚氨酯丙烯酸酯(PUA)分子由于有氨酯键,能在分子链间形成多种氢键,使固化膜具有优异的耐磨性和柔韧性,断裂伸长率高,同时具有良好的耐化学药品性和耐高、低温性能,较好的耐冲击性,对塑料等基材有较好的附着力,因而,PUA具有较佳的综合性能[3]。 用于薄膜基材涂料的性能决定涂料在基材上的涂装和应用,基材种类对涂料的应用有较大影响[4],本文主要对用于PVC基材UV固化涂料的组成与固化成膜后的硬度、附着力、耐温及耐水性能进行了研究,研制出了适用于PVC表面涂装且性能优异的清漆配方。 2实验 2.1原材料与仪器设备 实验所用的三种预聚物聚氨酯丙烯酸脂PUA1,PUA2,PUA3均由本实验室合成,性能如表1所示。丙烯酸羟乙酯(HEA)、三缩丙二醇二丙烯酸酯(TPGDA)、三羟甲基丙烷三丙烯酸酯(TMPTA)由江苏三木公司提供,引发剂22羟基222甲基212苯基丙酮(1173)、1-羟基环己烷基苯甲酮(184)、二苯甲酮(BP)、22羟基222甲基212对羟乙基苯基丙酮(2959)、2,4,62三甲基苯甲酰基二苯基氧化膦(TPO)、异丙基硫杂蒽酮(ITX)、22甲基12(42甲巯基苯基)222吗啉212丙酮(907)、22苄基222二甲氨基21(42吗啉苯基)212丁酮(910)、双(2,4,62三甲基苯甲酰基)苯基氧化膦(808),42二甲氨基苯甲酸乙酯(EDAB)由常州华钛公司提供。 12KV高压汞灯,线功率160W/cm,蓝天特灯有限公司(河北涿州)。 线棒涂布器、PPH21型铅笔硬度计、QTX漆膜柔韧性测定器,上海现代环境工程技术有限公司。 将聚氨酯丙烯酸酯、稀释单体、光引发剂按照一定比例混合,搅拌均匀。选用50×50cm 的PVC板材,先用甲苯清洗PVC表面,然后用12μm线棒涂布器涂在PVC板上,用高压汞灯照射一定时间,使其固化成膜。 2.3测试 2.3.1固化速度 表干时间(s):使用指触法。 2.3.2涂层附着力 参照GB9256-88方法,通过划格实验的方法判定涂膜的附着力。 2.3.3涂层硬度 参照GB6739-86方法,使用涂膜铅笔划痕硬度计测试涂层的铅笔硬度。 2.3.4涂层柔韧性能 参照GBPT1731-93,使用漆膜弹性实验器,用双手将试板漆膜朝上,紧压于规定直径的轴棒上,绕轴棒弯曲试板。然后以4倍放大镜观察漆膜,检查漆膜是否产生网纹、裂纹及剥落等破坏现象。以不产生上述破坏现象处的轴棒尺寸为试样柔韧性数据。 2.3.5耐温性 在80℃烘箱烘烤72h,观察涂膜是否有裂纹或脱落现象。 2.3.6耐水性
水性环氧涂料的现状与应用研究分析
水性环氧树脂涂料性能与应用 摘要本文综述了水性环氧树脂涂料的分类和性能，介绍了目前国内外关于水性环氧树脂涂料的研究现状及与应用，并展望了水性环氧树脂涂料的发展前景。 关键词水性环氧树脂涂料；性能；合成；应用；前景 第七届“中国深圳水性涂料与涂装技术高峰论坛” 指导单位：深圳市科学技术协会 主办单位：深圳市涂料技术学会 水性环氧涂料的现状与应用研究 讲师：聂朝阳技术总监 单位：深圳市彩田化工有限公司 引言 近些年来，环境保护的要求日益迫切和严格,许多国家因此相继颁发了有关控制VOC（挥发性有机化合物, Volatile Organic Compound）的法令。由于环保法规不断强化促使涂料工业加速发展, 其中发展最快的是水性涂料、粉末涂料、高固体分涂料和辐射固化涂料，其中由于溶剂价格的上涨以及环境保护法规的限制，使得以水作为溶剂成为涂料发展的一个热点。开发既不含VOC或不含HAP (有害空气污染物, Hazardous Air Pollutants)的系统成为新的研究方向,[1]水性环氧树脂涂料具有无污染、安全无毒、施工工具易于清洗等优点,可替代目前广泛使用的溶剂型涂料,具有很大的经济效益和发展前景。 1 水性环氧树脂涂料概述 水性环氧树脂涂料被称作“绿色涂料”。绿色环保是当今世界的主题也是人类文明进步的表现。水性环氧树脂涂料具有有意的金属附着性和防腐蚀性，同时还有很好的化学稳定性和粘结性能，故水性环氧树脂涂料是目前各国研究的重点。 1.1 水性环氧树脂涂料定义 水性环氧树脂涂料是由水性环氧树脂改性聚酰胺树脂及其它辅助材料配置而成的,对基材的附着力强，耐化学药品性及电绝缘性能优异。水性环氧树脂涂料由双组分构成：（1）疏水性环氧树脂分散体（乳液）；（2）亲水性的胺类固化剂。 1.2 水性环氧树脂涂料的分类 目前水性涂料品种繁多，大致分为三种主要类型:水分散型、胶体分散型、和水溶性。市场上广泛使用的主要是疏水性环氧树脂和亲水性胺类固化剂2个组分,根据2个组分的物理形态可分为5种类型。 水性环氧树脂的分类方法很多,按照经典的分类方法将水性环氧树脂涂料分成Ⅰ型、II 型、Ⅲ型、Ⅳ型等4类:Ⅰ型水性环氧树脂体由低分子液体双酚A环氧树脂和水性固化剂组成。采用各种活性稀释剂来调节环氧树脂的粘度和固化后涂膜的交联密度。II型采用高分子量固体双酚A型环氧树脂。环氧树脂是亲油性分子,其亲水亲油平衡值( HLB)小于Ⅲ型。Ⅲ型由低分子量的液体环氧树脂乳液和水性环氧固化剂组成,低分子量液体环氧树
水性光固化涂料研究进展
水性光固化涂料研究进展 发表时间：2018-12-26T10:31:36.900Z 来源：《防护工程》2018年第24期作者：康森[导读] 光固化水性涂料作为一种绿色环保的新型涂料，既响应环保号召，又满足人们对高品质生活的需求 康森 PPG涂料（天津）有限公司天津 300457 摘要：光固化水性涂料作为一种绿色环保的新型涂料，既响应环保号召，又满足人们对高品质生活的需求，近年来得到大力发展。光固化水性涂料要求树脂分子同时具备：1）树脂分子在紫外光的作用下，从液态转化为固态；2）树脂分子能够溶于水或以水作为分散介质，这就要求树脂分子中须含有一定数量的不饱和基团和强亲水基团。基于此，本文主要对水性光固化涂料研究进展进行分析探讨。 关键词：水性光固化涂料；研究进展 1、前言 传统的光固化涂料不能使用相对分子质量过高的低聚物作为主体树脂，同时要加入相对分子质量较低的活性稀释剂，因此难以兼顾硬度和柔韧性。而水性光固化涂料体系是水分散性树脂体系，其黏度与低聚物的相对分子质量无关，只与固含量有关，因而在涂料配方中可使用相对分子质量较高的低聚物，同时又不必加入低分子的活性稀释剂，从根本上解决了高硬度与高柔韧性之间的矛盾。 2、光固化水性涂料的分类和组成 光固化水性涂料的分类方法很多，常见的分类有如下几种：按其固化机理分类可分为自由基光固化体系和阳离子光固化体系两大类，按其使用的光引发剂可分为水溶性体系和水分散性体系两大类，还可以根据其固体含量高低[6]和是否含多官能团丙烯酸酯（MFAs）等来进行分类。 光固化水性涂料体系由水性UV树脂或预聚体、光引发剂、助剂和水组成。其中水性UV树脂或预聚体是体系中最重要的组分，预聚物的分子结构、相对分子质量、官能团密度、Tg等直接影响着涂膜的硬度、强度、黏附性、柔韧性、耐磨性、耐水性、耐候性、耐腐蚀性等综合性能，预聚物还对光固化速度有很大影响。目前，常见的水性UV树脂主要分为以下几类：水性不饱和聚酯、水性聚氨酯丙烯酸酯、水性环氧丙烯酸酯、水性聚酯丙烯酸酯、水性丙烯酸酯化聚丙烯酸酯。 2.1水性不饱和聚酯 水性不饱和聚酯是较早用于UV固化水性涂料的原料之一，其合成方法是通过传统的多元醇和多元酸缩聚反应得到，为使聚合物具有亲水性，通常在不饱和聚酯分子链上引入亲水基团，如聚乙二醇、偏苯三酸酐或均苯四酸酐等。水性不饱和聚酯涂料成本较低，但是其光固化速度较慢，综合性能不及其他水性光固化涂料，导致其应用受到局限。 2.2水性聚氨酯丙烯酸酯 水性聚氨酯丙烯酸酯（WPUA）涂料是目前应用最广泛的UV固化水性涂料之一，兼具聚氨酯和丙烯酸酯二者的优点，具有良好的柔韧性、抗冲击性、抗张强度、耐腐蚀性、耐磨性、耐候性、附着力及手感等综合性能，其最大的特点是可通过分子设计、控制软硬段比例、控制双键和亲水基团含量，来调节预聚物的综合性能。WPUA一般是以二异氰酸酯作为硬段、聚酯二元醇或聚醚二元醇作为软段、含亲水基团的二元醇（如二羟甲基丙酸）作为扩链剂、丙烯酸羟基酯作为封端剂，通过多步缩聚反应制得。研究者通过将双羟基丙烯酸酯（PEDA）接枝到聚氨酯侧链，再用单羟基丙烯酸羟乙酯（HEA）进行封端，得到了一种新型UV固化水性聚氨酯丙烯酸酯。这种方法大大提高了聚合物的双键含量，可方便地控制聚合物侧链及主链上的碳碳双键含量，进而控制固化膜的性能。测试表明：固化膜的热稳定性随碳碳双键含量的提高而提高。研究者通过原位聚合法制备出无溶剂型聚氨酯丙烯酸酯（PUA）复合乳液，并用氮丙啶对其进行改性，结果表明：氮丙啶与PUA分子链上的羧基发生开环反应，增大了分子的交联密度，改性后的树脂综合性能增强，尤其是防腐性能。刘棚滔等[14]用异佛尔酮二异氰酸酯（IPDI）、二羟甲基丙酸（DMPA）和二乙醇胺合成超支化聚氨酯核，然后用IPDI、聚醚二元醇、DMPA、1，4-丁二醇和丙烯酸羟乙酯合成线性聚氨酯，并将其接枝到超支化聚氨酯核上，最后加入丙烯酸酯，成功制备出稳定性较好的超支化聚氨酯丙烯酸酯共聚乳液。 2.3水性环氧丙烯酸酯 水性环氧丙烯酸酯是目前用量最大的UV固化水性低聚物之一。它具有原料价格低、拉伸模量高、涂膜硬度高、附着力好、光泽度高、耐化学品性能好、电绝缘性和热稳定性良好等优点，但也存在脆性和耐黄变性能差等缺点。通常由（甲基）丙烯酸与环氧树脂酯化后制得环氧丙烯酸酯，利用环氧丙烯酸酯中的羟基与酸酐（如顺酐、偏苯三酸酐、均苯四酸酐等）反应从而引入羧基作为亲水基团，再用有机胺中和得到水性环氧丙烯酸酯树脂。研究者以丙烯酸和马来酸酐为改性剂，以双酚A型环氧树脂为基体，以正硅酸乙酯为前驱体，以γ-甲基丙烯酰氧丙基三甲氧基硅烷为偶联剂，制得一种新型改性的水性环氧丙烯酸酯（WEA）/纳米SiO2溶胶复合材料，试验结果表明，固化时间为40s，最大固化度达到了88%的凝胶含量，纳米硅溶胶的加入改善了WEA树脂的热稳定性和阻燃性。 2.4水性聚酯丙烯酸酯 水性聚酯丙烯酸酯（WPEA）是水性光固化体系中较为常见且价格低廉的低聚物。它容易制备，具有色泽浅、光泽度高、柔韧性好、涂膜丰满等优点，其最大的特点是具有较低黏度，常用于丝印油墨和罩光清漆。WPEA是由相对分子质量较低的聚酯二醇经丙烯酸酯化制得，一般由聚酯端羟基与丙烯酸酯化或由聚酯端羧基与甲基丙烯酸缩水甘油酯反应而得。 2.5水性丙烯酸酯化聚丙烯酸酯 水性丙烯酸酯化聚丙烯酸酯具有价廉、易制备、耐黄变、光泽度好、涂膜丰满、附着力好等优点，一般通过含有特定基团的单体与丙烯酸系单体共聚，再与丙烯酸系单体反应，从而制得水性丙烯酸酯化丙烯酸酯。常用丙烯酸共聚引入羧基，用甲基丙烯酸-β-羟乙酯或（甲基）丙烯酸缩水甘油酯共聚引入羟基或环氧基从而进一步引入丙烯酰基团。但由于共聚过程中双键被消耗，其光固化活性较差。 3、光固化水性涂料的发展和应用 3.1光固化水性涂料的发展
光固化涂料
光固化涂料 产品简介： 光固化涂料（UVCC）又称紫外光（UV）固化涂料，是辐射固化涂料的一种，主要指在光照射下可以迅速交联固化成膜的一类新型涂料，因其高效涂装和环境友好等特征，已在涂料行业得到广泛应用。与溶剂型涂料相比，光固化涂料具有固化速度快、物挥发性溶剂、节约能源、费用低、可自动化生产等特点。自从20世纪60年代德国Bayer公司开发了第一代紫外光固化涂料以来，光固化涂料技术上不断成熟，原材料、品种、性能不断发展。早期的光固化涂料主要应用于木器涂装，而现在所适用的基材已扩展至纸张、塑料、金属、石材、水泥、织物、皮革等；涂料的外观也由最初的高光型，发展出亚光型、磨砂型、金属闪光型、珠光型、烫金型、纹理型等；适宜涂装方式包括淋涂、辊涂、喷涂、浸涂、丝印、胶印、柔印、凹印等。 原理： UV涂料即紫外光固化涂料，紫外光固化涂料经紫外光照射后,首先光引发剂吸收紫外光辐射能量而被激活,其分子外层电子发生跳跃,在极短的时间内生成活性中心,然后活性中心 与树脂中的不饱和基团作用,引发光固化树脂和活性稀释剂分子中的双键断开,发生连续聚 合反应,从而相互交联成膜。化学动力学研究表明,紫外光促使UV涂料固化的机理属于自由基连锁聚合。首先是光引发阶段;其次是链增长反应阶段,这一阶段随着链增长的进行,体系会出现交联,固化成膜;最后链自由基会通过偶合或歧化而完成链终止。 特性： (一) 光固化涂料的优点 1) 节约能源，不需要烘烤，固化成膜所消耗的紫外光或电子束仅在瞬 间，所以生产过程中只消耗极少的电力。 2) 无溶剂或溶剂用量很低。 3) 固化速率快，一般是零点几秒到十秒，大大缩短操作工时；适于高 速生产线，生产速率快。 4) 漆膜性能好，丰满度及光泽尤其突出，具有良好的抗摩擦、抗溶剂、 抗污染性能。
光固化树脂及涂料的应用
光固化树脂及涂料的应用 一、光固化涂料概述 1.光固化涂料发展简史 紫外光固化涂料以高能量的紫外光为涂料固化的能源，通过光引发剂吸收紫外光，产生活性自由基，进而导致可光固化的树脂发生一系列聚合反应，而使涂膜固化。能量利用率高，涂料100%反应成膜，无溶剂挥发污染。可广泛应用于金属、木材、塑料、纸张、装饰板、皮革和织物的涂饰涂装。 光固化涂料首先是在木器上使用，1968年紫外光固化涂料首先由德国拜耳公司开发成功并推向市场，很快在市场快速发展和普及开来。并引起各国的高度重视。但在我国的发展经历了曲折的过程。早在70年代，一些科研院所和涂料厂商根据有限的资料，对紫外光固化涂料进行了研制。80年代初，一些涂料厂商适应板式家私的需要，纷纷推出紫外光固化涂料及相应的设备。但在当时，光固化涂料存在如下缺点:(1)光固化速度慢，需几分钟甚至十几分钟才能固化(2)流水线长，需要十几米甚至更长(3)储存时间短，即使在暗处，光固化涂料不超过3天全部胶化，只能双组分现配现用(4)紫外光灯管寿命短，，几十小时后就报废。没几年，许多紫外光固化涂料流水线停用，并陆续拆除，涂料厂商也停止生产光固化涂料。进入90年代后，人民生活水平提高，室内装饰业兴起，人们崇尚自然追求反扑归真成为一种时尚，无论酒店或是家庭陆续铺起实木地板。一开始生产的木地板都是未经涂料装饰的素地板便已上市，地板谱装后再在室内涂漆。但90年代中期以后，开始出现油漆地板，人们已不再满足铺装地板后再去买了涂料请人油漆等待干燥。于是许多地板生产厂家便纷纷涂上油漆后出售。但是地板块小数量多，油漆干燥占地大，于是寻求快速干燥地板油漆便是急需解决的问题。紫外光固化涂料在现代木器实用的涂料品种中是干速最快的漆种，因此在地板上应用便有了广阔的市场。90
水性聚氨酯涂料的研究进展
水性聚氨酯涂料的研究进展 摘要：随着我国环保法规的日趋完善合人们环保意思的不断深化,环保型化工产品的开发级应用逐渐受到人们的重视。水性聚氨脂以水为基质，具有不污染环境，节能等优点，正逐渐作为溶剂型聚氨酯的代替品在很多场合被广泛应用。通过查阅国内有关文献，阐述了水性聚氨酯的性能并对它的主要研究进展及应用，最后对这一蓬勃发展的新型高分子擦皮料做了展望。 关键词：水性聚氨酯，涂料，应用，研究发展。 1 水性聚氨酯涂料的性能 聚氨酯涂料具优异的耐磨性.柔韧性.流动性.机械能级耐化学品性，同时还有光亮.附着力强等特点。水性聚氨酯涂料是以水性聚氨酯树脂为基料并以水为分散介质的一种涂料，具有不然.无毒.无环境污染.无火灾隐患的优点。因而越来越受到重视，成为今后发展的方向。 2 水性聚氨酯涂料的种类和特 水性聚氨酯树脂主要有三种，即单组份聚氨酯，双组份聚氨酯，合改性聚氨酯、水性单组份聚氨酯具有很高的断裂申率和适当的强度，并能常温干燥，但耐水性和耐溶性差，表面光泽度和鲜艳性都较低。 目前国内外很多厂家以开发了睡醒双组份聚氨酯涂料，其VOC显著降低，性能优于或等同于溶剂型双组份聚氨酯涂料。在水性双组分聚氨酯涂料中水石过量的，其反应以异氰脂与羚基的反应为主。原因在于异氰基与羚基，水等得反应速度小于水的蒸发速度。在双水分聚氨酯涂料成膜以后，水的蒸发很快。 水性改性聚氨酯此案料主要有水性聚氨酯改性丙稀脂，例如，在聚氨酯乳液只能够加入适量的丙稀脂乳液，可以使其许多性能得到显著提高。另外，聚氨酯按其原料还可以分位脂肪族和芳香族聚氨酯，芳香族聚氨酯遇日光紫外线黑泛黄分解，只能用做室内才涂料，而脂肪族聚氨酯涂料防紫外线，康水解室内外均可使用。但脂肪族聚氨酯原料价格较昂贵。 芳香族水性聚氨酯脂肪族水性聚氨酯耐候性差 光稳定性差易泛黄 价格较低 佳 佳不易泛黄 较高
紫外光固化涂料的组成成分及其行业应用范围
紫外光固化(固化)是辐射固化技术地一种，是快速发展地“绿色”新技术.紫外光固化涂料()是世纪年代开发地一种节能环保型涂料.经过紫外光照射后，它会发生光化学反应，液态地低聚物(包括单体)涂层，经过交联聚合而瞬间形成固态涂层.能得到广泛地应用和发展，是因为它具有节能环保、涂层性能优异、生产效率高等独特优点. 地组成 地主要成分包括可交联聚合地预聚物(光活性齐聚物)、活性稀释剂(光活性单体)、光引发剂、助剂(流平剂、消泡剂、消光剂、表面滑爽剂).其各自性能及研究进展如下.资料个人收集整理，勿做商业用途 齐聚物 齐聚物是光固化产品中比例最大地组分之一，是光固化配方地基料树脂，决定着固化后产品地基本性能(包括硬度、柔韧性、附着力、光学性能、耐老化等).主要包括不饱和聚酯树脂、环氧丙烯酸酯、聚氨酯丙烯酸酯、聚酯，以及丙烯酸化聚丙烯酸酯等.在世纪年代末期，不饱和聚酯树脂最早被开发用作光固化齐聚物.环氧丙烯酸酯是由商品环氧树脂和丙烯酸或甲基丙烯酸酯化而制得，是目前国内光固化产业内消耗量最大地一类光固化齐聚物.它地抗化学腐蚀性、强附着力、对颜料地良好润湿性，使其在纸张涂料、木器涂料、金属底漆方面得到广泛应用.资料个人收集整理，勿做商业用途 为了突出齐聚场地性能优势，国内外对其改性方面地研究也比较多，比如胺改性环氧丙烯酸酯，引入季胺基团，其主要特点在于固化速度高、固化膜附着力增加、韧性增强，因而在丝印、平印及柔印油墨上有重要应用价值.另外还有磷酸酯改性、多元酸酐改性、硅氧烷改性、长链脂肪酸改性环氧丙烯酸酯等.聚氨酯丙烯酸酯应用地广泛程度仅次于环氧丙烯酸酯，特别是在纸张、皮革、织物等软性底材地光固化涂饰方面，发挥着至关重要地作用.但是由于它固化慢、价格相对较高，所以在光固化配方中较少作为主体齐聚物，而是作为辅助性功能树脂使用.资料个人收集整理，勿做商业用途 世纪年代末期，出现了乙烯基醚系列、环氧系列等阳离子机理固化成膜地齐聚物，即非丙烯酸酯齐聚物，这类齐聚物地固化不受空气中氧地阻聚作用地影响，固化速度快，发展较快.人们已合成了既有自由基固化机理地丙烯酸酯基团，又有氧离子固化机理地乙烯基团地杂化齐聚物.随着地不断发展以及人们环保意识地不断增强，各种水性齐聚物不断出现.有研究论文报道了用于光固化水性涂料地不饱和聚酯.等人报道了以不同多元醇和多元酸合成地聚酯丙烯酸酯，认为要获得好地水溶性，必须至少有～地亲水性基团，其相对分子量在，固化产物具有较好地耐溶剂性和耐水性.资料个人收集整理，勿做商业用途 光活性单体 传统地溶剂型涂料通常需加入有机溶剂，以起到调节黏度地作用，这些有机溶剂一般不参与成膜反应，在成膜时挥发到空气中会造成环境污染.而在光固化体系中，光活性单体(活性稀释剂)不但起到调节体系黏度地作用，而且通常都能参加固化成膜反应，很少挥发到空气中，赋予了体系环保特性.按分子中含有地反应性基团，活性稀释剂分为单官能度、多官能度活性稀释剂.研究了官能度对其聚合速率地影响，结果表明：官能度越大，固化速度越快，交联程度越高.资料个人收集整理，勿做商业用途 目前应用最广泛地活性稀释剂是(甲基)丙烯酸酯类，其已经发展为第三代活性稀释剂，具有高反应活性、低收缩率等优点.资料个人收集整理，勿做商业用途 光引发剂 光引发剂是地关键组分，其作用是产生引发固化反应地活性基团.一般分为自由基聚合光引发剂和阳离子聚合光引发剂.阴离子光引发剂地研究较少，尚未发现商业应用报道.自由基光引发剂分为裂解型和夺氢型两大类.裂解型自由基光引发剂多以芳基烷基酮衍生物为主，如苯偶姻衍生物、苯偶酰缩酮衍生物、二烷氧基苯乙酮、一羟烷基苯酮、一胺烷基苯酮等，其
光固化涂料
光固化涂料 田科基 （北京化工大学材料学院2011012035） 摘要：光固化涂料是1种新型的绿色环保节能型涂料．近几年发展很快。本文介绍了光固化涂料的基础理论、各个组成部分、国内外的近期发展、研究现状及其应用。 关键词：光固化涂料；UV；光引发剂 The Photo Curing Coating Tian keji （BUCT College of materials 2011012035）The photocuring coating is a kind of functional curing coating which is called as an environmental-friendly green product . It is developing fast in current years. The basic theory , compositions of the photocuring coating , its application and the latest development were reported. Keywords : photocuring coating ; UV ;photoinitiator 引言 光固化涂料是1种受光线照射后，能在较短的时间内迅速发生物理和化学变化的高分子物质，与传统的自然干燥或热固化涂料相比，能量利用率高、适用热敏基材、无污染、成膜速度快、涂膜质量高[1]和适合连续化大生产的涂料品种，符合当前世界各国日益重视环保的要求，被誉为环境友好型涂料。其固化光源一般为紫外光(UV)、电子束(EB)和可见光[2]…，由于电子束固化设备较为复杂且成本高，而可见光固化的材料又难以保存，因此，目前最常用的固化光源依然是紫外光[3]。 自从20世纪60年代德闰Bayer公司开发了第一代紫外光同化涂料以来，光固化涂料技术上不断成熟，原材料、品种、性能不断发展。早期的光固化涂料主要应用于木器涂装，而现在所适用的基材已扩展至纸张、塑料、金属、石材、水泥、织物、皮革等；涂料的外外观也由最初的高光型，发展出亚光型、磨砂型、金属闪光犁、珠光型、烫金型、纹理型等；适宜涂装方式包括淋涂、辊涂、喷涂、浸涂、丝印、胶印、柔印、凹印等。 1、光固化涂料的固化原理[4] 光固化涂料的固化过程为聚合交联过程,光固化光源照射光固化涂料后,将激发、分解涂料体系中的光引发剂而生成游离基(其中含有活性自由基和活性阳离子)： AB―AB*(光引发剂吸收光能最后成为激发态)
净味光固化涂料的制备研究
净味光固化涂料的制备研究 紫外光固化涂料具有环保、能耗低、经济效益低、产品性能好等优点,在对环保要求日益严格的当下具有非常大的技术优势和发展潜力。与传统溶剂型涂料相比,光固化涂料因使用的UV低聚物和活性稀释剂含有不饱和双键,因此可以参与固化反应,从而能够大大较少溶剂的挥发,降低体系的VOC(挥发性有机化合物)和气味。 但光固化涂料并没有实现完全零VOC,其产品的VOC来源的一部分可能是由于体系没有实现完全光固化,导致涂料的原料有所残余,另一部分可能是来源于光引发剂的经光照产生的小分子裂解产物。本课题通过制备大分子改性羟基酮光引发剂,光固化体系单因素分析实验和正交实验确立了制备净味光固化涂料的最佳配方。 本文首先通过异氰酸酯预聚物改性小分子α-羟基酮光引发剂(1173、184、2959),制备出了高活性大分子量的改性光引发剂,实验发现,改性光引发剂184 是三种改性光引发剂中光引发效率最高。光引发剂的最佳用量为3%,光引发效率最高,最终的双键转化率达90%以上。 本文通过实时红外和实时紫外的方法研究了外界条件(固化时间、光强、光引发剂浓度)对体系固化动力学的影响。实验发现,固化反应的转化率随照射时间增长先快速增长后逐渐趋于平缓,固化的聚合速率随照射时间先增加而下降。 在一定的光强范围内,紫外光强与体系的固化程度有一定的对应关系,较高照射强度下,体系可能获得更高的双键转化率和固化效率,但是过高的强度往往适得其反,体系的转化率下降。利用Excel的规划求解,对改性光引发剂的光分解动力学进行模拟研究,计算出了动力学方程为:-d[I]/dt=kd[I]n,其中反应级数
为1.59,分解速率常数为2.48,说明改性光引发剂1173的分解动力学符合1.59级动力学。 本文分别对UV涂料体系中原料种类、复配、用量等因素对涂料体系的VOC、气味及漆膜的综合性能影响进行研究。在正交实验设计和漆膜性能的极差分析基础上,明确了净味光固化涂料的最优配方:聚酯丙烯酸树脂:聚氨酯丙烯酸树脂比例为=4:1,TPGDA22%,EO-TMPTA7%,改性光引发剂2%,该配方获得的涂料漆膜性能均较佳,涂料VOC为4.01%,漆膜VOC为0.43%,硬度2H,附着力1级,耐冲击45cm,柔韧性6mm,固化膜外观平整均匀,光泽度98,耐化学溶剂性优异。 论文通过制备大分子光引发剂和配方优化,解决了紫外光固化涂料中因残留UV低聚物、残留活性稀释剂或光引发剂裂解产物导致的光固化体系的VOC和气味问题,制备出的净味光紫外光固化涂料,具有储存稳定性好、好施工和漆膜性能优异等特点,具有广泛的应用前景。
紫外光固化涂料的组成及研究_周晓燕
作者简介:周晓燕,女,硕士研究生,从事紫外光(UV)耐磨涂料的研究与开发。 紫外光固化涂料的组成及研究 周晓燕1 马家举2 江 棂2 (1.化学工业第二设计院宁波工程有限公司,315040; 2.安徽理工大学化学工程系,232001) 摘 要 介绍了U V 光固化涂料用齐聚物、单体、光引发剂以及助剂的开发。描述了U V 阳离子固化、混杂固化用齐聚物、单体和光引发剂的作用,以及U V 光固化涂料用助剂和改性树脂的应用。展望了U V 光固化涂料的国内外市场发展前景。 关键词 光固化涂料,齐聚物,单体,光引发剂,助剂 Research and composition of UV curable coatings Zhou Xiaoyan 1 M a Jiaj 2 Jiang Ling 2 (1.Ningbo Engineering Co.,Ltd.,Second Design Institute of Chemical Industry,315040) (2.Anhui University of Science and Technology,232001) Abstract T he dev elopment of the oligo mers,mo nomers,photoinitiators and additives used in U V curable coatings is introduced.T he oligo mers,monomers and pho to initiato rs used in UV cationic cur ed,hybrid cured and applicatio n of additives and resin modified U V curable coating are described.T he fature development tendency for mar ket at home and abroad are pre view ed. Key words U V curable coating s,oligomer,monomer ,photoinitiator,addit ives 齐聚物、单体和光引发剂是光固配方的基本组成。U V 辐射固化的主要反应过程是由辐射引起光引发剂分解,生成的活性自由基引发单体/齐聚物聚合交联。因此,光引发剂的引发效率对配方的成本及光固化速率的影响致关重要。齐聚物组成了固化膜交联网状结构的骨架,它是产品理化性能的主要决定因素。多官能团单体一方面对组分起到稀释作用,提高可加工性能,另一方面对光固化体系的聚合速率影响很大。 1 齐聚物 当前在U V 固化领域,主要是开发低粘度、高速固化、具有特殊功能性的齐聚物。开发低粘度齐聚物可减少配方中对皮肤有刺激作用的稀释单体用量;而特殊功能性齐聚物的开发主要是改善其物理、化学性能。除了传统的丙烯酸酯类齐聚物、环氧和乙烯基醚类化合物外,近年还开发了一些新型或功 能性齐聚物。 1 1 环氧有机硅光敏齐聚物 由于聚硅氧烷具有良好的疏水性,低表面能及优良的抗紫外线能力,研究环氧聚硅氧烷光敏树脂的阳离子光固化,可望获得在无惰性气体保护条件下具有固化速度快、表面性能好、物理机械性能优良的上光、封装、涂层等材料,在电子、光纤通讯等高科技领域获得应用。黄毓礼等[1,2]合成了具有高感光性含硅丙烯酸酯化合物ANS 和环氧有机硅光敏齐聚物,如图1所示。 图1 环氧有机硅光敏齐聚物 图2 硅氧烷环氧树脂 第31卷第7期化工新型材料Vol 31No 72003年7月 N EW CHEM ICAL M AT ERIAL S July 2003
水性防腐涂料的发展现状
精心整理 水性防腐涂料的发展现状 水性防腐涂料的发展现状时间:2017-04-0810:34来源:中海油常州环保涂料有限公司作者:何庆迪，许洋，沈雪锋0引言金属腐蚀每年都会对机械、设备等造成巨大的破坏，为了减少腐蚀造成的经济损失，一般会在金属表面 2020 VOC 作用：通过在涂料中添加一些活泼金属作为填料，产生腐蚀时，活泼金属先反应，从而达到对基材的保护目的。比如钢铁基材表面可以采用富锌涂料进行保护，但要注意电化学保护对钢基材要求很高，表面必须绝对清洁，喷砂处理至少达到Sa2.5级。2水性防腐涂料的分类及发展状况按成膜物质的组成可将水性防腐涂料分为水性丙烯酸涂料、水性醇酸涂料、水性聚
氨酯涂料、水性环氧涂料、水性无机富锌涂料等。目前，研究应用较为广泛的是水性丙烯酸涂料、水性聚氨酯涂料、水性环氧涂料及水性无机富锌涂料，下面主要针对这4种水性防腐涂料进行讨论。2.1水性丙烯酸防腐涂料水性丙烯酸防腐涂料以（甲基）丙烯酸及其酯类共聚物为成膜物质，具有施工方便、快干、耐候、耐水等特点，可用作水性防腐底漆、中间漆和面漆。但由于水性丙烯酸树脂属于热塑性材料，存在耐溶剂性差、硬度 亲水的丙烯酸树脂，再在乳化剂作用下与环氧树脂反应，经过中和成盐，最后经乳化剂乳化，制成纳米级的丙烯酸环氧乳液，适合制备油罐内、外壁及管线防腐涂料，耐酸碱介质、耐盐水1个月无变化。刘胜波等以甲基丙烯酸甲酯、丙烯酸丁酯、甲基丙烯酸、丙烯酸羟乙酯、环氧丙烯酸酯功能单体、磷酸酯功能单体为原料，采用半连续种子乳液聚合法制备含磷、
含环氧基团的丙烯酸乳液。研究表明：环氧丙烯酸酯和磷酸酯功能单体用量分别为单体总量的4%时，制得的水性防腐涂料的综合性能最佳，耐盐水性达700h。吴道新等采用丙烯酸丁酯、苯乙烯、丙烯腈、丙烯酸4种单体共聚，制备了性能优良的水性防腐涂料用乳液。此外，还可以通过交联技术提高涂膜的致密性，进而提高乳液的防腐性能。N-羟甲基丙烯酰胺不仅能提高聚合物的耐化学品性，还能赋予聚合物防锈性能，增加对金属的 2.2 氧树脂占乳液总量的45%时，用其制备的单组分防腐涂料的耐腐蚀性能最佳。朱德勇等采用拜耳公司的水性聚氨酯分散体BayhydrolUH245制备水性单组分防腐涂料，其耐盐雾性优异，且施工容易，完全可以满足轻到中等的防腐要求。王雪等以环氧树脂开环制备的环氧树脂多元醇为改性剂，与异氰酸酯、聚醚二元醇、二羟甲基丙酸（DMPA）和甲基丙烯酸甲酯
0000紫外光固化涂料
2013-2014学年第一学期 功能高分子材料文献 综述论文 学院：生物与化学工程学院 专业：10级应用化学 组员：李春林（105011440007） 周玉龙（105011440008）
紫外光固化涂料的发展及应用 摘要：本文首先介绍了紫外光固化涂料的特点、固化机理，然后对紫外光固化涂料的发展现状与应用领域进行了详述，指出，未来紫外光固化涂料的研究和发展趋势。最后进行了紫外光固化涂料与传统涂料相比的优点分析。 关键词：紫外光固化涂料；应用；发展趋势；优势 1 前言 紫外光固化涂料（UVCC）是一种节能和环境友好型涂料，是上世纪60 年代末由德国拜耳公司开发的一种环保型节能涂料。该涂料在受到紫外光照射后发生光化学反应，使涂层快速聚合、交联而固化。紫外光固化涂料具有固化速度快、能耗少、环保等优点，广泛应用于各种生产领域。我国进入90年代后，随着邮电通讯、计算机、印刷和电子等行业的不断发展以及人民生活水平的不断提高，对UVCC产生了很大需求，引进了国外先进的紫外光固化设备、技术和材料，大大推动了国内UVCC的发展，现在已经初具规模。由于传统涂料的危害巨大，UVCC 在以后的推广与应用具有广阔的前景。 2、紫外光固化涂料（UVCC） 光固化涂料由光活性齐聚体(低聚物)、活性稀释剂(单体) 、光引发剂和各类添加剂(颜、填料、消泡剂等)组成。其中低聚物是UV 固化涂料的基料树脂，作为骨架在整个体系中占有相当大的比例，对整个体系的性能，如硬度、柔韧性、附着力、光学性能、耐久性及耐老化性能等起着决定性作用。 2.1 光活性齐聚体 光活性齐聚体都为含有C = C 不饱和双键的较低分子量树脂，主要有以下几种：（l）不饱和聚酯；（2）环氧丙烯酸酯；（3）聚氨酯丙烯酸酯；（4）聚酯丙烯酸酯；（5）多烯/硫醇体系；（6）聚醚丙烯酸酯；（7）水性丙烯酸酯；（8）阳离子树脂。目前应用最广泛的是前四种齐聚体。 2.2 活性稀释剂 光活性单体是一种功能型单体，其作用是调节UVCC的合适粘度，对粘度较大的齐聚体进行稀释，因此又叫稀释剂，它控制涂料固化交联密度，改善涂膜的物理、机械性能，参与固化成膜。光活性单体在结构上含有不饱和双键，如（甲基）丙稀酰基、乙烯基、烯丙基等。一般分为单官能度、双官能度和多官能度稀释剂，官能度愈大，固化速度愈快。 2.3 光引发剂 光引发剂是一类容易吸收紫外光能量产生活性自由基或活性离子基，进而引发涂料中不饱和基团聚合的物质。它主要分为两类：自由基型和阳离子型。阳离子型光引发剂价格较为昂贵，一般利用叔胺类光敏剂构成引发剂/光敏剂复合引发体系。目前使用较广的是自由基型光引发剂，常用的自由基型光引发剂有羰基化合物，如安息香、偶氮化合物，如偶氮二异丁腈等。 2.4 各类添加剂 加入UVCC的一些添加剂，主要用以改善涂料性能，增加紫外光敏感性，降
水性防腐涂料的研究进展
水性防腐涂料的研究进展 王畅 河北联合大学机械工程学院 摘要：近年来，随着石油资源的日益短缺以及人们环保意识的不断提高，涂料行业逐步向环保和节约资源的方向发展，水性涂料以其独特的环境友好性和使用安全性成为涂料研究的热点。本文着重介绍了水性防腐涂料的研究进展。 关键词：水性涂料；防腐涂料 1 引言 20 世纪中叶之前，溶剂型涂料广泛应用于各类建筑物、工业制品以及钢铁设施的涂装和防腐保护。由于溶剂型体系占绝对垄断地位，大量VOC排入大气中，不仅造成空气与水环境的污染，而且不利于人体健康和节能减排。自从西方发达国家出台限制VOC排放的法律法规以及在上世纪70 年代爆发的石油危机，促使涂料工业逐步向清洁型和资源节约型的方向发展。因此，各种环境友好的涂料如水性涂料、辐射固化涂料、无溶剂涂料及高固体份涂料成为涂料发展的重要方向，其中水性涂料以其优秀的环境友好性和使用安全性成为研究的热点。 据统计，北美地区水性工业涂料占了全部生产涂料的43 % ，溶剂型工业涂料只占51 %；西欧地区水性工业涂料占了34 %，溶剂型工业涂料只占52 %；而在中国，水性工业涂料只占15 %，溶剂型工业涂料则高达80. 5 %，在涂料水性化领域我们与发达国家的差距还很大。近年来我国涂料业在水性涂料的研究、生产和应用等方面正以前所未有的速度向前推进。首先国家在政策法规等方面积极引导，其中2006年颁布的《ISO14020 国际标准配套涂料技术标准》将进一步规范和促进水性涂料发展；其次，随着生活水平的日益提高，人们越来越关注环保与健康，推动了对水性涂料的需求；最后，原油价格出现了大幅度上涨，导致各地油性涂料的价格被迫不断提升，在一定程度上弥补了前些年水性涂料在价格方面的劣势。按照国家统计数据估算，我国2005年水性涂料的产量将达到80 万～90万吨，占涂料总产量的20 %左右，其中水性建筑涂料产量为60万～70万吨，水性防腐蚀涂料为10万吨，仅占水性涂料总产量的12 %左右。 目前在许多领域以水性涂料完全代替溶剂型涂料还为时过早，一些水性涂料品种在耐水性、硬度、光泽等性能指标上目前还赶不上溶剂型涂料。在基础材料的研制、成膜物质的合成、成膜机理的创新、生产工艺的改进、制造成本的降低以及涂装工艺的成熟与规范等方面，还有很多工作要做。但是，目前在防腐蚀涂料领域，除在实验阶段的部分品种，如水性双组分聚氨酯、水性醇酸等以外，大部分品种已有工业化产品面世，涉及车辆、石化、钢结构等领域的涂装，在整个涂料领域向水性化转移的过程中，水性防腐蚀涂料也取得了显著的业绩[1-4]。 2 水性防腐涂料的发展历史 第一阶段: 在水性防腐涂料发展的初期, 环保需求并不是涂料化学师们研究的重点, 人们更关心水性体系的不燃性、较低的气味及使用水清洗设备的低成本; 另一方面适合这一领域的树脂较少, 防锈颜料也较初级。第二阶段: 20 世纪60 年代中期, 苯丙共聚物乳液开始出现, 这些树脂显著的特点是低吸水率另一方