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4个方法告诉你如何优化水性UV涂料

导读:
据统计,我国涂料企业每年向大气中排放约200万t的有机物,这对环境产生了恶劣破坏。因此,作为当前公认的环保漆——水性UV涂料,成熟应用UV固化技术是这一领域里保持较快增长速度的环保技术之一。

水性UV涂料的优点有较好施工性、高光泽、干燥速度快、低污染、墨层丰满平整、美观、流平性佳、附着力优良、柔韧性好、低微气味、表面耐抗性好、耐划伤、抗化学性好、耐黄变性能佳、耐磨擦等特性。适用于纸品类之表面上光。

水性UV涂料主要是由预聚物(水基光固化树脂)、光引发剂、颜料、水、助溶剂和其他添加剂等配制而成。其干燥固化结合了水性涂料渗透蒸发和UV光固化两种干燥固化过程,即水和助溶剂的预挥发干燥和紫外光辐射固化。

4个方法告诉你如何优化水性UV涂料

预挥发干燥

预干燥是将水和助溶剂等非固化可挥发成分移出膜体系的过程,且必不可少。在水性UV涂料制造过程中,水激光固化树脂通过添加一种碱(往往是有机胺)或者酸使其变成羧酸盐或铵盐才能溶于水。

光固化成交联膜

水性UV固化材料的固化是指在紫外光的照射下,预聚物发生自由基聚合、交联反应,在很短的时间内固化成三维的网状高分子聚合物,液态的组分转变为固体聚合物,成为硬化膜。

在水性UV涂料干燥固化过程中常常要关注影响其过程的主要因素,包括树脂、颜料、光引发剂、预干燥。接下来,本文将根据这四个因素来为读者展开简要讲述,希翼帮助认识、改善水性UV固化技术的应用效果。

4个方法告诉你如何优化水性UV涂料

树脂

水性UV固化树脂就是将现有UV树脂中加入可乳化基团。树脂主体可以是聚酯、聚氨酯、环氧树脂、聚丙烯酸酯等类型。

影响固化速度和交联密度的决定因素有双键类型及其含量,另外树脂主链的结构也起着关键作用。

1、双键类型

各种双键官能团的反应活性一般按以下顺序升高:乙烯基醚<烯丙基<甲基丙烯酰基<丙烯酰基。因此一般以引入丙烯酰基为主,使树脂具有较快的固化速度。

2、树脂主链的结构

可乳化单体,如乙氧基化(15)三羟甲基丙烷三丙烯酸酯(15EO—TMPTA)具有良好的水油平衡性能,能有效提高水性UV配方的稳定性,提高固化速度和成膜交联密度,是较好的交联剂组分。

4个方法告诉你如何优化水性UV涂料

颜料

在有色配方中,影响自由基引发速度和交联固化速度的因素有光引发剂、颜料种类、颜料用量、颜料的型号。

1、光引发剂

在有色配方中,颜料与光引发剂竞争吸取紫外光,这将会影响光引发剂对于光的利用率,并进而影响能够生成的自由基的浓度。

2、颜料种类

不同颜料对不同波长的光线有不同的吸取率和透过率,颜料的吸取率越小,光透过率越大,对光能的损失越少。

炭黑的紫外线吸取能力较高,固化得最慢,白色颜料反光性强,也妨碍了固化。一般而言,对紫外光的吸取顺序为:黑色>紫色>蓝色>青色>绿色>黄色>红色。

3、颜料用量

当颜料用量过大时,漆膜深层得到的光能量较少,固化受到影响。

4、颜料的型号

选择颜料的型号和相应的润湿分散剂是配制水性UV涂料的关键点之一,且颜料在水性体系中的润湿分散性不同于油性体系。

光引发剂

光引发剂的作用是在其吸取紫外光能后处于激发态,不稳定的激发态产生自由基,从而引发不饱和C=C键聚合,使体系交联固化成一整体。

影响漆膜固化速率的因素有光引发剂的吸取波长、光引发剂的含量、光引发剂配合物。

1、光引发剂的种类

根据光源发射的主波长和涂料配方的最大透过的波长窗口区,选择有效吸光波长符合范围的光引发剂,将会产生最有效的能量利用效率和最佳固化速率。

具有不同的吸取波长的光引发剂,他们的配合使用可以充分吸取汞灯发射的各种波长的紫外线,提高紫外光辐射能量的利用率,提高漆膜的固化速率。

2、光引发剂的含量

(1)含量过低:不利于同颜料的吸取竞争甚至不能足够克服氧阻聚效应,同时也会出现漆膜发粘;

(2)含量过高:光引发剂自身产生光过滤作用,光线不能顺利地进入涂层内部,不利于深层固化。

3、光引发剂配合物

在光引发剂分子中加入水溶性聚醚基团、水溶性阳离子、阴离子端能提高光引发剂在配方中的相容性。此外,将光引发剂连接到树脂侧链也是改善光引发剂使用效果的优选方式。

4个方法告诉你如何优化水性UV涂料

预干燥

光固化前的预干燥程度对固化膜性能的影响很大,干燥不完全时,减缓光固化速度,因为只能使膜表面迅速固化,即只是表干,而不能达到实干,这就使固化膜难以成为均匀、连续相,表现为发白不透明。

水的存在,使膜温度较低,不利于提高凝胶转化率,膜附着性不好。所以配方水含量的控制不仅是配方稳定性的要求,还要考虑烘干效率。

材料到配方和应用研究,欧洲时常走在前列,随着用户对环保的要求越来越高,水性UV涂料必定是一大热点,相关技术研究与工艺开发也有待提高。

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