耐黄变型UV塑料面漆

耐黄变型UV 塑料面漆

陈顺凉1 ,黄瑞村2 ,薛永富2
(1. 台湾长兴化学公司路竹厂SC 技术部;2. 长兴化学(中国) 有限公司UV 应用实验室,昆山,215314)

0  引 言
塑料在日常生活和工业领域得到广泛应用。例如,各种不同塑料(ABS、PC 和PA 等) 大量应用于摩托车和汽车部件,家电产品也大量使用了塑料产品。然而,绝大多数的塑料硬度较低,易磨损和擦伤,耐污性较差,易产生静电吸尘。为了充分发挥塑料的功能,有必要对塑料表面进行适当的涂装。UV 固化技术以其快速低温固化、低污染等优点在塑料涂装中发挥越来越重要的作用[1 ,2 ] 。
UV 固化技术在塑料表面的应用往往涉及到耐黄变的要求。常用的表干型光引发剂(如二苯甲酮) 和助引发剂[3 ]因为容易产生黄变,必须尽量少用或避免使用。光固化的树脂和单体的选择也很重要,对涂膜的耐黄变性能也会产生不同程度的影响。本文综合考虑了上述各种影响因素,设计了几个常见的塑料耐黄变型UV 罩光面漆的配方。

1  实验部分
1. 1  原料
1. 1. 1  低聚物
低聚物的类别列于表1。

1. 1. 2  单体
EM210∶PHEA ,2 – 苯氧基乙基丙烯酸酯;
EM211∶EOEOEA ,乙氧基乙氧基乙基丙烯酸酯;
EM221∶HDDA ,1 ,6 – 己二醇二丙烯酸酯;
EM223∶TPGDA ,三丙二醇二丙烯酸酯;
EM231∶TMPTA ,三羟甲基丙烷三丙烯酸酯;
EM235∶PET3A ,季戊四醇三丙烯酸酯;
EM265∶DPET5A ,二季戊四醇五丙烯酸酯。

1. 2  固化条件
在UV 曝光机上进行漆膜固化,采用1 只中压汞灯(120 W/ cm) 强光照射。固化过程没有氮气保护。

1. 3  测试方法
(1) 黏度:涂料在25 ℃保温,用涂- 4 杯测量。
(2) 固化速率:固化速率用临界固化速率表示,临界固化速率定义为:使漆膜表面达到完全固化时传送带的最大允许速度。涂膜厚度为25μm。
(3) 光泽:将配好的涂料用25μm 涂膜棒涂于基材上,在1 支UV 强灯照射下完全固化。用光泽计测定60°时的光泽,取平均值。
(4) 硬度:将配好的涂料用25μm 涂膜棒涂在经打磨过的铁板上,待完全固化后用标准铅笔测试硬度。
(5) 柔韧性实验:将配好的涂料用25μm 涂膜棒涂于基材上,在1 支UV 强灯照射下完全固化。测试涂膜在弯曲后不断裂的最小弯曲直径。
(6) 耐冲击性实验:用25μm涂膜棒将涂料涂于经表面处理的马口铁上,在25 ℃下消除应力24 h 后,用落球式涂膜冲击试验器测试漆膜的耐冲击性能。
(7) 耐溶剂实验:用棉花棒蘸甲乙酮溶剂,在已固化好的涂膜上来回擦拭,记录涂膜表面出现失光时的次数。
(8) 耐黄变性:方法一,将不同配方的涂料涂在白色瓷砖上,在同样的固化条件下完全固化,放置在阳光下照射1 周后,比较涂膜的黄变程度,涂膜厚度50μm;方法二,将不同配方的涂料涂在金属铝板上,在同样的固化条件下完全固化,进行QUV 实验照射一段时间后,比较涂膜的黄变程度,涂膜厚度50μm。

2  结果与讨论
2. 1  不同低聚物的性能比较
2. 1. 1  不同低聚物的固化速度
实验配方如表2。

 通过表2 的实验配方比较不同低聚物的固化速度,实验结果如图1 所示。表明具有六官能基的聚氨酯丙烯酸酯低聚物6145 – 100、6146 – 100、6151 和6161 具有很高的反应速度,达到了环氧丙烯酸低聚物(如621A – 80) 快速反应的特点。6130B – 80、6315和6132 也具有较高的反应速度。而一般的双官能基的聚氨酯丙烯酸低聚物的反应速率较慢。

2. 1. 2  不同低聚物的耐候性
按照表2 所示配方比较不同低聚物的耐候性差异,将不同配方的涂料涂在金属铝板上,涂膜厚度50μm ,分别在稍低于各自临界固化速率的条件下使漆膜完全固化。测试各漆膜的L 、a 、b 值。然后进行QUV 实验,照射100 h 后,分别比较不同涂膜的黄变程度( △b 值) ,实验结果如图2 所示。结果表明:一般的双酚A 环氧丙烯酸低聚物在UV 固化后的初期,颜色比较浅,但是经过长时间的紫外线照射后,有明显的变黄现象。因此对于那些对黄变有很高要求的场合,应尽量少用或避免使用双酚A 环氧丙烯酸低聚物。芳香族聚氨酯丙烯酸低聚物由于其芳香族结构,也是较容易引起黄变的。采用脂肪族聚氨酯丙烯酸低聚物6145 – 100、6151、6161、611B – 85、6130B -80、6131、6132、6142H – 80、6143B – 80、6147B – 80、6148J – 75 则具有优越的耐黄变性质。

2. 1. 3  不同低聚物的力学性能
漆膜的硬度是涂料的一个重要性能,反映涂料对基材保护、抵抗坚硬物质破坏的重要性质。通过表2的实验配方比较不同低聚物对涂膜硬度的影响。用25μm 涂膜棒涂在铁板上,待完全固化后用标准铅笔测试硬度。实验结果表明六官能基的低聚物6145 -100、6146 – 100、6151、6161 能够达到非常高的表面硬度,三官能基的6130B – 80 和高玻璃化温度的6132也具有很高的表面硬度。6142H – 80、6143A – 80、6121F – 80 因官能基较低、分子较柔软,使得漆膜的表面硬度较低。
漆膜的柔韧性能和耐冲击性能则反映涂料柔软度和抵抗冲击破坏的能力,表3 配方比较了不同低聚物对涂膜柔韧性和耐冲击性能的影响。

实验结果表明611B – 85、6121F – 80、6130B – 80、6131、6142H – 80、6143B – 80、6147B – 80、6148J – 75 具有良好的柔韧性和耐冲击性能;特别是6148J – 75 具有非常优秀的柔韧性和耐冲击性能,在柔软基材的应用上具有很大的优势。

3  耐黄变UV面漆在不同塑料基材上的应用
3. 1  PC 塑料UV固化涂层
聚碳酸酯是一种综合性能优越的工程塑料,在很多高档的制品上均有应用。但是,聚碳酸酯本身硬度较低,容易产生刮擦损伤,例如在CD、DVD 盘片上的刮痕会使数据失真甚至无法读取;此外聚碳酸酯是一种极性高分子材料,耐溶剂性能较差,例如乙酸乙酯、丙酮等溶剂会导致PC 塑料表面破坏,通过UV 硬化涂层可以完全解决上述两个缺点。例如,对汽车前灯灯罩的PC 塑料进行UV 硬化处理是最成功的商业应用之一。
汽车前灯灯罩的PC 塑料UV 硬化涂层要求具有很高的硬度、优良的耐刮伤性能、优良的耐高温和耐低温性能、良好的耐候性等物理性能,尤其对透光性有很高的要求。采用非黄变型的聚氨酯丙烯酸低聚物与不同的单体搭配(如表4 所示) 设计配方,实验结果如表5 所示。

 注:溶剂———甲苯/ 乙酸乙酯/ 异丙醇= 1/ 1/ 1 ;溶剂与UV 有效成分按质量比1∶1 混合,达到合适的喷涂黏度。

 * :80 ℃,6 h ; – 20 ℃,6 h ;3 个循环。
3. 2  摩托车UV罩光涂料
摩托车、电动自行车和家电产品上大量使用ABS或PC 的塑料件。这些塑料件喷涂上一层底色漆,产生华丽的质感,但往往达不到理想的硬度和丰满度,耐溶剂和耐磨性能也不理想。涂覆UV 罩光涂料,可明显地改善涂膜性能。采用非黄变型的聚氨酯丙烯酸低聚物与不同的单体搭配(如表6 和表7 所示) 设计配方,达到理想的耐黄变性能。在丙烯酸和PU 双组分的铝粉底漆上喷涂UV 罩光涂料,测试结果如表8 所示。

溶剂与UV 有效成分按质量比1∶1 混合,达到合适的喷涂黏度。

3. 3  PVC 塑料地砖UV涂料
PVC 塑料地砖具有防水、防滑、阻燃、耐酸碱、质轻、无污染、铺设简单等优点,但是也有不耐磨、易脏的缺点,通过PVC 塑料地砖表面上UV 涂层可以大大改善其缺点提高其品质。由于PVC 塑料地砖的印刷图案往往颜色较浅,因此对涂层的耐黄变性能要求较高,考虑到地面材料要求耐磨的特点,配方设计一般采用非黄变的脂肪族聚氨酯丙烯酸低聚物作为主体树脂。611B – 85 是一种强度、柔韧性和耐磨性等综合性能优越的树脂,以其作为主体树脂,同时配合使用对PVC 附着较有帮助的EM221 ,以及适当的多官能单体EM231 来提高耐刮擦性能。配方如表9 ,各项性能测试如表10 所示。

 注:500 g 负荷,1 000 次。
3. 4  PVC 扣板UV涂料( 喷涂)
传统的PVC 扣板涂料采用辊涂操作,涂料的流平性和光泽度较差,而喷涂操作可以达到更高的光泽和美观。但是通过喷涂的PVC 扣板UV 涂层漆膜较厚,对漆膜耐黄变性能的要求比辊涂操作的PVC 扣板UV 涂料更为严苛。6130B – 80 以其快速反应、耐黄变性优良和柔软性较好的特点,尤其适合应用于PVC 扣板的UV 喷涂涂料。按照表11 设计配方,加入适当环氧丙烯酸低聚物621A – 80 可以降低配方成本,但是耐黄变性能也随之下降。结果如表12 所示。

4  结 论
(1) 比较不同类型的低聚物的耐黄变性质,表明脂肪族聚氨酯丙烯酸低聚物的耐黄变性能最优;芳香族聚氨酯丙烯酸低聚物的耐黄变性能一般;而双酚A的环氧丙烯酸低聚物的耐黄变性能较差。
(2) 六官能团脂肪族聚氨酯丙烯酸酯低聚物6145 – 100、6151 和6161 反应速度非常快,且耐黄变性能较优。特别适合应用于要求高硬度、高耐磨和耐刮的场合。
(3) 6130B – 80 是有3 个官能基的脂肪族聚氨酯丙烯酸酯低聚物,具有反应速度快,优越的耐黄变性能,柔韧性和硬度适当等特点,特别适于各种耐黄变UV 塑料面漆的应用。
(4) 6132 也具有较高的反应速度和优良的耐黄变性能,而且玻璃化温度很高,可以获得较高的硬度和优良的丰满度。
(5) 6145 – 100、6151 等多官能基的低聚物应用于PC 硬化涂层可以得到较好的耐刮擦性能。

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