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PET窗膜用高耐磨紫外光固化涂料的制备,制备了一种新型PET窗膜用高耐磨紫外光固化涂料,中国建材网,cnprofit.com
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PET窗膜用高耐磨紫外光固化涂料的制备,制备了一种新型PET窗膜用高耐磨紫外光固化涂料
2019年08月15日    阅读量:10238    新闻来源:中国建材网 cnprofit.com  |  投稿



1 前言

PET(聚对苯二甲酸乙二醇酯)窗膜是一种多层、多功能聚酯复合型光学级特种膜制品,通常以PET膜为基膜,经丙烯酸酯压敏胶(PSA)复合而成。将其粘贴在玻璃表面上,可改善玻璃的性能和强度,使其具有保温、隔热、节能、防爆、防紫外光、遮避私密及安全防护等功效。近年来,PET窗膜在汽车玻璃、建筑物门窗、隔断和顶棚中得到了广泛应用,尤其是国内约90%左右的小型轿车都用PET膜作为玻璃贴膜,其技术发展历程如表1所示中国建材网cnprofit.com

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目前,PET窗膜无论是在安装过程中还是后续的使用过程中,如汽车玻璃的频繁升降,都要求其具有良好的耐磨性和耐水性。国内几家PET窗膜厂家用的耐磨涂料大部分为PC/PMMA显示屏保护面板用UV耐磨涂料,由于该种树脂针对的基材较硬,未考虑基材的柔韧性,所以在使用过程中,经常出现在实验室检测时,耐磨性和附着力很好,而生产的产品经过收卷后附着力很差的现象。因此,研究出一种PET窗膜专用UV耐磨涂料,具有较为迫切的市场需求和良好的市场前景。


2 实验部分

2.1 主要原材料

六官能团聚氨酯丙烯酸酯(PUA6161),长兴化学(珠海)工业股份有限公司;双官能团活性稀释剂:三丙二醇二丙烯酸酯(TPGDA),长兴化学(珠海)工业股份有限公司;三官能团活性稀释剂:三羟甲基丙烷三丙烯酸酯(TMPTA),长兴化学(珠海)工业股份有限公司;光引发剂1173、184,长沙新宇化工实业有限公司;分散剂/消泡剂,法国罗地亚广州分公司;丁酮(MEK),武汉新世纪化工有限公司;PET膜,25μm,两面分别为电晕处理面和未处理面,韩国SKC。

2.2 检测仪器及设备

紫外光固化机,保定特种光源设备有限公司;Mayer线棒涂布器,上海化工设备仪器厂;划格刀,上海现代环境技术有限公司;测厚仪,无锡亚美科技有限公司孔雀分部;高速分散机,上海索维机电设备有限公司;台式铅笔硬度计,东莞市长丰仪器有限公司;3M transmission meter(透射仪),3M公司。

2.3 耐磨涂料及PET加硬膜制备

(1) 耐磨涂料的制备

将六官能团聚氨酯丙烯酸酯、活性稀释剂按配比加入高速分散釜中,高速分散1h后,加入计量的光引发剂及溶剂MEK,高速分散1h过滤后备用,固体含量25%,粘度20MPa s,其主体树脂配方如表2所示。

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(2) PET加硬膜制备

采用20目的Mayer线棒涂布器,将耐磨涂料均匀涂覆在PET膜的未处理面上,放入烘箱中在120℃下烘干1min,再在UV固化机上,保持UV光量100mJ/cm2~120mJ/cm2,走带速度25m/min(固化时间约为6s)进行UV固化,涂覆厚度约为3μm~4μm,制得PET加硬膜。

2.4 性能测试

(1)硬度:按GB/T 6739-2006标准进行测试。

(2)附着力:按GB9286-1998 标准进行测试,经划格刀划格后,用3M胶带粘贴后再进行拉扯,用肉眼观测未被拉扯的涂膜面积,用百分数来表征。

(3)耐磨性:按GB/T 1768-89标准进行测试,用3M透射仪检测未磨损和磨损后的薄膜可见光透过率,以表征涂膜耐磨性。


3 结果与讨论

3.1 聚氨酯丙烯酸酯用量对涂膜性能的影响

PUA6161用量对涂膜性能的影响如表3所示。由表中可以看出,随着PUA6161用量的增加,涂膜的硬度也随之增加,而附着力降低,涂膜的耐磨性较好,当PUA6161用量在45%~50%时,涂膜性能较好。分析其原因,主要是受PUA6161分子结构的影响,其分子结构如图1所示。

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PUA6161的合成过程为:由双季戊四醇 (DPE)和异佛尔酮二异氰酸酯(IPDI)制得NCO封端的聚氨酯预聚物,再与丙烯酸羟乙酯反应后,制得具有六官能团的聚氨酯丙烯酸酯。由于在该分子结构中含有典型的星型空间结构,空间屏蔽作用大,因而酯基十分稳定,耐水性较好。双季丙烯酸酯在UV照射下交联固化速度较快,可形成一种耐磨擦、防刮伤、耐候、透明的涂层;同时,高官能度可以加快UV固化速度。此外,由于IPDI不含苯环,其合成的聚氨酯涂料在UV照射下,颜色不黄变,具有较好的耐候性,以及良好的力学性能。


3.2 活性稀释剂用量及配比对涂膜性能的影响

活性稀释剂是一种含有可聚合官能团的有机小分子,按每个分子所含可聚合官能团的多少,可分为单官能团活性稀释剂、双官能团活性稀释剂和多官能团活性稀释剂。活性稀释剂不仅能溶解和稀释低聚物,调节体系的粘度,还可参与光固化反应,从而影响涂膜性能。因此,选择合适的活性稀释剂是UV耐磨涂料配方设计的重要环节。活性稀释剂在涂膜中充当稀释剂、交联剂的作用,保

持活性稀释剂用量为体系的45%,活性稀释剂种类及用量对涂膜性能的影响如表4所示。

表4 活性稀释剂种类及用量对涂膜性能的影响

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由表4可知,两种活性稀释剂对涂膜耐磨性能的影响不同,当全部采用TPGDA作为活性稀释剂时,涂膜硬度较低,但耐磨性较好;当全部采用TMPTA为活性稀释剂时,双键密度较大,涂膜硬度较高,但固化收缩率较大,耐磨性反而比采用TPGDA时差。

分析其原因主要是由其分子结构引起的,图2、图3为TPGDA、TMPTA的分子结构图。由图可见,三官能团活性单体属于高反应活性、高交联密度的稀释剂,与树脂交联固化时固化速度快,导致涂层残留单体多,涂层收缩率增大,涂膜硬度提高,但脆性增大,附着力下降,涂膜受到磨损时会产生较大片状脱落,使耐磨性下降;双官能团活性单体交联固化时具有适宜的交联密度,虽然可提高附着力和耐磨性,但硬度较低,固化速度稍慢。将两种活性稀释剂复配使用,可发挥两者的协同效应,既可提高涂膜的硬度,又具有较高的固化速度,从而提高了附着力和耐磨性。由表4的数据可见,当TPGDA /TMPTA =5/5时,涂膜的综合性能最好。

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3.3 光引发剂种类及用量对涂膜性能的影响

光引发剂是UV固化体系的重要组分,是一类易吸收紫外光能量生成高效引发聚合反应活性中心的化合物,其作用是产生引发固化反应的活性基团,如活性自由基、活性阳离子,从而促使反应体系发生聚合。在本体系中,选择适当的光引发剂要考虑以下因素:

(1)涂膜固化后不能产生颜色变化,否则生产的窗膜会出现色差;(2)为提高生产效率,窗膜生产速度较快,一般为25m/min,因此要求引发剂引发效率较高;(3)要求单体全部固化,不能产生气味。基于以上要求,本体系选择了具有较高反应活性的α-羟烷基苯酮类光引发剂,其是目前开发及应用较为成功的一类商用光引发剂。α-羟烷基苯酮结构最为简单的是2-羟基-2-甲基-1-苯基丙酮,商品名称为1173,另一种为1-羟基环已基苯基 甲酮,商品名称为184。这两种引发剂是目前国内最常采用的光引发剂,且应用在丙烯酸酯体系中,光解时不会产生易导致黄变的取代苄基自由基结构,不会导致涂膜黄变。保持光引发剂用量为体系的4%,引发剂种类及用量对涂膜性能的影响如表5所示。

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由表可见,体系光引发剂用量为4%,184与1173复配使用,当比例在7/3时,涂膜性能最好。


4 结论

将六官能团聚氨酯丙烯酸酯应用于PET窗膜用的UV耐磨涂料,解决了UV耐磨涂料在柔性基材硬度和附着力难以同时满足要求的矛盾。较适宜的配方为PUA6161 50%,活性稀释剂TPGDA用量为体系的22.5%,活性稀释剂为体系的TMPTA用量22.5%,光引发剂用量为体系的4%,其中184/1173=7/3时,制得的涂膜硬度为5H,附着力达100%,产品经过磨损后,可见光透过率无损失,制得的PET涂膜具有高透明、高光泽的优点。


PET窗膜用高耐磨紫外光固化涂料的制备


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(1. 航天动力技术研究院经营发展部,西安 710025  2. 西安航天三沃化学有限公司,西安 710089)


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