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镜面银罩光UV固化涂料的制备与应用研究,采用脂肪族聚氨酯丙烯酸酯为主体,中国建材网,cnprofit.com
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镜面银罩光UV固化涂料的制备与应用研究,采用脂肪族聚氨酯丙烯酸酯为主体
2020年03月09日    阅读量:49429    新闻来源:中国建材网 cnprofit.com  |  投稿

0 前 言
由于镜面银涂层具有非常强的金属感,高度的镜面效果等优点,装饰性极强,因此深受消费者的欢迎。但是市场上的单涂镜面银涂料,由于其主要通过溶剂的挥发成膜,成膜时并不发生化学交联反应,致使涂膜硬度、耐摩擦性、耐溶剂性及其他化学性能差,这在很大程度上限制了其广泛使用。


随着市场和消费者对塑料金属化及综合性能要求越来越高,需求也越来越大,单涂的镜面银涂料已经不能满足消费者期望的性能要求中国建材网cnprofit.com。UV固化涂料具有固化速度快、绿色环境友好、涂膜性能优异等优点。


因此,研究开发一种既不影响金属感,同时使硬度、耐摩擦性、耐溶剂性及其他化学性能等又能得到大幅提高的UV固化涂料罩于镜面银涂层表面上以提供保护,具有重要的意义及应用价值。


作为底漆的自干性镜面银涂料主要通过铝银粉的高度定向排列使其达到非常好的金属感和镜面效果,其抵抗介质侵蚀的性能差,因此,在镜面银涂层上罩UV固化涂料等时,经常出现上层的UV固化罩光涂料咬蚀底涂镜面银涂层,导致银粉排列被扰乱,罩光后涂层的金属感及镜面效果明显下降,甚至严重下降的问题。


针对以上问题,本研究从UV罩光涂料各组分对底涂镜面银的影响进行了实验分析,解决了综合性能和金属感兼顾的问题。并在实际生产中得到了推广使用。

1 实验部分
1.1 原材料
(1)UV树脂:6145-100聚氨酯丙烯酸酯、6112-100聚氨酯丙烯酸酯、6197H聚氨酯丙烯酸酯、6215-100改性环氧丙烯酸酯、6151聚氨酯丙烯酸酯,长兴化学工业;EBECRYL 1290聚氨酯丙烯酸酯,allnex;RU6380H聚氨酯丙烯酸酯,瑞晟新材料;7600聚氨酯丙烯酸酯、7212F聚氨酯丙烯酸酯,恒之光环境友好新材料。
(2)单体:IBOA、HDDA、TPGDA、NPG2PODATMPTA、DPHA,长兴化学工业。
(3)引发剂:184、TPO,久日。
(4)助剂:BYK333流平剂,毕克助剂;RA2012多功能促进剂,自制。
(5)溶剂:市售。
1.2 涂料配方
镜面银罩光UV固化涂料的基本配方见表1。
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1.3 样板的制备
按表1配方制备涂料,用与制漆相同配比的溶剂稀释至黏度(岩田2#杯)9.5~11 s,400目滤网过滤,用1.3 mm口径的W-101喷枪喷涂于镜面银涂层上,UV涂层干膜厚度控制在20~25 μm,于50~55 ℃烘烤5 min进行流平后,通过能量为800~1 000 mJ/cm2的UV光固化机进行干燥固化,自然放置4 h冷却后进行涂膜性能测试。

2 涂膜性能测试
涂膜性能测试结果见表2。由表2可知,经过UV固化涂料罩光后,镜面银涂层的金属色泽、镜面反射度仍然很好,铝粉的定向排列没有被扰乱,面漆通透性好,综合性能优秀,实现了金属色泽、镜面效果和综合性能的兼顾。
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3 结果与讨论
3.1 树脂对涂膜性能和底涂镜面银铝粉排列的影响
聚氨酯丙烯酸酯因其在诸多方面性能表现优秀,使其在3C家电等领域的光固化涂料中得到广泛使用,尤其是在高档产品的UV固化涂层中得到了广泛的认可。高官能度的聚氨酯丙烯酸酯活性高、固化速度快、光泽度高、耐候性出色、涂膜坚硬,低官能度的聚氨酯丙烯酸酯则有柔韧性佳、附着力强等特点。


结合两者的优点,本研究选用了高官能度的聚氨酯丙烯酸酯和低官能度的聚氨酯丙烯酸酯配合使用为主体树脂。实验选择了几款不同的聚氨酯丙烯酸酯进行对比,对比实验结果如表3所示。
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由表3可知,在UV固化涂料配方其他组分保持不变,流平、固化等涂装条件参数不变的情况下,依次代入测试树脂,7600、7212F附着力有所下降,耐热烫性测试未通过,6112-100耐热烫性也未通过;


在对底涂镜面银的铝粉排列影响方面,除7212F有轻微影响外,其余树脂表现都很好。树脂是组成涂膜的主要物质,为涂膜提供附着力、耐化性等性能,选择不同的树脂就会得出不同的性能。


UV涂料用树脂都为低聚物,对底涂的高分子聚合物树脂没有溶解能力,因此大部分不含单体的树脂一般不会破坏底涂涂膜的外观,小部分对底涂铝粉排列有影响的树脂,可能是存在未反应完全的小分子所致。综合考虑后,选取了6官能度的6145-100和2官能度的6151作为配方主体树脂使用。


3.2 单体对底涂镜面银效果的影响
表4为不同单体对底涂镜面银铝粉排列的影响比较结果。
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由表4可以看出,在不同官能度的单体中,HDDA对底涂镜面银的影响最大,直接致使底涂铝粉混乱发黑;IBOA最好,基本不影响底涂镜面银的铝粉排列;TPGDA则表现为明显使铝粉混乱,镜面效果明显下降;NPG2POD、TMPTA和DPHA会使底涂镜面银发生轻微紊乱,镜面效果略显下降。


在几个低官能度单体中,IBOA表现最好,原因可能是IBOA分子中含有环状结构,导致其链的旋转较不容易,因而对底涂涂膜的破坏渗透性相对较低。


有研究表明,单体溶解渗透能力随官能度的增加而下降,侧链结构的增加,其链的旋转也将受到影响,从而影响其溶解渗透能力,这里则表现为对底涂的镜面效果影响小。


在光固化涂料体系中多官能单体的大量使用,使涂膜硬度有所增加,但是附着力、耐冲击性等有所下降,因此可以使用一些具有刚性结构的低官能度的单体。


综合考虑,选择IBOA作为配方用单体。


3.3 溶剂对底涂镜面银效果的影响
表5是依据光固化树脂的相关溶解特性,选取常用的芳烃溶剂、醇类溶剂、酯类溶剂、酮类溶剂进行配制的溶剂配方,用以验证不同溶剂对底涂电镀银效果的影响。表6为溶剂对底涂镜面银效果的影响实验结果。


由表6可知,配方1~配方4都对底涂镜面银效果造成了明显影响,这4个配方中都含有较大比例的EAC、BAC、MEK、MIBK等之类的溶剂,配方7含有少量的EAC,也对底涂镜面银造成了轻微的影响;配方5和配方6使用了挥发速率不同的两种醇,两个配方都没有对底涂镜面银造成任何影响。当高聚物的溶解度参数和溶剂的溶解度参数相同或接近时,高聚物就能溶解于该溶剂中[7]。


由相关文献可知,EAC、BAC、MEK、MIBK这几种溶剂的溶解度参数比较接近,同时它们可能也比较接近底涂树脂的溶解度参数,致使底涂涂膜被再度溶解,铝粉原有排列被打乱,从而变黑变粗;


另一方面,TOL、XYL及醇类的溶解度参数与上述溶剂都有一定的差距,以此推断与底涂树脂溶解度参数差距也较大,因而难以溶解底涂树脂,不会破坏底涂涂膜原有铝粉排列。充分考虑配方溶剂应对UV树脂具有较好的溶解力,同时又不影响底涂的铝粉排列等因素,本研究选择了配方5作为UV固化涂料的稀释溶剂。
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3.4 助剂对底涂镜面银效果的影响
光引发剂184具有耐黄变特性,TPO是一种深层光引发剂,可有效促进底层的固化,本研究选用了184和TPO混合使用作为配方的光引发剂;BYK333是聚醚改性聚二甲基硅氧烷流平剂,其降低表面张力的效果显著;RA2012为混合的特殊改性多功能聚合物。


这些助剂都对涂膜没有溶解、渗透能力,且加入量少,因而对底涂镜面银效果几乎没有影响。

4 应用实例
表7为配方作大幅调整后对底涂镜面银效果的影响。
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配方1是标准配方,配方2对配方作了大幅度的调整,由表7可知,配方2加入了单独大量使用时对底涂镜面银有一定影响的单体TMPTA和DHPA,同时还使用了改性环氧树脂,从而提高了涂膜的硬度,降低了配方成本,其他性能也能通过测试。


实验中我们发现,TMPTA和DHPA的少量加入,在树脂、溶剂等稀释作用下其对底涂镜面银的影响已经很轻微。

5 结 语
(1)实验表明,HDDA对底涂铝粉的定向影响非常大,所以,UV树脂中是否含有诸如HDDA之类的单体、配方中使用的单体及溶剂3要素是镜面银罩光UV固化涂料配方设计时首要考虑的。
(2)在底涂镜面银拥有很好的耐溶蚀性或镜面银效果要求不是特别高的特定情况下,选用单体时,可以考虑在配方中搭配少量的TMPTA、DPHA等高官能度单体,从而扩大了单体的选择范围。
(3)在选择UV树脂的溶剂时,可以考虑对UV树脂稀释作用强,同时对铝粉定向影响小的反应性活性稀释剂IBOA和芳烃、醇类等配合使用。
(4)本文除镜面银罩光UV固化涂料外,也为高质感罩光UV固化涂料等配方设计提供了较为清晰的解决思路,具有实际指导意义。

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