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光固化涂料主要由齊聚物、活性稀釋劑、光引發劑和助劑組成。大致的比例是:齊聚物30%~50%,活性稀釋劑40%~60%,光引發劑1%~5%,助劑0.2%~1%。
1、齊聚物
齊聚物又稱作光敏樹脂,是成膜物質,即構成了固化產品的基本骨架。我們可以看到,它在整個的體系中長的比例相對很大,因此對涂膜的性能起決定性的作用。從齊聚物的結構來看,它們都含有C=C不飽和的雙鍵。可以分為以下幾種:(1)不飽和聚酯;(2)環氧丙烯酸酯;(3)聚氨酯丙烯酸酯;(4)聚酯丙烯酸酯;(5)多烯硫醇體系;(6)聚醚丙烯酸酯;(7)水性丙烯酸酯;(8)陽離子樹脂。
齊聚物又稱作光敏樹脂,是成膜物質,即構成了固化產品的基本骨架。我們可以看到,它在整個的體系中長的比例相對很大,因此對涂膜的性能起決定性的作用。從齊聚物的結構來看,它們都含有C=C不飽和的雙鍵。可以分為以下幾種:(1)不飽和聚酯;(2)環氧丙烯酸酯;(3)聚氨酯丙烯酸酯;(4)聚酯丙烯酸酯;(5)多烯硫醇體系;(6)聚醚丙烯酸酯;(7)水性丙烯酸酯;(8)陽離子樹脂。
其中,第1種屬于第一代UV固化涂料,后三種屬于第二代UV固化涂料。應用最廣的是聚環氧丙烯酸酯,因為它具有很多的優點,比如說它形成的固化膜硬度和拉伸強度大、抗張強度大,還有耐化學品性優異、光澤高等。目前主要的環氧丙烯酸酯有雙酚A環氧丙烯酸酯、酚醛環氧丙烯酸酯和環氧化油丙烯酸酯。目前國內外的研究學者對各類環氧丙烯酸酯進行了改性的實驗研究,以期滿足人們的各種需求。比如利用雙羥基化合物的羥基與部分環氧基反應,然后剩下的環氧基再與丙烯酸進行酯化反應來提高柔韌性。此外還可以通過胺改性的方法等。另一類應用比較廣的是聚氨酯丙烯酸酯(PUA),它的應用程度僅低于環氧丙烯酸酯。因為它也有比較好的性能,比如良好的附著力、柔韌性、耐磨性、高彈性以及快的光固化速率。并且能夠通過調節分子結構和官能度,從而得到性能廣泛的聚氨酯丙烯酸酯。但是它也有許多的不足,因為通常用的是2,4-甲苯二異氰酸酯(TDI)和二苯基家玩兒異氰酸酯(MDI),做出來的聚氨酯很容易發黃,而且耐候性不好。近年來多以異佛爾酮二異氰酸酯(IPDI)為原料,制造出了綜合性能較好的品種。聚氨酯丙烯酸酯預聚物的合成工藝也會嚴重影響到其最終的性能,因此可以選擇較為合適的工藝來控制,比如原料的種類、合成溫度、催化劑等。
然而,由于齊聚物都是年度比較高的聚合物,因此在使用的過程中,我們需要添加一定的單體,或者稱之為活性稀釋劑以調節它的粘度。在這些活性劑中會含有一些有機揮發性的物質(VOC),這些物質有不同程度的毒性和刺激性。所以,水性涂料已經成為涂料發展的主要方向之一。在國內光固化水性涂料方面,研究者做了很多的研究,比如像清華大學、中山大學等。并且隨著經濟的發展,國際上關于環保的要求越來越嚴格,這就使得我國不得不在汽車涂料的方面做出更大的努力以適應國際新環境。汽車涂料中的VOC主要來自基色器漆和中涂層,約占VOC排放量的60%-70%。如果車身全部采用水溶性涂料的話,就可以使VOC得 排放量減少到27g/m2 。
2、光引發劑
光引發劑是光固化體系中的關鍵組成部分,決定固化程度以及固化的速度,按照引發機理大致可以分為4類:裂解反應機理、氫消除機理、能量轉移反應機理和離子反應機理。主要用到的引發劑有:二苯甲酮、安息香雙甲醚、氯代硫雜蒽酮、乙基硫雜蒽酮、異丙基硫雜蒽酮、2-苯基-2-N-二甲氨基-1-丁酮、鐵鹽和;籽趸。目前固化涂料中研究較多的是小分子紫外自由基光聚合引發劑,但是它與聚合物相容性較差,殘留在產物中的引發劑及光解碎片容易遷移和揮發,是產物發黃,并產生有毒的氣體。針對這樣的問題,研究者們提出了幾種解決方案。其中一種是通過生產可聚合的光引發劑使引發劑消耗,減少對環境的傷害,還有一種方案是將引發劑大分子化,因為第一種途徑不可能將所有的引發劑都消耗完,必定會有少量的引發劑仍然存在與體系中,最終會導致材料的性能受到影響。當然,有些研究者
光引發劑是光固化體系中的關鍵組成部分,決定固化程度以及固化的速度,按照引發機理大致可以分為4類:裂解反應機理、氫消除機理、能量轉移反應機理和離子反應機理。主要用到的引發劑有:二苯甲酮、安息香雙甲醚、氯代硫雜蒽酮、乙基硫雜蒽酮、異丙基硫雜蒽酮、2-苯基-2-N-二甲氨基-1-丁酮、鐵鹽和;籽趸。目前固化涂料中研究較多的是小分子紫外自由基光聚合引發劑,但是它與聚合物相容性較差,殘留在產物中的引發劑及光解碎片容易遷移和揮發,是產物發黃,并產生有毒的氣體。針對這樣的問題,研究者們提出了幾種解決方案。其中一種是通過生產可聚合的光引發劑使引發劑消耗,減少對環境的傷害,還有一種方案是將引發劑大分子化,因為第一種途徑不可能將所有的引發劑都消耗完,必定會有少量的引發劑仍然存在與體系中,最終會導致材料的性能受到影響。當然,有些研究者
還提出了發展多官能度光引發劑。
目前光引發劑的研究方向為:(1)可見光引發劑氟化二苯基二茂鐵(IRG-CURE)和雙二茂鐵。他們的吸收波長已經達到520nm,在可見光聚合中的應用匯比較的多。而且二茂鈦在光的照射下產生漂白效應,黃變指數小,深化固化好。(2)高分子光引發劑。在普通的光引發劑分子上,通過化學鍵將丙烯酸基、乙烯基、烯丙基等不飽和的基團接上或者將普通的光引發劑直接接在高聚物上。光引發劑的高分子化,使得光引發劑的遷移受到限制,同時也解決了光引發劑與聚合物不相容的問題。(3)水溶性引發劑。這一類引發劑的原理如前一小節中所說。可以與水相容,減少VOC的排放,但是效率不是很高。
3、活性稀釋劑
活性稀釋劑是一種功能性單體,在固化涂料中具有十分重要的作用,主要用來調節涂料的粘度。也參與涂料的固化反應,直接影響膜的性能;钚韵♂寗┙Y構上也好有不飽和鍵,如丙烯;、甲基丙烯酰基及乙烯基等,丙烯;夤袒俣茸羁,目前使用的多為丙烯酸酯單體。單官能團單體相對分子質量小,因此容易揮發,相應的毒性大、易燃。近年來開發了很多的低揮發性、低毒性甚至無度的活性稀釋劑,如PHEA。
活性稀釋劑是一種功能性單體,在固化涂料中具有十分重要的作用,主要用來調節涂料的粘度。也參與涂料的固化反應,直接影響膜的性能;钚韵♂寗┙Y構上也好有不飽和鍵,如丙烯;、甲基丙烯酰基及乙烯基等,丙烯;夤袒俣茸羁,目前使用的多為丙烯酸酯單體。單官能團單體相對分子質量小,因此容易揮發,相應的毒性大、易燃。近年來開發了很多的低揮發性、低毒性甚至無度的活性稀釋劑,如PHEA。