紫外光固化涂料

紫外光固化涂料第1页，共63页，2023年，2月20日，星期二第一部分一、紫外线固化涂料的定义紫外线固化涂料是一种通过紫外线照射装置的照射，在短时间内吸收紫外线能量快速固化的材料。第2页，共63页，2023年，2月20日，星期二二、电磁波的分类

紫外线固化的有效波长为２００～４００nm200～300nm为短波长，对UV胶表面固化有效

300～400nm为长波长，对UV胶深部固化有效

高压汞灯的代表波长第3页，共63页，2023年，2月20日，星期二三、紫外线固化的优点固化速度快，便于流水线操作如果没有进行紫外线照射就不会固化，涂布更加简便无溶剂型，作业效率高可以做成各种颜色的固化物第4页，共63页，2023年，2月20日，星期二四、辐射固化技术领域以及价值家具建材（木器、纸张、PVC扣板涂料）食品包装印刷、套印清漆，脱模涂料等汽车、摩托车灯，仪表盘以及外壳等消费产品（塑料、运动器材、镜面涂层）电子通讯（印刷电路版、PCB保护层，光纤）第5页，共63页，2023年，2月20日，星期二Efficiency(高效)EnergySaving(节能)Enabling(适应性广)Economy(经济)EnvironmentalFriendly(环境友好)符合“5E”原则，符合21世纪环保绿色涂料新标准。第6页，共63页，2023年，2月20日，星期二五、紫外线固化的缺点原则上，紫外线无法透过的材料无法使用UV胶进行固化被挡住无法照射的部分不能固化着浓色困难深部固化困难固化时一定要有UV照射设备附带其他固化功能的紫外线固化树脂，可以克服掉以上的缺点第7页，共63页，2023年，2月20日，星期二紫外线固化树脂改性环氧丙烯酸树脂环氧树脂阳离子聚合改性聚氨酯丙烯酸树脂丙烯酸树脂自由基聚合改性硅系丙烯酸树脂六、紫外线固化树脂的种类

机械强度大柔韧性好具有硅胶的特性第8页，共63页，2023年，2月20日，星期二七、UVCC的主要组分光引发剂(3~5%)预聚物(40~60%)活性稀释剂(40~60%)助剂(0.2~1%)第9页，共63页，2023年，2月20日，星期二UV固化涂料光固化低聚物光固化单体光聚合引发剂填充剂粘接剂其他第10页，共63页，2023年，2月20日，星期二UV的组成组分性能影响用量成本预聚物（Oligomer）影响耐磨性，硬度，附著力，光泽，固化速度等重要性能20～40高单体（Monomer）影响粘度，固化速度，硬度等性能10～30中溶剂（Solvent）影响粘度，烧底性，附著力性能40～·60低光敏剂（PI）影响固化速度，固化后气味，黄变等性能5～10高助剂（Additive）影响气泡，流平，润湿性等性能0.5～1高其他各种填料，增强剂，染料等提供特殊性能5～10/第11页，共63页，2023年，2月20日，星期二八、UV应用

1.UV木器涂料

UV腻子漆、UV底漆、UV面漆。

2.UV纸张涂料书刊封面、明信片、广告宣传纸、商品外包装纸盒、纸币表面等。

3.UV塑料涂料汽车部件、光盘、信用卡等塑料基材。第12页，共63页，2023年，2月20日，星期二

4.UV金属涂料适用于钢材防锈、金属标牌装饰、彩涂钢板、易拉罐加工、铝合金门窗保护等。

5.UV光纤涂料

6.皮革用UV涂料

7.UV光盘保护涂料

8.汽车工业用UV涂料

第13页，共63页，2023年，2月20日，星期二九、光固化性树脂成构成分环氧树脂紫外线固化树脂丙烯酸树脂自由基断裂阳离子断裂第14页，共63页，2023年，2月20日，星期二聚合的比较（自由基聚合）开始反应光成长反应･光重合開始剤自由基丙烯酸树脂

自由基断裂第15页，共63页，2023年，2月20日，星期二自由基聚合生长反应I･＋R(丙烯酸酯)I－R･I－R･＋RI－R－R･停止反应I－R･＋I－R･I－R－R－I开始反应I(开始剂)I･(自由基)hυ氧的影响I－R･＋O2不活性物质I－R－O－O・第16页，共63页，2023年，2月20日，星期二聚合的比较（阳离子聚合）环氧树脂

阳离子断裂开始反应光成长反应ｶﾁｵﾝ重合開始剤Lewis酸产生第17页，共63页，2023年，2月20日，星期二阳离子聚合开始反应I(开始剂)HX-(质子酸)hυ停止反应无氧的影响无生長反応HX-＋E(环氧树脂)HE+X-

HE+X-

＋EHEE+X-

HEE+X-＋EHEEE+X-

第18页，共63页，2023年，2月20日，星期二聚合的比较紫外线

hνLewis酸／B酸光聚合低聚物／光聚合单体聚合反应

固化物光自由基聚合开始剂光阳离子聚合开始剂自由基阳离子丙烯酸树脂环氧树脂第19页，共63页，2023年，2月20日，星期二十、UV的发展方向

优点：(1)以水为稀释剂、不燃烧、设备易清洗

(2)无毒性、刺激性、无VOC排放

(3)可得到极薄的涂层，降低成本缺点：(1)光泽度低、耐洗涤性差

(2)固化前需预干燥等1.UV水溶性涂料第20页，共63页，2023年，2月20日，星期二

2.UV粉末涂料优点：(1)无需稀释剂

(2)涂膜收缩率低，与基材附着力高

(3)可形成优良的厚涂层(125μm)(4)喷涂溅落的粉体可回收利用

UV粉末涂料比UV液体涂料更具技术、经济、环保优势，真正的“5E”涂料。第21页，共63页，2023年，2月20日，星期二十一、纳米技术改性UV涂料

纳米技术在涂料中应用可获得特殊的功能涂料。

(1)抗菌涂料

(2)抗紫外线涂料

(3)抗辐射涂料

(4)抗静电涂料

(5)红外线吸收涂料

(6)隐身涂料等第22页，共63页，2023年，2月20日，星期二纳米SiO2改性紫外光固化涂料目的：提高涂料的硬度、耐磨性、抗紫外线的性能等。改性方法：

(1)填充法

(2)原位杂化法第23页，共63页，2023年，2月20日，星期二(1)填充法直接填充纳米SiO2存在问题：

(1)有机相－无机相之间相溶性差

(2)难分散，易团聚

(3)稳定性差解决方法：对纳米SiO2进行表面有机化改性第24页，共63页，2023年，2月20日，星期二

纳米SiO2表面改性得依据：

图1纳米SiO2的表面状态第25页，共63页，2023年，2月20日，星期二表面改性的方法：

(1)醇酸酯化法

(2)表面活性剂改性法

(3)偶联剂改性法

(4)共聚接枝改性第26页，共63页，2023年，2月20日，星期二

偶联剂(KH-570)改性法：

第27页，共63页，2023年，2月20日，星期二第28页，共63页，2023年，2月20日，星期二

共聚接枝改性法：

第29页，共63页，2023年，2月20日，星期二第30页，共63页，2023年，2月20日，星期二第31页，共63页，2023年，2月20日，星期二

改性方法的优缺点：

1.改善了纳米粒子与UV涂料体系的相溶性

2.改善了共聚接枝改性的纳米SiO2在涂料中的稳定性

3.在涂料中的粒径较大

4.涂膜光泽较差第32页，共63页，2023年，2月20日，星期二

添加表面共聚接枝改性的纳米SiO2，UV涂料的性能：

(1)UV涂料的硬度由2～3H提升到5～6H(2)耐磨性由9.6mg提升到2.3mg(500g/500r)(3)纳米粒子的稳定性达到60d以上

(4)附着力100％(划格法)

第33页，共63页，2023年，2月20日，星期二2、溶胶－凝胶原位杂化改性

第34页，共63页，2023年，2月20日，星期二第35页，共63页，2023年，2月20日，星期二

特点：

1.纳米粒子无需表面改性即可实现在涂料体系中均匀分散

2.改性后的UV涂膜质量高于填充法

3.反应条件简单，成本较低

第36页，共63页，2023年，2月20日，星期二第二部分

预聚物与引发剂第37页，共63页，2023年，2月20日，星期二一、预聚物种类与特性

性能种类固化速度硬度粘度柔韧性黄变环氧丙烯酸酯（EA）111～22～31聚氨酯丙烯酸酯（PUA）1～31～31～22～31～3聚酯丙烯酸酯(PEA)2～31～32～31～31～2纯丙烯酸酯331～20.5～13注：1：高（优）；2：中；3：低（差）第38页，共63页，2023年，2月20日，星期二

1.不饱和聚酯

主要由二元酸及其酸酐与二元醇缩聚制得。第39页，共63页，2023年，2月20日，星期二

2.环氧丙烯酸酯第40页，共63页，2023年，2月20日，星期二3、预聚物的特性环氧丙烯酸酯由于环氧化合物是产品的主要骨架，故性能设计范围窄，黄变重，分子量低收缩大导致在塑料上附著不佳，在UV硬涂料中应用较少。聚酯丙烯酸酯粘接性较好，但耐水解性，耐候性差，一般很少用于UV硬涂料。而聚氨酯丙烯酸酯产品性能变化范围宽，分子中的氨酯键能形成氢键，受力时氢键打开，故有优异的耐磨性，并能缓和固化时的变形，附著较好，是UV硬涂料的首选预聚物。第41页，共63页，2023年，2月20日，星期二二、预聚物具体特点：1.主要的成膜物质

2.分子量大，粘度高

3.对涂膜性质起决定作用第42页，共63页，2023年，2月20日，星期二3.聚氨酯丙烯酸酯

产品的合成是利用了异氰酸酯中的异氰酸根(-NCO)与长链二醇和丙烯酸羟基酯中的羟基(-OH)反应，形成－NHCOO－(氨基甲酸酯)而制得。

4.聚酯丙烯酸酯

由多元醇与丙烯酸酯制得。

5.聚醚丙烯酸酯

主要是聚乙二醇、聚丙二醇的丙烯酸酯。第43页，共63页，2023年，2月20日，星期二

今后发展的方向：

6.有机硅预聚物

7.有机氟预聚物

8.低粘度预聚物

9.水溶性预聚物第44页，共63页，2023年，2月20日，星期二三、活性稀释剂

活性稀释剂的作用，调节UV的粘度，同时参与成膜。

选择原则：

(1)粘度低、稀释能力强、易溶于UV(2)挥发性、气味、毒性均要小

(3)活性大、官能度适中、聚合收缩率小第45页，共63页，2023年，2月20日，星期二

现有稀释剂种类：

1.单官能度苯乙烯、乙酸乙烯酯、N－乙烯基吡咯烷酮、单官能度丙烯酸酯等。

2.二官能团代表产品：TPGDA(三缩丙二醇二丙烯酸酯)、HDDA(己二醇二丙烯酸酯)、NPGDA(戊二醇二丙烯酸酯)等。

3.三官能团代表产品：TMPTA(三羟甲基丙烷三丙烯酸酯)、PETA(季戊四醇三丙烯酸酯)

第46页，共63页，2023年，2月20日，星期二活性稀释剂的发展方向：

(1)烷氧基化乙氧基化(－CH2－CH2－O－)、丙氧基化(－CH2－CH2－CH2－O－)(2)烯基醚化乙烯基醚化(CH2＝CH－O－)、丙烯基醚化(CH2＝CH－CH2－O－)

特点：粘度低、稀释能力强、活性高、毒性低第47页，共63页，2023年，2月20日，星期二四、光引发剂

目前常用的：

自由基型

阳离子型今后的发展方向：

可见光型

水溶性型

高分子型第48页，共63页，2023年，2月20日，星期二光引发剂的引发UV固化机理：第49页，共63页，2023年，2月20日，星期二1.裂解型自由基光引发剂机理：

(1)苯偶姻及其衍生物第50页，共63页，2023年，2月20日，星期二(2)苯偶酰及其衍生物

(3)苯乙酮及其衍生物第51页，共63页，2023年，2月20日，星期二2.提氢型自由基光引发剂机理：第52页，共63页，2023年，2月20日，星期二(1)二苯甲酮及其衍生物

(2)硫杂蒽酮及其衍生物第53页，共63页，2023年，2月20日，星期二3、阳离子光引发剂的机理：吸收紫外光后，发生光解产生超强质子酸，从而引发阳离子预聚物和活性稀释剂阳离子聚合。

(1)芳基重氮盐：第54页，共63页，2023年，2月20日，星期二(2)二芳基碘鎓盐

(3)三芳基硫鎓盐第55页，共63页，2023年，2月20日，星期二(4)芳基茂铁盐