紫外光固化聚氨酯丙烯酸酯玻璃涂料的研制

2006-12-29 來源：涂料涂裝資訊網(wǎng)

14969

摘要:研制了紫外光固化的玻璃涂料。研究表明, 在漆膜厚度為100μm 的情況下 , 2kW的高壓汞燈輻射固定距離為7cm, 預聚物與單體的比例為7∶3, 添加 0.5% 的硅烷偶聯(lián)劑, 固化時間為30s, 其綜合性能較好。用FITR表征了固化前后的結(jié)構(gòu)。
關(guān)鍵詞:紫外光固化;聚氨酯丙烯酸酯;玻璃涂料;硅烷偶聯(lián)劑;紅外光譜
    目前用于裝飾的玻璃涂料主要是溶劑型的自干漆和烤漆, 存在溶劑揮發(fā), 污染嚴重, 且固化時間長的缺點。紫外光固化涂料具有固化速率快、能耗低、污染低等優(yōu)點, 近年來在塑料、紙張、木材、金屬、皮革等的表面涂裝、罩光方面發(fā)展迅速[1] 。本文研制的光固化玻璃涂料使用聚氨酯丙烯酸酯作為預聚物 , 配合單體, 通過配方優(yōu)化, 得到性能優(yōu)良的光固化玻璃涂料。
    1 實驗部分
    1.1 　原材料及儀器設(shè)備
    實驗所用的預聚物聚氨酯丙烯酸酯、三縮丙二醇二丙烯酸酯(TPGDA) 、己二醇二丙烯酸酯(HDDA) 、三羥甲基丙烷三丙烯酸酯(TMPTA) 、光引發(fā)劑1173, 均為東莞貿(mào)橋公司提供。2kW高壓汞燈,市售;0- 100μm濕膜制備器,上?，F(xiàn)代環(huán)境工程有限公司出品。
    1.2 涂膜的制備
    將聚氨酯丙烯酸酯、稀釋單體、光引發(fā)劑和其他助劑按一定比例混合, 用分散機分散均勻。選用100 mm×50 mm×2 mm的玻璃試片, 先用乙酸乙酯清洗玻璃表面, 然后用濕膜制備器涂布在試片上, 膜厚約為100μm。用2kW的高壓汞燈照射一定時間, 使其固化成膜。
涂料的基本配方如表1所示。

表 1 涂料基本配方

    1.3 　性能測試
    表干時間: 用指觸法測定。
    附著力: 按 GB9286 - 88 測試。
    鉛筆硬度: 按 GB6739 - 86 測試。
    2 　結(jié)果與討論
    2.1 　稀釋單體的影響
    在選定聚氨酯丙烯酸酯作為預聚物的前提下, 稀釋單體對涂膜性能的影響就顯得特別重要。稀釋單體的作用之一就是降低整個體系的黏度, 改善施工性能, 改善漆膜的流變特性[2]; 其二是能夠參與反應(yīng), 起到了預聚物之間架橋的作用, 所以國外有人稱為架橋劑, 因為其參與反應(yīng)成了涂膜的一部分, 會非常大地影響了涂膜的各方面性能[3]。不同比例的稀釋單體對涂膜性能的影響見表2。

表 2 稀釋單體對涂膜性能的影響

　　由表 2 可以看出 , 隨著單體比例的增加, 涂膜的固化時間變長, 速度變慢, 表面硬度增加。這是因為單體比例增加意味著體系雙鍵密度的加大, 就需要更長的時間來使所有雙鍵反應(yīng)完全, 同時交聯(lián)密度增加, 漆膜硬度增加, 脆性變大, 附著力下降?？紤]綜合性能, 預聚物與單體的比例選7∶3為合適。
    單體的主要功能之一是降低黏度。若體系的黏度降到足夠的程度, 則可使其用量達到較低。這樣可使材料的主體———預聚物的性能達到非常大的發(fā)揮[3] 。
    2.2 　附著力促進劑種類的影響
    由于玻璃表面非常光滑, 一般涂料很難在其表面附著, 必須添加合適的附著力促進劑[4]。如果涂料體系中沒有添加附著力促進劑, 無論怎么配比, 固化后的涂膜附著力都非常差, 劃格后用粘膠帶撕下時, 漆膜全部脫離玻璃表面。所以選用合適的附著力促進劑就顯得尤為重要。目前市場上的附著力促進劑主要有3大類?？壳邦悶闃渲惛街Υ龠M劑; 第二類為硅烷偶聯(lián)劑類附著力促進劑; 第三類為鈦酸酯偶聯(lián)劑類附著力促進劑。選用不同種類的附著力促進劑, 添加量都為0.15% 時, 從表3可以看出硅烷類的效果明顯優(yōu)于其他兩種。一般認為無機底材親水的較性表面在環(huán)境中較容易吸附上一層水膜, 當加有少量硅烷偶聯(lián)劑的涂料, 在涂布施工后, 硅烷向涂料與底材的界面遷移 , 此時遇到無機表面的水分, 可水解生成硅醇基, 進而和玻璃表面上的羥基形成氫鍵或縮合成Si-O-Si共價鍵[5], 使漆膜能在玻璃表面產(chǎn)生優(yōu)良的附著力。

表 3 附著力促進劑種類的影響

    2.3 　固化時間的影響
    徐冬梅等[6]研究結(jié)果表明, 在保證固化的前提下, 光引發(fā)劑的種類對漆膜的強度影響不大, 進一步試驗表明, 在保證固化的前提下, 光引發(fā)劑的用量對漆膜強度的影響也不大?？紤]成本和容易混合等因素, 引發(fā)劑選用液體的1173且添加量為2%就能夠保證固化了。
    在固定輻射光源的條件下(功率為2kW, 輻射距離為7cm), 考察輻射時間對涂膜性能的影響, 結(jié)果見表 4。

表 4 固化時間對涂膜性能的影響

　　由表4可以看出, 延長輻射時間, 光引發(fā)劑生成的自由基就越多, 形成的活性中心點就越多, 漆膜交聯(lián)密度增加, 有利于漆膜硬度增加。 30s后硬度沒有增加, 可認為基本固化完全。但是輻射時間過長 , 涂膜交聯(lián)程度過高使漆膜變脆, 會加速涂膜的老化, 因此輻射時間也不能過長, 應(yīng)以30s為宜。
    2.4 　聚氨酯丙烯酸酯涂料的結(jié)構(gòu)表征
    聚氨酯丙烯酸酯涂料固化前后的紅外光譜圖參見圖1和圖2。
    在圖1中, 3 374.4 cm-1處的吸收峰為胺基的N-H伸縮震動引起的 , 2 954 . 3 cm - 1 處的吸收峰為飽和的C-H伸縮震動, 1 739.9 cm-1處的吸收峰為酯羰基的伸縮震動, 1 637. 3cm-1 處的吸收峰為

圖 1 固化前紅外光譜圖

圖 2 固化后紅外光譜圖

C=C的伸縮震動引起的, 987.6cm-1 、938.1 cm-1 、847. 2cm-1 、810.8cm-1為C=C上的C-H面外彎曲振動引起的吸收峰。由圖 2 可知 , 聚氨酯丙烯酸酯固化后, 原來位于1637.3 cm-1 處C C 吸收峰消失, 位于 987.6cm-1、938.1cm-1、847.2cm-1、810.8 cm-1 為 C= C上的C — H面外彎曲振動引起的吸收峰也都全部消失, 這足以證明聚氨酯丙烯酸酯的固化反應(yīng)是打開雙鍵的聚合反應(yīng), 而且涂膜也基本固化完全。
    3 　結(jié)　論
    (1) 單體對體系的影響是非常重要的, 在綜合考慮附著力、固化速度、表面硬度等綜合性能的前提下 , 確定預聚物與單體的配比為7∶3(質(zhì)量比) 。
    (2) 選擇合適的硅烷偶聯(lián)劑和適當?shù)奶砑恿? 可以大大提高漆膜在玻璃上的附著力。
    (3) 在固定的輻射距離條件下, 通過實驗, 輻射時間以30 s為宜。
    (4) 紅外光譜表明, 聚氨酯丙烯酸酯涂料的固化機理為丙烯酸酯所含雙鍵的自由基聚合反應(yīng)。

標簽：

0條評論

登錄

匿名