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紫外光固化水性涂料發(fā)展展望
來源:
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作者:pmt6ea66a
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發(fā)布時間: 2019-03-16
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如前所述，成膜機(jī)理的研究對于水性紫外光固化涂料至關(guān)重要，只有弄清楚整個的固化成膜過程
1 紫外光固化水性涂料成膜機(jī)理的研究
如前所述，成膜機(jī)理的研究對于水性紫外光固化涂料至關(guān)重要，只有弄清楚整個的固化成膜過程，才能在成膜主體樹脂，引發(fā)荊，乳化劑等等方面的選擇與合成，找到理論依據(jù)。
SweeYongchee等用DSC和FTIR法研究了紫外光固化乳膠的干膜。證明紫外光固化水性乳膠在真空干燥表干后，雖然光引發(fā)劑被固定在膜中，但是在UV照射時，仍然發(fā)生了交聯(lián)反應(yīng)TomScherzer等用近紅外反射光譜法檢測雙鍵的轉(zhuǎn)化率在線監(jiān)控丙烯酸酯涂層紫外光固化過程及其質(zhì)量。如果可以用小功率的紫外燈，放慢固化成膜過程，然后用一種組合的分析儀器(例如，UV固化機(jī)和原子力顯微鏡相結(jié)合)攝下整個固化成膜的微觀過程，研究起來則更方便。
2 開發(fā)不需要預(yù)加熱，直接用紫外光固化的水性涂料
水性紫外光固化涂料在紫外光固化前，一般需要進(jìn)烘烤，加速水分蒸發(fā)，即使是紫外光固化電泳涂料，也需要一個“閃蒸”的過程，以除去多余水分。這使水性涂料的整個固化過程冗長，能耗增大。另外，紫外光固化水性涂料經(jīng)過紅外干燥后，光引發(fā)劑已經(jīng)被固定在涂膜中，這時經(jīng)過紫外光照射，近一步反應(yīng)交聯(lián)，會產(chǎn)生內(nèi)應(yīng)力，使涂膜性能變壞。黃興耀等洲采用先光固化，再熱固化的方法，使應(yīng)力消散，制得熱穩(wěn)定性相對較高涂層。然而，涂層本身是熱的不良導(dǎo)體，聚合反應(yīng)所放出的熱量會使其溫度升高，而且一般所用的紫外光源都有相當(dāng)大量的紅外輻射，完全可以利用這些熱能使水分蒸發(fā)和反應(yīng)固化同時進(jìn)行．這有兩種方法，一是提高固含量，減少初期水分蒸發(fā)的時問。艾照全等合成了固含72%的高固含低粘度的(PMMA/BA/AA)膠乳，相當(dāng)于直接進(jìn)入了成膜的中期。二是引入超支化聚合物(Hyperbranchedpolymer)，使反應(yīng)更加迅速，縮短固化成膜時間。而且超支化聚合物有破乳作用，破乳后水分和乳化劑會浮到樹脂的表面，相當(dāng)于加快了水分的蒸發(fā)。AnilaAsif等將水溶性的多官能團(tuán)的超枝狀聚酯引入了聚氨酯丙烯酸酯乳化聚合物中，使樹脂粘度降低，固化速率提高。對于形狀復(fù)雜的工件，在紫外光直射不到的地方很難固化，目前研究的可雙重固化紫外光固化水性涂料，由于樹脂中需要同時加入兩種引發(fā)劑(例如光引發(fā)劑和熱引發(fā)劑)，使涂料配方的研制過于復(fù)雜。對于分子量超百萬的乳膠，可以自然干燥或者加熱固化成膜，相當(dāng)于可以雙重固化。
3 合成含有多官能團(tuán)的高分子預(yù)聚體
傳統(tǒng)的無溶劑型光固化涂料難于兼具高硬度和高柔韌性，與此相反，紫外光固化水性涂料可以使用高分子的水性分散體系，其粘度與高分子的相對分子質(zhì)量無關(guān)，從根本上解決了光固化涂料高硬度與高柔韌性的矛盾。交聯(lián)型乳液比不帶官能團(tuán)的乳液在耐水。性、耐堿性、耐沸水性、耐濕性等方面都有提高，反應(yīng)型乳液與水溶性高分子組合并用制作涂料是工業(yè)涂料的一個方向。但是如何在分子量上百萬的高分子乳液中引入多官能團(tuán)，仍然有很多困難，因為高分子是被乳化劑包裹著的。JOHANODEBERG等初步合成了含不飽和官能團(tuán)的乳膠大分子，使紫外光固化成膜時不需要加入其它多官能團(tuán)單體。有關(guān)文獻(xiàn)在乳液聚合過程中引入官能團(tuán)，反應(yīng)成膜后，得到具有交聯(lián)結(jié)構(gòu)的涂膜。如果能丌發(fā)出帶有碳碳雙鍵等官能團(tuán)的乳化劑，使乳化劑也能參與反應(yīng)，則更完美。
4 納米顏料和填料的引入
紫外光固化涂料一般制成清漆，因為顏料和填料對紫外光有反射作用，使膜的深層固化受到阻礙，但是在有些情況下，顏色又是必須的，例如在紫外光固化的一個重要應(yīng)用領(lǐng)域光纖涂料中，就需要用不同顏色的涂料標(biāo)記光纖的種類。納米級的顏料和填料對光的透過性一般比較好，應(yīng)該有希望應(yīng)用于紫外光固化水性涂料中。艾照全等㈣研究了在膠乳合成中引入納米二氧化鈦。陳士昆等叫將納米碳化硅引入紫外光固化樹脂，納米材料和基體樹脂之間存在相互作用力并且均勻分散在基體樹脂中。納米復(fù)合樹脂與基體樹脂相比較，物理性能變好。
5 醇溶性紫外光固化涂料
完全以乙醇代替水作溶劑的紫外光固化涂料，在文獻(xiàn)中未見報導(dǎo)，但是在實際的工業(yè)生產(chǎn)中卻已經(jīng)有應(yīng)用。多數(shù)情況下，乙醇是作為助溶劑，汪存東等㈣使用了水/乙醇(體積比80：20)的混合溶劑，結(jié)果使紫外光固化環(huán)氧一丙烯酸酯膜的柔韌性得到很大的改善，而對其它的性能影響較小。由于水溶性紫外光固化涂料制備過程中需要進(jìn)行水性樹脂的制備，而無溶劑型紫外光固化涂料分子量不可能制備得太高(一般認(rèn)為，分子量10萬以上，就已經(jīng)是固體了)。醇溶性紫外光固化涂料綜合了兩者的優(yōu)點，而且乙醇作溶劑本身也很環(huán)保，由于乙醇表面張力比水小，對基材的潤濕性較強(qiáng)，對基材上的油污有溶解作用，所以能得到附著力較好的涂膜。
如前所述，成膜機(jī)理的研究對于水性紫外光固化涂料至關(guān)重要，只有弄清楚整個的固化成膜過程，才能在成膜主體樹脂，引發(fā)荊，乳化劑等等方面的選擇與合成，找到理論依據(jù)。
SweeYongchee等用DSC和FTIR法研究了紫外光固化乳膠的干膜。證明紫外光固化水性乳膠在真空干燥表干后，雖然光引發(fā)劑被固定在膜中，但是在UV照射時，仍然發(fā)生了交聯(lián)反應(yīng)TomScherzer等用近紅外反射光譜法檢測雙鍵的轉(zhuǎn)化率在線監(jiān)控丙烯酸酯涂層紫外光固化過程及其質(zhì)量。如果可以用小功率的紫外燈，放慢固化成膜過程，然后用一種組合的分析儀器(例如，UV固化機(jī)和原子力顯微鏡相結(jié)合)攝下整個固化成膜的微觀過程，研究起來則更方便。
2 開發(fā)不需要預(yù)加熱，直接用紫外光固化的水性涂料
水性紫外光固化涂料在紫外光固化前，一般需要進(jìn)烘烤，加速水分蒸發(fā)，即使是紫外光固化電泳涂料，也需要一個“閃蒸”的過程，以除去多余水分。這使水性涂料的整個固化過程冗長，能耗增大。另外，紫外光固化水性涂料經(jīng)過紅外干燥后，光引發(fā)劑已經(jīng)被固定在涂膜中，這時經(jīng)過紫外光照射，近一步反應(yīng)交聯(lián)，會產(chǎn)生內(nèi)應(yīng)力，使涂膜性能變壞。黃興耀等洲采用先光固化，再熱固化的方法，使應(yīng)力消散，制得熱穩(wěn)定性相對較高涂層。然而，涂層本身是熱的不良導(dǎo)體，聚合反應(yīng)所放出的熱量會使其溫度升高，而且一般所用的紫外光源都有相當(dāng)大量的紅外輻射，完全可以利用這些熱能使水分蒸發(fā)和反應(yīng)固化同時進(jìn)行．這有兩種方法，一是提高固含量，減少初期水分蒸發(fā)的時問。艾照全等合成了固含72%的高固含低粘度的(PMMA/BA/AA)膠乳，相當(dāng)于直接進(jìn)入了成膜的中期。二是引入超支化聚合物(Hyperbranchedpolymer)，使反應(yīng)更加迅速，縮短固化成膜時間。而且超支化聚合物有破乳作用，破乳后水分和乳化劑會浮到樹脂的表面，相當(dāng)于加快了水分的蒸發(fā)。AnilaAsif等將水溶性的多官能團(tuán)的超枝狀聚酯引入了聚氨酯丙烯酸酯乳化聚合物中，使樹脂粘度降低，固化速率提高。對于形狀復(fù)雜的工件，在紫外光直射不到的地方很難固化，目前研究的可雙重固化紫外光固化水性涂料，由于樹脂中需要同時加入兩種引發(fā)劑(例如光引發(fā)劑和熱引發(fā)劑)，使涂料配方的研制過于復(fù)雜。對于分子量超百萬的乳膠，可以自然干燥或者加熱固化成膜，相當(dāng)于可以雙重固化。
3 合成含有多官能團(tuán)的高分子預(yù)聚體
傳統(tǒng)的無溶劑型光固化涂料難于兼具高硬度和高柔韌性，與此相反，紫外光固化水性涂料可以使用高分子的水性分散體系，其粘度與高分子的相對分子質(zhì)量無關(guān)，從根本上解決了光固化涂料高硬度與高柔韌性的矛盾。交聯(lián)型乳液比不帶官能團(tuán)的乳液在耐水。性、耐堿性、耐沸水性、耐濕性等方面都有提高，反應(yīng)型乳液與水溶性高分子組合并用制作涂料是工業(yè)涂料的一個方向。但是如何在分子量上百萬的高分子乳液中引入多官能團(tuán)，仍然有很多困難，因為高分子是被乳化劑包裹著的。JOHANODEBERG等初步合成了含不飽和官能團(tuán)的乳膠大分子，使紫外光固化成膜時不需要加入其它多官能團(tuán)單體。有關(guān)文獻(xiàn)在乳液聚合過程中引入官能團(tuán)，反應(yīng)成膜后，得到具有交聯(lián)結(jié)構(gòu)的涂膜。如果能丌發(fā)出帶有碳碳雙鍵等官能團(tuán)的乳化劑，使乳化劑也能參與反應(yīng)，則更完美。
4 納米顏料和填料的引入
紫外光固化涂料一般制成清漆，因為顏料和填料對紫外光有反射作用，使膜的深層固化受到阻礙，但是在有些情況下，顏色又是必須的，例如在紫外光固化的一個重要應(yīng)用領(lǐng)域光纖涂料中，就需要用不同顏色的涂料標(biāo)記光纖的種類。納米級的顏料和填料對光的透過性一般比較好，應(yīng)該有希望應(yīng)用于紫外光固化水性涂料中。艾照全等㈣研究了在膠乳合成中引入納米二氧化鈦。陳士昆等叫將納米碳化硅引入紫外光固化樹脂，納米材料和基體樹脂之間存在相互作用力并且均勻分散在基體樹脂中。納米復(fù)合樹脂與基體樹脂相比較，物理性能變好。
5 醇溶性紫外光固化涂料
完全以乙醇代替水作溶劑的紫外光固化涂料，在文獻(xiàn)中未見報導(dǎo)，但是在實際的工業(yè)生產(chǎn)中卻已經(jīng)有應(yīng)用。多數(shù)情況下，乙醇是作為助溶劑，汪存東等㈣使用了水/乙醇(體積比80：20)的混合溶劑，結(jié)果使紫外光固化環(huán)氧一丙烯酸酯膜的柔韌性得到很大的改善，而對其它的性能影響較小。由于水溶性紫外光固化涂料制備過程中需要進(jìn)行水性樹脂的制備，而無溶劑型紫外光固化涂料分子量不可能制備得太高(一般認(rèn)為，分子量10萬以上，就已經(jīng)是固體了)。醇溶性紫外光固化涂料綜合了兩者的優(yōu)點，而且乙醇作溶劑本身也很環(huán)保，由于乙醇表面張力比水小，對基材的潤濕性較強(qiáng)，對基材上的油污有溶解作用，所以能得到附著力較好的涂膜。
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興益水性涂料