UV涂料立足现状展望未来

UV涂料立足现状展望未来

能想像一个行业已经保持连续35年的增长吗?只有一些少数行业能做到，屈指可数。根据以往的RadTechInternational的统计数据，北美市场上UV/EB产品增长每年都超过了7%。

推动这种增长的动力不仅仅是由于“绿色”技术和生产效率提高的要求，而且是由于原材料供应商已能提供更多新型原材料。这些新型材料使配方设计者制备出的UV涂料，物理性能提高并得到更好的产品性能，从而进一步拓宽了使用范围。

两个因素是推动UV固化涂料增长的主要动力。

·环境 - 由于固含量最高可达100%，UV涂料可以减少或消除VOCs和HAPs。

·全球化 - 全球化生产的特点要求缩短固化时间、可自动操作、缩短订货到交货时间、减少废料、废弃物及其再利用和实现即时供货。

这些因素结合起来为这一行业创造了更多的机会。现在已经是展望前景和充分利用这一机遇的大好时机了。

涂料组成

涂料通常是液体，含树脂(或聚合物)、溶剂(或水)、助剂和可添加的颜料。为简化起见，比较分析时不列入粉末涂料和电泳涂料。

树脂

树脂可以看做是“成膜物”，将各种成分结合成连续的体系，干燥后形成涂膜。对较高相对分子质量的合成树脂一般更多的以聚合物表示。聚合物通常是高黏稠的，要加入溶剂(或水)，使其可以与其他成分混合并使涂料具有可喷涂性。

术语“基料”有时可以和树脂替换使用，但准确的说，基料是指涂料中液体介质中的不挥发部分。它将颜料粒子和其他助剂结合起来，使涂膜作为一个整体材料加以应用。

基料提供了：

·对底材的附着力;

·包裹住颜料并使其相互分离，防止团簇;

·流动性，形成平整光滑、均匀的涂膜，使涂膜具有如光泽在内的最佳性能;

·物理和化学性能如硬度、柔韧性、耐久性、重涂性、耐磨性和耐冲击性、耐水、UV、耐化学和防腐性等。

溶剂/水

液态的溶剂或水使基料的黏度降至可施工程度，然后其挥发形成涂膜。溶剂测量值即VOCs，要受EPA控制。一些溶剂如丙酮不属于EPA控制范围，在美国大多数州不作为VOC,允许排放。

颜料

颜料是固体粒子,提供颜色和光泽控制,不溶于基料中。常用颜料的包括：无机颜料、有机颜料和金属颜料。

助剂

涂料配方中含有化学助剂，提供独特的性能并起改进涂料性能作用。常用的助剂包括催化剂、防粘连剂、消泡剂、流动控制剂、光泽改进剂(提高或降低)、贮存稳定剂、UV屏蔽剂、分散剂和防锈剂等。

热固化与辐射固化

UV固化涂料配方中，可以将树脂、溶剂和催化剂用齐聚物、单体和光引发剂取代。

齐聚物提供涂料以粘连性、颜料包裹、流动和物理性能。和溶剂一样，单体也降低黏度，但也提供一些其他与齐聚物相似的性能，即柔韧性和交联。

大多数情况下添加单体可以将黏度降至一定程度，可以适用于辊涂或旋转雾化喷涂等高效涂装方法。为了更便于施工或更好的流动性，UV涂料配制时可以加入溶剂或水，使固含量低于100%。从而可以使用传统方法或HVLP喷枪涂装。

光引发剂作为催化剂引发化学反应。在这种自由基反应过程中，单体和齐聚物转变成聚合物，发生交联。

固化

UV固化涂料和溶剂型/水性涂料主要不同之处是它们用不同类型的聚合物和不同的固

化方式。溶剂或水性聚合物的不同在于它们的成膜方式。

·挥发性漆 - 是一种基于溶于有机溶剂中的合成热塑性成膜聚合物，通过溶剂的挥发形成涂膜。

·自氧化 - 聚合物含碳碳双键，可以将氧分子引入双键中形成交联的涂膜。醇酸是这种反应类型的典型品种。

·化学交联 - 这种情况下，体系含一种以上的聚合物。一种是骨架聚合物如醇酸或丙烯酸，另一种是交联树脂，如三聚氰胺。加热和加入催化剂(自催化或外加催化剂)可以促使反应，导致骨架聚合物和交联剂反应，交联形成涂膜。

·乳胶型成膜物 - 与挥发性漆类似，这类涂料是通过水(及可能存在的成膜助剂)的挥发，使聚合物粒子聚集形成涂膜。乳液通常是丙烯酸，但也可使用聚酯、聚氨酯、醇酸和环氧。

所有这些聚合物及其固化方法在有一点是相同的，通过固化，溶剂或水挥发，树脂、添加剂和颜料保留，涂层固含量可认为是100%。这一过程阐述如图1所示1。

相比之下，UV固化涂料采用了不同的形成固化涂膜的方式。暴露于紫外光下时，在数秒内自由基固化成膜物交联成膜。这些组合物通常是100%固含量，但也可加有5-50%的溶剂或水(如图2所示)。

辐射固化

辐射固化涂料含各种促进剂或催化剂，通常条件下不引发反应，但暴露于UV光下会引发反应。吸收UV光线后会在数秒内在化学基团中触发自由基反应形成交联(固化)。

具体而言，这种化学过程(链反应)是由单体和齐聚物形成聚合物。UV固化可以具有UV 光线的密闭小室中进行。必须采用密闭小室，因为氧的存在会抑制自由基引发体系固化。氧

必须用氮或其他惰性气体替换。由于密闭小室的代价较高，常采用特定的配方来克服固化过程中氧的影响。现在，UV体系已很少必须使用密闭小室。

关于涂层的收缩，热固性涂料是以聚氨酯和/或三聚氰胺树脂交联，它们共反应只产生约1%的收缩。相比之下，UV涂料中自由基聚合反应产生约20%的收缩。在配方设计时，必须考虑对收缩加以补偿。

UV涂料中，促进剂或催化剂称为光引发剂。为使固化进行完全，UV光必须能活化或“看见”所有光引发剂。结果，这导致UV涂料干膜厚度会受限制(约1密耳)，特别是含有颜料时，它们可以影响UV固化。颜料分子会吸收和反射或屏蔽UV光，使其不能与一部分光引剂接触。

如预料的，因为其吸收光波的特性，黑色及深色涂料最难固化。较浅、较亮的颜料，通常更易固化。

UV光能量的下降与光源与受光表面之间的距离的平方成反比。从而，UV光源应该尽可能与涂装件保持较近的距离。由于这一原因，UV固化在平整表面上更易进行。但是，使用高度抛光的抛光面反射器，通过光源的合理放置和/或底材(物件)的旋转可以使特定的三维物件成功地进行UV涂装，如自行车架和手工工具。

UV固化在数秒中进行，形成致密的涂膜。快速固化还减少了在表面上沾附外来粒子，并可以尽可能减少对底材的加热，这对热敏性底材非常有利。

能量源

波长

用于固化的UV光波长范围240-450 nm。在这段波长范围内需要使用光引发剂来引发聚合。通常可以利用三种不同的光源得到三种不同的波长范围。240-320nm(UVB和UVC)是由“H”灯得到，这是一种汞(Hg)掺杂灯，其释放出的波长较短，主要促使表面固化。这些灯通常用于不含颜料的透明UV涂料。

320-400 nm (UVA)是使用“D”灯得到。这是一种铁(Fe)掺杂灯，其释放中等波长光。400-450 nm是由“V”灯得到，这是一种镓(Ga)掺杂灯，其释放出更长的波长，可以渗透到涂膜表面以下，直至底材。可提供了优异的附着力，要对含有颜料的涂料的完全固化时必须使用。

UV灯

UV灯是可控的发射装置，其产生电磁能量，释放出红外和可见光以及紫外线辐射。UV 灯的主要类型有(a)电极(中压汞弧灯)和(b) 非电极(微波能量)。其他适用的UV灯包括低压汞弧灯(荧光)和高压氙弧灯(双电极型)和激光器，它是非电极型。

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