光敏剂对紫外光固化涂料固化速率的影响

1、 1引言紫外光 (UV 固化技术已广泛用于涂料 、 油墨 、 胶 黏剂和电子产品等诸多领域 。 由于采用该项技术可使 固化速率加快 、 降低施工能耗 、 减少溶剂排放量 、 固化 产品性能优异, 因此, 辐射固化技术及其所获得的各种 材料被誉为面向 21世纪的 “ 绿色 ” 工业技术和产品 。 UV 固化涂料由齐聚物 、 活性稀释剂 、 光敏剂和助剂等 4部分组成 。 光敏剂是 UV 固化涂料的重要组分, 其作 用是吸收紫外光后引发化学反应, 形成涂膜, 光引发剂 是决定 UV 固化涂料固化程度和固化速率的主要因 素 。 按所生成的活性基的不同,光敏剂可分为自由基 型 、 阳离子型 、 自由基

2、 -阳离子复合型 3类; 常用的有 安息香丁醚 、 二苯甲酮 、 安息香双甲醚 、 米氏酮等 。 本文 主要研究在 UV 固化涂料配制中光敏剂品种及其用量 与固化施工条件的关系,讨论其对涂料固化速率及涂 膜附着力 、 硬度 、 耐磨 、 耐腐蚀等性能的影响 。2试验部分甲苯 、 醋酸乙酯 、 丁酮 、 防白水 、 环己酮 、 1-羟基 -环己烷基 -苯基酮 、 2-羟基 -2-甲基 -1-丙基 -1-丙酮, 工业品, 广州市吉彩化工有限公司; 脂肪族聚氨酯四丙 烯酸酯 、 脂肪族聚氨酯六丙烯酸酯 、 100%脂肪族聚氨 酯丙烯酸酯 、 二缩三丙二醇二丙烯酸酯 、 双酚环氧二丙 烯酸酯, 工业品

3、, 广州瀚东贸易有限公司; 流平剂 、 分散 剂 、 消泡剂, 工业品, EFKA 公司 。UV 固化涂料基本配方见表 1。表 1UV 固化涂料基本配方原材料 用量 /g1-羟基 -环己烷基 -苯基酮 适量2-羟基 -2-甲基 -1-丙基 -1-丙酮 适量光敏剂对紫外光固化涂料固化速率的影响朱庆英(惠州学院化工系, 广东 惠州 516007摘 要:研究了光敏剂的种类 、 用量及光源对涂膜性能及固化速率的影响并得出最佳涂料配方 , 以此为基础配制 UV 固化涂料进行研究测试 。 结果表明 , 该涂料具有较好的附着力 、 硬度 、 耐磨 、 耐腐蚀等性能 。关键词:紫外光固化涂料; 光敏剂; 性能

4、; 固化速率中图分类号:TQ633文献标识码:A 文章编号:1007-9548(2010 12-0004-02Study on Influence of Photosensitizes on Curing Velocity of UV-Curing Coatings Zhu QingyingAbstract :In this paper the effects of species and dosage of photosensitizes and light source on the coating properties and the curing speed were studied.

5、 The optimum formulation was given, based on which the UV-curing coating was manu-factured. The results indicated that the coating has good properties on adhesion, hardness, abrasion resistance and the cor-rosion-resistance.Key words :UV-curing coating, photosensitizes, propertiis, curing velocity 将

6、表 1各组分按一定比例以如下顺序加入到烧杯 中:溶剂 助剂 光引发剂 单体 。 首先搅匀溶剂, 再 搅匀 “ 溶剂 +助剂 +光引发剂 ” , 然后加入单体并搅拌 30min , 静置 。 用剩余溶剂调节至适当黏度即得 UV 固 化涂料 。 用喷枪以适当的气压和流量将 UV 固化涂料均 匀地喷至洁净的 ABS 板上, 形成均匀的涂膜 。 再将已喷 涂的 ABS 板放置于 50 烘箱中烘 30min , 使板面的涂 膜自然流平,然后把烘过的 ABS 板用 UV 固化机 (UV 光强为 400mJ , 传输带传速为 30s 固化 2次 。涂膜硬度:铅笔测量法, 按 GB 6739 1986测试 。

7、 涂膜附着力:划格法, 按 GB 9286 1988测试 。 涂膜光泽度:用 BYK 光泽度计测试 。耐冲击性:用冲击试验仪测试 。耐压性能:用耐压测试仪测试 。3结果与讨论3.1光敏剂品种和用量对 UV 固化速率的影响本研究使用的光敏剂是 2-羟基 -2-甲基 -1-丙 基 -1-丙酮和 1-羟基 -环己烷基 -苯基酮,属自由基型 光敏剂, 即在 UV 条件下可分裂出活泼的自由基, 从而 引发涂料中的丙烯酸酯发生聚合反应, 交联固化成膜 。 在表 1基本配方的基础上, 改变光敏剂的品种和用量, 测试对固化速率的影响, 结果见表 2。从表 2可知, 光敏剂品种不同, 产品的固化效果也 不同,

8、如本试验中 2-羟基 -2-甲基 -1-丙基 -1-丙酮的 固化效果就好于 1-羟基 -环己烷基 -苯基酮 。 一般来 说, 复合光敏剂体系会使固化速率获得极大的提高, 这 一点可从表 2得到证实 。从表 2还可知, 光敏剂用量较大则固化时间较短, 光敏剂的用量过低,会使固化速率大大降低或者根本 不能固化; 但过多的光敏剂用量不但会使成本增加, 而 且对固化速率及固化后涂膜的理化性能皆有负面影 响, 所以光敏剂用量应适当 。3.2光源对 UV 固化速率的影响引发剂的吸收波峰应尽可能与光源发射的主波长 相近,否则就会因固化不充分使涂膜不干 。 涂膜的固 化, 是光引发剂吸收了 UV 后激发 、

9、分解出自由基, 引 发活性单体及基料中的双键发生聚合反应而交联固化 的 。 UV 的强度随着灯距的增大而减弱, 而光引发速率 与放射光强度成正比:R i=2I S 式中 : 光引发效率; 摩尔吸光系数;I 入射光强度;S 光引剂或光敏剂浓度 。由上式可知, 随着灯距的增大, 引发速率下降, 这 就会使固化速率下降, 固化时间也将延长 。 若固化时间 过短涂料就不能固化成膜, 其光泽也会下降, 所以传输 带速率不能过快 。从表 2可知,复合光敏剂的引发效率远高于其它 方案, 所以复合光敏剂的方案为最好 。 对该产品进行性 能检测, 结果见表 3。4结语在 UV 固化涂料基本配方中改变光敏剂的品种

10、和 用量,经测试发现使用复合光敏剂并以适宜的用量可 以缩短涂料的固化时间, 获得一种性能较好的涂膜 。 在 UV 固化操作中也要考虑光源 、 光距等对固化速率的 影响 。 基金项目:本研究属于校立项目, 项目编号:C207·0210收稿日期:2010-05-24作者简介:朱庆英 (1975- , 女, 广东省惠州学院化工系讲师, 主要从事粉体材料的表面改性处理研究 。表 3复合光敏剂 UV 固化涂料性能测试性 能 测 试 方 法 测试结果 外观目测法:自然光下距离涂膜 30cm 左右,成 60°120°角,比较试板涂膜与有效合格样板的色泽 、 均匀度 、 粗糙度的差异合格 硬度用 H 铅笔 (笔芯完好 以 5N 的力成 45°向前推合格 附着力百格刀切割十字型 (1mm ×1mm ×100mm 再以 3M610测试胶带拉无脱漆 耐冲击性 1000g 、 50cm 冲击无裂痕 合格 光泽度 BYK 光泽度计读数 90%合格 耐酒精性以棉花蘸酒精来回擦试 100次, 不见底,无白痕, 无膨胀合格 耐电压性 5000V 不导电 合格 耐水性 珍珠棉水袋, 24h 无异常