表面涂料紫外光固化表面涂料紫外光固化陈乐洋
2022-07-29 18:12:57 战旗娱乐网
表面涂料紫外光固化,表面涂料紫外光固化
1.绪言UV作为一种新的加工技术在澳大利亚获得商业化已经有25年以上的时间了,而且现 在行情继续看好。该项技术正以每年接近10%的速度稳步发展,尤其 是在表面涂料和相关工业方面。本文有两个目的,第一,向有可能成为新的最终用户的成员介绍该技术,包括该技术的简要原理的初步介绍第二是向现行的最终用户介绍该技术的最新流行形势,特别是在澳大利亚的进展情况。因为这种进展是同海外类似技术的发展相联系的。在这第二部分中还将介绍在澳大利亚与该项技术有关的正在进行的基础研究的简要情况。澳大利亚把UV固化技术引用到社会许多重要应用领域特别是安全设施方面。例如澳大利亚的聚合物纸币(银行货币)是世界上唯一的流通货币,就是运用UV涂料和UV固化技术的研究成果。该工艺投入生产已经8年了,而且在反伪造问题上非常成功。它还是一项出口赚取外汇的技术,因为许多国家的流通币现在采用Australian Reserve Bank(澳大利亚贮备银行)的技术进行生产。2.光固化技术UV固化是通过一种单体/低聚物的混合物的快速聚合而获得一种也可交联的涂膜的一种技术。UV体系的这种快速聚合是用光引发剂和高性能的灯来实现的。UV固化技术所采用的树脂体系(表1)涉及到一种基本低聚物、实质上它是一种低分子量(约2500 )的预聚物，常用的有氨基甲酸酯丙烯酸酯，环氧丙烯酸酯,聚酯丙烯酸酯或聚醚丙烯酸酯，虽然像乙烯基醚那些不含丙烯酸酯的低聚物之类，也正被逐渐彩。低聚物的粘度较高,为便于施工和提高交联固化速度，需要加入单体作为活性稀释剂来调整树脂的流变性。活性稀释剂的结构对最终涂膜的性能如流动性，滑爽性，润湿性，溶胀性，收缩性，附着力以及涂膜内部的迁移性是有重要影响的。活性稀释剂可以是单官能度的，也可以是多官能度的，后者较好，因为它可以使固化时的交联度提高。对活性稀释剂的性能要求有、稀释能力、溶解性、气味、降低介质粘度的能力、挥发性、官能度、表面张力，聚合时的收缩性，均聚物的玻璃化温度(Tg)，对整个固化速度的影响力 和毒性。所采用的单体应该对皮肤刺激性并经Draize测定其值不超过3级的单体。用作活性稀释剂的典型单体是三丙二醇二丙烯醚酯品种(1)三丙二醇(1)二丙烯酰酯(TPGDA)表一-UV固化涂料的典型配方组分 %低聚物 40-50单体 40-50光引发剂/光敏剂 1-10表面活性剂,助剂 0.5-1.0颜料(如果需要,其用量控制在以得到满意的遮盖为准)在UV固化的化学机理方面快速聚合反应用实际上是在合适的光引发剂和/或光敏剂以及高性能的灯光条件下产生游离基反应而实现的。能产生游离基的和产生阳离子中间体的光引发剂都是可以使用的。但在现今工业上经常彩前一种(即能够产生游离基的光引发剂)。游离基的光生作用可以由两种方法获得。第一种方法是通过光激分子的裂解而产生一游离基对(方程式),这是一种分子内部的过程。方程式1中的样品是Ciba Geigy的Irgacure 651,化学名称是2,2-二甲氧基-2苯基苯乙酮。产生游离基的第二种方法是发生在激发的光敏剂和氢给予分子之间的夺氢反应。用于此法的典型体系是胺类和二苯甲酮的混合物，其中三乙胺、二苯甲酮是最经济实用的一种。胺二苯甲酮系统是非常经济和最常用的，其副作用如发黄不是问题。不足之处是该法所用的光引发剂是过量的，这是达到快速固化所需要的，在固化完成之牾没有反应的光引发剂就残留在固化膜中。在UV体系的引发技术方面，最近研究的是阳离子光引发剂的使用。三芳基硫盐是这类光引发剂的典型例子，如方程式2，3和4所示。在这个阳离子系统中，活化过程类似于游离基聚合过程，即：光吸收，增感作用，引发，传递和最后的链终止。阳离子体系的一个优点是反应不会受到氧的抑制，而传统的游离基引发剂却会受到氧的抑制作用。但是，阳离子引发剂却对亲核性的杂质诸如水很敏感，这类杂质会中和阳离子使链增长发生终上。阳离子引发剂在价格上相对较贵，因此目前也不常用。3.大力推行UV技术目前在涂料工业中尤其是在刻蚀艺术方面采用新技术的举正在增加。高质量的刻蚀艺术要求和健全起来的环保法规要求导致工业界支考查像UV这一类技术的广泛用途。涂料工业采用UV技术现已显示的主要影响是有利生态环境，因此这对环境态势已引起人们关心的当今世界是很重要的。如果同常规的溶剂型体系相比较，采用UV技术的一般优点列于表2中。从有益于环境角度考虑，UV涂料无挥发性是关键。在UV体系中，最终用户意识到可用单体代替溶剂来降低涂料的粘度。它们不会挥发污染工作环境并发生温室效应。表2所列的UV固化技术的优点是自使用该技术以来25年的经验总结。除了有利于环境保护以外，UV材料还具有快干性，对各种底材附着力好，而且在加工程度上很容易控制，其施工设备停歇通宵后第二天启动无需作准备。该技术的另一优点是废料少。在远离热源和UV光的适宜条件下涂料可长时间贮存，而且可以重复使用。与世界上其它国家相比，溶剂以及相关的温室效应的影响对于澳大亚来讲又特别重要，因此，采用UV技术在环境保护方面的优点成为其最重要的性能之一。最后，使用UV技术其它的优点包括：可以制得用其它技术不能获得的性能的产品；还因为其设备的紧凑性从而可以节省工厂的空间；还有加工方法的多样性及适应性好使有可能快速更换花色品种。表2-UV技术优于常规体系之处1.没有溶剂-温室效应2.有利于环境保护3.工作埸地无污染4.快速生产5.室温固化6.产品有独特性能7.节省能源8.易洗涤9.节约空间10.高光泽11.废料少12.方法多样性、适应性、产品更换快4.UV技术当前的局限性由于涂料的UV固化还是一种出现时间不长的技术，存在着有待解决的一系列问题，因此UV在涂料中的应用还能继续扩大。该技术的局限性列于表3中，最重要的问题之一是经济因素，即用于该技术的基本原料价格较高。这些原料包括低聚物和单体，它们比起相应的溶剂型涂料来要昂贵得多。然而，我们应记住，该项技术是采用100%固体物料的工艺，与其竞争对手溶剂型涂料相比，它可以因节省溶剂而得到补偿。采用UV固化的一个主要问题，也是目前正在逐渐解决的问题就是着色体系问题。用UV穿透颜料体系特别是白色颜料是有困难的，然而，最近的研究工作采用新型光引发剂以及设备设计上的改进已正在解决这个重要问题。因UV涂料是100%的固体，在某些埸合其施工也是较困难的，另外，要降低涂料的粘度以得到好的流变性也是困难的。为了克服这些特殊性的困难，正在开发新的技术，特别是在喷涂施工方面的技术。UV是一种视线性的固化技术，这限制了可以涂装与固化的底材类型。在某些施工中，由于快速固化导致涂层的快速收缩，使涂层对底材的附着力出现问题；于是，在固化时涂料与底材之间的协调性降低了，因而也降低了附着力。丙烯酸酯类低聚物和单体的毒性直到最近还是个问题，主要是对皮肤的刺激性。然而，我们凭着经验，已经将与该问题相关的某些单体和低聚物作出鉴别并使该问题基本上得到控制。最后，推广该项技术的主要限制因素之一是目前采用的UV固化的化学问题。这实质上是随着现在乙烯醚被越来越多的而产生的丙烯酸酯的化学问题。因而，为了能使该项技术推广到至今还没有获得满意效果的领域中去，一个范围很宽的化学领域是需要的。表3-用UV代替传统体系时的一般问题1.经济性-基本材料价格高2.着色系统的困难3.因100%固体份导致的施工困难4.视线性固化的问题5.附着力的问题,涂料与底材匹配问题6.需要广泛范围的化学7.毒性(对皮肤的刺激性)5、应用在这部分中除了介绍涂料，也介绍了油墨，因为对于许多应用，这两方面的研究是相联系的。许多最终用户在印刷之后以罩面漆来完成整个加工。UV应用的主要领域在澳大利亚的情况如表4所示，涂料用于刻蚀艺术工业有着最大的与最多样化的市埸。UV涂料最大的应用是包装纸及包装板材料在印刷之后的罩面清漆以及刻蚀工业方面。表4-澳大利亚UV应用的主要领域1.印刷品罩面清漆2.石印油墨3.丝网印刷油墨4.木器漆5.塑料品涂装与印刷6.现行银行纸币7.光导纤维然而，还有许多较小的适用市埸可用这种涂料，而且从理论上讲，任何底材都可能彩UV固化清漆涂装。从规模上，油墨构成第二大应用领域，特别是在石印及丝网印刷方面。在后面领域澳大利亚已有50%以上的生产线转到UV技术上。木材涂装国内也已积极采用该技术，这是一个有趣的复苏现象，特别是在地板和门的涂装方面，它仍然是该技术的主要应用领域。在第二大应用领域中，塑料涂料是其中的一个。在这一方面，银行纸币的生产有着特别重要的意义，因它涉及到聚丙烯底材用UV固化涂料。当银行纸币是纸质的时候，该纸币始产量为5.5亿张。然而，采用了UV聚合物体系，由于使用寿命延长了，纸币生产量下降到2亿张。在世界上，特别是在澳大利亚，这种银行纸币有着主要的意义，因此在本文中银行纸币将单独予以介绍。光导纤维方面也是使用该技术的主要领域之一，并继续在更多的设置于国内的光缆线上推广应用。UV技术应用的第二个常用范围是那些虽然不是很在但已经确立并具有最在发展潜力的领域。这一方面已到表5中，其中混合印刷体系是最有发展前途的，即该体系的印刷与涂装是在一条生产线上进行的。它得以发展的原因之一是设备的利用率高例如石印的双涂布机。用这种设备能完成的加工型式早几年前就已经知道，但那时这种设备却不能利用。选择这种技术的主要原因之一是经济方面，因为这可使比较有效的UV加工发挥最大的利用率。表5-具有很大发展潜力的UV应用领域1.联合实施印刷与涂装：传统法、水法、UV法2.金属装饰及涂装3.彩色纸涂料4.层压和粘合5.硅脱模剂6.胶印油墨7.电子产品 在石印中，现在采用的混合系统是这样的，首先是传统印刷，接着是用水性封闭剂，然后是一层UV面漆。在标牌<