UV固化丙烯酸粉末涂料的制备_2005

91120 84176
单组分光引发剂种类对涂膜性能的影响见表 2。
表 2 单组分光引发剂种类对涂膜性能的影响
光引发剂种类
性 能
Irgacure Irgacure Irgacure
651
2959
184
二苯 甲酮
光泽 硬度 流平性
9615 4H 较好
10211 5H 好
9014 4H 好
9117 3H 较好
cure2959的光固化性能最佳 。这是由于在紫外光作
用下 Igracure2959分解生成活泼的甲基自由基 ,甲基
自由基有较高的反应性 ,可高效地引发双键聚合 ;另
一个原因是 Igracure2959 的吸收波长与紫外光固化
仪的辐射波长匹配较好 。
选用 Irgacure2959单组分为光引发剂 ,当光引发
复合光引发剂体系与单组分光引发剂体系的不同 在于前者能拓宽吸收紫外波长的范围 ,以达到与辐射波 长的匹配 ,从而使体系固化更完全。本文研究了 4种体 系对固化程度和涂膜性能的影响 ,结果如表 4所示。
表 4 复合光引发剂体系对固化程度和涂膜性能的影响
体系组成
性 能
固化程度 / % 光泽 硬度 流平性
cure2959复合引发体系为较佳的选择 。
除了体系的组成影响其固化行为外 ,各组成的用
量也会对涂膜性能产生影响 。 Igracure2959 加 Igra2
cu re651 复合光引发剂各组分用量对固化程度和涂膜
性能 的 影 响 见 表 5。由 表 5 可 见 , Igracure2959 与
Igracure651两者比例为 1 ∶1 且总用量为 3%时体系
表 5 Igracure2959 + Igracure651用量对涂膜性能的影响
性 能
固化程度 / % 光泽 硬度 流平性 耐冲击性 / cm 附着力 /级 耐溶剂性
Igracure2959用量 + Igracure651 用量 (质量分数 ) / %
1 + 2 1 + 1 115 + 115 2 + 1 86158 92143 96157 85192
1 实验部分
1. 1 原 料 Irgacure2959、Irgacure651、Irgacure184: C iba Geigy
产品 ;二苯甲酮 、米氏酮 :化学纯 ,上海群力化工厂 ;液 体流平剂等其他助剂均为工业品 。感光性树脂为实 验室自制 ,由甲基丙烯酸与 GMA 类丙烯酸树脂 [ 3 ]反 应制得 [ 4 ] , 相对分子质量 3 000 ～4 000, 碘值 23 ～ 27 g /100 g树脂 ,软化点 9815 ℃。 1. 2 UV固化丙烯酸粉末涂料的制备与固化
流平温度 / ℃
120
130
光泽
10614
11310
硬度
5H
4H
流平性
较好
好
耐冲击性 / cm
<5
5
附着力 /级
3
2
耐溶剂性
好
好
Irgacure2959 + Irgacure651为 115% + 115%。
140 10917 4H 较好
5 3 好
从表 6可以看出当流平温度为 130 ℃时 ,涂膜的 流平性好 ,相应地由于充分流平 ,涂膜的光泽 、附着力 都比流平温度为 120 ℃和 140 ℃时得到的涂膜高 。 因此本体系最佳流平温度为 130 ℃。此外 ,实验表明 130 ℃下流平 10 m in后涂膜性能基本稳定 ,流平 10 m in即可 ,而在固化 30 s后延长光照时间对固化程度 和涂膜性能影响不大 。当涂膜在紫外光辐射固化后 , 实验发现 ,如果在高温下继续流平一段时间例如 10 m in,涂膜的流平性和光泽有所提高 。
25
韦丽玲 ,等 : UV固化丙烯酸粉末涂料的制备
cure2959的光固化程度最高 。
表 1 单组分光引发剂种类对固化程度的影响
光引发剂种类
固化程度 / %
空白样
0111
Igracu re651
90133
Igracu re2959
94158
Irgacu re184 二苯甲酮 光引发剂用量 215% (以树脂计 ) 。
关键词 : UV 固化 ;丙烯酸粉末涂料 ;光引发剂 ;清漆 ;涂膜性能 中图分类号 : TQ 63016 文献标识码 : A 文章编号 : 0253 - 4312 (2005) 07 - 0025 - 03
0 引 言
紫外光 (UV )固化粉末涂料是一项最新的粉末涂 料技术 ,在欧洲已处于市场开发的早期阶段 。它是一 项将传统粉末涂料和 UV 固化技术相结合的新技术 , 具有无 VOC排放 、节省能源 (耗能仅为热固化粉末涂 料的 1 /5～1 /10 ) 、固化速度快 ( 011 ～10 s) 、生产效 率高 、适合流水线生产 、适合涂覆热敏基材等优点 ,虽 然目前所有的 UV 涂料只占市场份额的 6% [ 1 ] ,但市 场发展潜力很大 [ 2 ] 。UV 固化粉末涂料由光固化树 脂 、光引发剂 、颜料 、填料 、助剂等组成 。光固化树脂 是 UV 固化粉末涂料的主要成膜物 ,是决定涂料性质 和涂膜性能的主要成分 。而光引发剂是成膜物的重 要组成部分 ,它使大分子交联固化 ,赋予其更好的力 学强度 。本文以自制的环氧型聚丙烯酸酯 - 甲基丙 烯酸酯树脂为光固化树脂 ,探讨单组分和双组分光引 发剂体系种类 、用量对固化程度和漆膜性能的影响 , 通过选择适当的固化工艺 ,制得了具有较佳综合性能 的 UV 固化丙烯酸粉末涂料 。
2 结果与讨论
2. 1 单组分光引发剂对涂膜性能的影响 光引发剂能够吸收紫外光辐射的能量 ,产生引发
聚合反应的活性中间体 ,它是紫外光固化体系中必不 可少的组分 ,对整个体系的固化速率起着关键作用 。 不同光引发剂的光引发效果不同 ,光引发剂种类对固 化程度与涂膜性能的影响见表 1。从表 1可以看出 , 当不使用光引发剂时 ,粉末清漆基本没有发生固化反 应 ,在所使用的几种光引发剂中 , Igracure2959、Igra2 cure651、Igracure184的光引发效果都较高 ,其中 Igra2
剂的用量改变时 ,粉末清漆的固化程度呈先升后降的
趋势 ,见表 3。
表 3 Irgacure2959用量对固化程度和涂膜性能的影响
性 能
固化程度 / % 光泽 硬度 流平性 耐冲击性 / cm 附着力 /级 耐溶剂性
1
50185 9814 3H 较好
<5 3 较好
ω/%
2
83115 10211 5H
10914 10815 11310 10615
4H
3H
好
好
5H
3H
好
较好
<5
<5
5
<5
3
2
2
2
好
好
好
好
2. 3 光固化工艺对涂膜性能的影响 与热固化粉末涂料一样 ,固化工艺对光固化粉末
涂料的涂膜性能有着重要的影响 。表 6 给出了不同 流平温度对涂膜性能的影响 。
表 6 流平温度对涂膜性能的影响
性 能
光泽 、硬度 、冲击性 、流平性分别按国家标准 GB / T 9754—1988、GB / T 6739—1996、GB / T 1731—1993、 GB1750—1979进行测试 。采用划格法测定涂膜附着 力 。耐溶剂性以丙酮浸泡 24 h进行测试 。
固化程度采用溶剂提取法测定。取约 500 mg涂 膜 (mo ) ,用 4～6层擦镜纸包裹 ,在索氏提取器中用甲 苯提取 24 h,随后置于红外灯下干燥至恒质量 ,称质量 (m ) ,按如下式计算 :固化程度 =m /mo ×100% [5 ] 。
Igracure 651 + Igracure 2959 96157 11310
4H 好
Igracu re 651 + Igracu re
184 93124 9515
3H 较好
Irgacure 184 + Igracure 2959 92173 10219
4H 好
二苯甲 酮+ Irgacu re 2959 72133 9117
好 5 2 好
3
92138 10017 5H 好
5 2 好
4
77103 9918 4H 好
<5 3 好
从表 3可以看到 ,当光引发剂的浓度较低时 ,涂
膜的固化程度也较低 ,这可能是由于在低浓度下 ,光 引发剂产生的自由基少 ,主要被 O2所消耗 ,而难于引 发双键加成 ;随着光引发剂用量的增加 ,粉末清漆的 固化程度逐渐提高 。但当光引发剂浓度超过一个临 界值之后 ,提高光引发剂的浓度反而会使固化程度降 低 ,较合适的引发剂用量在 3%左右 。
将光引发剂 、液体流平剂 、其他助剂加入溶有感
光性树脂的反应瓶中 ,升温搅拌使其充分混合 ,而后 在高真空下脱除低沸点溶剂 ,待冷却后将其粉碎 , 180 目过筛 ,即得到符合要求的 UV 固化丙烯酸粉末涂 料 。同时 ,取马口铁板除锈去油 ,用粉末喷涂试验机 (HV8080H 型 ,北京盛域王静电设备有限公司 )将粉 末喷涂 于 其 上 , 将 马 口 铁 板 置 于 烘 箱 中 在 120 ～ 140 ℃下 流 平 10 m in, 然 后 在 紫 外 光 固 化 机 ( GY1UV500W / II( S) ,保定特种光源电器厂 )上辐照 30 s使涂膜固化 。 1. 3 涂膜性能测试
耐冲击性 / cm
<5
<5
<5
<5
附着力 /级
2
2
3
4
耐溶剂性
好
好
好
好
光引发剂用量 215%。
由表 2可见 , Irgacure2959单组分作光引发剂时 ,
得到的涂膜光泽 、硬度 、流平性 、耐冲击性 、附着力等
性能都优于 Irgacure651、Irgacure184、二苯甲酮光引
发剂 , 这 说 明 几 种 光 引 发 剂 在 单 独 使 用 时 , Irga2
表 3 亦给出了 Irgacure2959 用量改变时涂膜性 能的变化情况 。从表中可以看出 ,随光引发剂用量的 增加 ,涂膜光泽 、流平性等提高 ,进一步增加时光泽 、 附着力有所降低 ,当光引发剂用量为 2% ～3%时涂 膜具有较好的整体综合性能 。由此可见 ,提高引发剂 用量可改善涂膜性能 ,但太高的引发剂浓度会因其自 身及分解产物在固化涂层中的存留而损伤涂膜性能 。 因此 ,综合固化程度与涂膜性能的影响 ,单组分光引 发剂选用 Irgacure2959,其用量为 3%较适宜 。 2. 2 复合光引发剂体系对涂膜性能的影响
3H 较好
耐冲击性 / cm
5
5
5
<5
附着力 /级
2
2
3
4
耐溶剂性
好
好
好
好
各光引发剂组分用量都为 115%。
从表 4可以看出 , Igracure651 加 Igracure2959 体
系的固化程度要比其他光引发剂复合体系的高 ,涂膜
性能也呈现出相同的规律 ,因此 Igracure651 加 Igra2
第 35卷第 7期 2005年 7月
涂料工业 PA INT & COATINGS INDUSTRY
Vol. 35 No. 7 Jul. 2005
UV 固化丙烯酸粉末涂料的制备
百度文库
韦丽玲 ,鲁建民 ,刘亚康 ,王 猛 (北京化工大学材料科学与工程学院 , 100029)
摘 要 :以环氧型聚丙烯酸酯 - 甲基丙烯酸酯树脂为光固化树脂 , Irgacure2959、Irgacure651、Irgacure184等为光引 发剂制得了 UV固化丙烯酸粉末清漆 ,研究了单组分和双组分光引发剂种类及用量对固化程度和漆膜性能的影响 ,探 讨了固化工艺 。结果表明 ,采用 3%的 Irgacure2959单组分光引发剂或 115% Irgacure2959和 115% Irgacure651复合光 引发剂体系 , 130 ℃下流平 10 m in,固化 30 s,所得涂膜具有较佳的综合性能 。
固化程度最高 ,所得涂膜综合性能最佳 ,任一组分比
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韦丽玲 ,等 : UV固化丙烯酸粉末涂料的制备
例的降低都会使固化程度和涂膜性能降低 ,这说明在 Igracure2959与 Igracure651 两种光引发剂间可能存 在某种协同作用 ,当光引发剂在光照下产生自由基 后 ,一种光引发剂产生的自由基成为了另一种光引发 剂光活化剂 ,防止其发生初级自由基聚合 ,使产生自 由基的效率提高 ,从而提高了引发效率和固化程度 , 改善了涂膜性能 。因此 Igracure651 + Igracure2959复 合引发体系用量以 115% + 115%较为合适 。
3 结 语
对环氧型聚丙烯酸酯 - 甲基丙烯酸酯光固化体 系 ,采用 3%的 Irgacure2959单组分光引发剂或 115% Irgacure2959 + 115% Irgacure651 复合光引发剂体系 , 130 ℃流平 10 m in,固化 30 s,所得涂膜除耐冲击性 较差外 ,其他性能较佳 。