阻聚劑在紫外光固化色漆中的應(yīng)用探討

余宗萍，楊 昊，黃世斌，楊鵬飛，邱鳳仙

（1.蘇州市明大高分子科技材料有限公司，江蘇蘇州 215234；2.浙江省瑞通光電材料有限公司，浙江湖州 313000；3.江蘇大學(xué)化學(xué)化工學(xué)院，江蘇鎮(zhèn)江 212013）

0 引言

紫外光固化涂料是環(huán)保材料中比較熱門的研究對(duì)象，特別是目前溶劑型涂料受到環(huán)保限制的前提下，環(huán)保、高效的紫外光固化涂料已成為最能和水性涂料相媲美的高分子材料之一。最近幾年，紫外光固化涂料以每年15%～20%的速度發(fā)展，是所有涂料品種中發(fā)展最為快速的品種之一［1］。紫外光固化涂料在涂膜光澤、硬度、耐磨性等方面具有很多優(yōu)點(diǎn)［2］，但其在色漆固化方面存在著致命的弱點(diǎn)，這主要是因?yàn)樯峋哂姓谏w性，影響了紫外光的穿透性，因而色漆的深層固化是一個(gè)軟肋；另一方面，通過(guò)添加特殊的引發(fā)劑雖能提高引發(fā)效果，但是貯存穩(wěn)定性又成為一個(gè)很大的應(yīng)用問(wèn)題。因而使用阻聚劑是紫外光固化色漆（油墨）中的一個(gè)重要問(wèn)題。

阻聚劑是紫外光固化涂料中常用的一種助劑，因?yàn)樵诖蠖鄶?shù)的紫外光固化體系中，都是以自由基聚合為主，這也就決定了成膜物組成中是碳碳雙鍵的結(jié)構(gòu)，目前主要是丙烯酸酯類和烯丙基醚類，其中絕大多數(shù)還是以丙烯酸酯為主，使用阻聚劑基本上以此類組成物為研究對(duì)象，本研究亦然。

關(guān)于阻聚劑在紫外光固化體系中的使用，需要注意兩個(gè)問(wèn)題：一是發(fā)揮阻聚劑的作用，提高貯存穩(wěn)定性；二是加入的阻聚劑不能影響固化速率。本研究通過(guò)考察固化速率、貯存穩(wěn)定性、固化度等幾方面性能，優(yōu)選出紫外光固化色漆用阻聚劑品種及其最佳用量。

1 試驗(yàn)部分

1.1 主要試劑

脂肪族聚氨酯丙烯酸酯6145-100、環(huán)氧丙烯酸酯621A-80、丙氧化新戊二醇二丙烯酸酯EM2251，長(zhǎng)興化學(xué)；三羥甲基丙烷三丙烯酸酯（TMPTA），江蘇利田化學(xué)；分散劑BYK163，畢克化學(xué)；對(duì)甲氧基苯酚（MEHQ），工業(yè)級(jí)，無(wú)錫恒輝化學(xué)公司；N-亞硝基苯胲鋁鹽510，上海點(diǎn)耀精細(xì)化工有限公司；對(duì)苯二酚（HQ）、2，6-二叔丁基對(duì)甲苯酚（MTBHQ），工業(yè)級(jí)，南京邦諾生物科技有限公司；光引發(fā)劑184（1-羥基環(huán)己基苯基甲酮）、TPO（2，4，6-三甲基苯甲酰基-二苯基氧化膦）、907［2-甲基-1-（4-甲硫基苯基）-2-嗎啉-1-丙酮］、369［2-苯基芐-2-二甲基胺-1-（4-嗎啉芐苯基）丁酮］、819［雙（2，4，6-三甲基苯甲?；┍交趸ⅲ?，天津久日化學(xué)；酞菁藍(lán)、酞菁綠、永固紅，江蘇亞邦顏料有限公司；鈦白粉R706，美國(guó)杜邦公司；炭黑R400，美國(guó)卡博特公司。

1.2 主要儀器

400目印刷絲網(wǎng)，廣州標(biāo)格達(dá)實(shí)驗(yàn)室儀器用品有限公司；紫外光固化機(jī)FUSION F300，德國(guó)賀利士（Heraeus Noblelight）集團(tuán)公司；UV能量計(jì)（UV-INTEGRATOR），涿州藍(lán)天特?zé)舭l(fā)展有限公司；Nicolet iS5傅里葉紅外光譜儀，美國(guó)Thermo Nicolet公司；耐熱烘箱DHG-9070、桌上型紫外老化箱BGD 852，廣州標(biāo)格達(dá)實(shí)驗(yàn)室儀器用品有限公司。

1.3 試驗(yàn)基準(zhǔn)配方

按照表1配方制備色漆，根據(jù)色漆顏色使用相應(yīng)顏料，阻聚劑按照0.5%用量進(jìn)行對(duì)比試驗(yàn)。

表1 基礎(chǔ)色漆配方Table 1 The basic formula of colored paint

1.4 性能測(cè)定

1.4.1 固化度（RAU）的測(cè)定

由于紫外光固化色漆不能厚涂，因此我們只能做很薄的涂膜來(lái)進(jìn)行測(cè)試研究，目前我們采用的是絲網(wǎng)印刷制膜。將色漆用400目的絲網(wǎng)印刷在200 g的白色銅版紙上，滿足涂膜在8 μm下印刷制膜，在同一紫外光汞燈固化條件，溫度25℃下靜置24 h后，在25℃，濕度50%的條件下用紅外光譜儀測(cè)試固化度。主要是利用丙烯酸酯中C=C的特征指紋區(qū)光譜（波數(shù)在808～810 cm-1處的吸收光譜）的峰高或峰面積在固化前后的變化來(lái)計(jì)算固化度RAU［3］。不同顏色色漆的固化能量如表2所示。

表2 不同顏色色漆的固化能量Table 2 The curing energy of colored paint with different colors

1.4.2 固化速率的測(cè)定

按GB/T 1728—1989《漆膜、膩?zhàn)幽じ稍飼r(shí)間測(cè)定法》中的指觸法來(lái)測(cè)定固化速率。

1.4.3 耐熱性能的測(cè)定

在烘箱中進(jìn)行耐熱性能的測(cè)定，試驗(yàn)條件是80℃，72 h，對(duì)比觀察體系外觀及黏度的變化。

2 結(jié)果與討論

2.1 阻聚劑對(duì)固化度（RAU）的影響

2.1.1 阻聚劑品種的影響

紫外光固化涂料的固化度是極其重要的一個(gè)考核指標(biāo)，準(zhǔn)確地說(shuō)，它是最直接影響紫外光固化行為的因素，反應(yīng)出體系的交聯(lián)程度。不同阻聚劑對(duì)固化度的影響見(jiàn)表3。

表3 不同阻聚劑對(duì)固化度（RAU）的影響Table 3 The effect of different polymerization inhibitor on curing degree（RAU）

從表3中可見(jiàn)，這4種阻聚劑中，MEHQ和510對(duì)固化度的影響較弱，對(duì)紫外光固化阻礙較小，而另外兩種阻聚劑對(duì)固化度的影響要大一些。僅固化度一項(xiàng)比較，MEHQ、510是相對(duì)首選的阻聚劑。

2.1.2 阻聚劑用量的影響

考察了兩種對(duì)固化度影響較小的阻聚劑的用量對(duì)色漆固化度的影響。MEHQ及510在白色和藍(lán)色體系中的表現(xiàn)分別見(jiàn)圖1和圖2。

與其它體系一樣，隨著阻聚劑用量的增大，色漆固化度變小。當(dāng)阻聚劑的用量＞0.5%后，就會(huì)有顯著的阻礙固化作用。由圖1、2可見(jiàn)，合適的阻聚劑用量為0.1%～0.5%，具體應(yīng)根據(jù)不同顏色對(duì)紫外光的吸收情況，來(lái)選擇阻聚劑的用量。

2.2 阻聚劑對(duì)耐熱性能的影響

通過(guò)比較色漆在耐熱老化前后的黏度變化情況來(lái)考察阻聚劑對(duì)色漆耐熱性能的影響，結(jié)果見(jiàn)表4。

由表4可見(jiàn)，不同色漆中幾種阻聚劑的表現(xiàn)是不一樣的：在白漆中表現(xiàn)最好的是MEHQ，其次是510；在藍(lán)漆和綠漆中，只有510表現(xiàn)得最好，耐熱前后黏度基本不變，其余3種阻聚劑體系都出現(xiàn)了不同程度的結(jié)塊固化；在紅漆中表現(xiàn)最好的是510和MTPHQ；在黑漆中表現(xiàn)最好的是MEHQ和510。綜合來(lái)看，在5種色漆中耐熱性最好的是510。

圖1 白漆中阻聚劑用量對(duì)固化度RAU的影響Figure 1 The influence of polymerization inhibitor content on the RAU of white paint

圖2 藍(lán)漆中阻聚劑用量對(duì)固化度RAU的影響Figure 2 The influence of the polymerization inhibitor content on the RAU of blue paint

表4 不同阻聚劑對(duì)色漆耐熱性能的影響Table 4 The effects of different polymerization inhibitor on heat resistance of colored paint

2.3 阻聚劑對(duì)固化速率的影響

阻聚劑對(duì)固化速率的影響見(jiàn)表5。

表5 阻聚劑對(duì)固化速率的影響＊Table 5 The effects of polymerization inhibitor on curing rate

由表5可見(jiàn)，在有色體系中阻聚劑對(duì)固化速率影響不是很大，但相對(duì)來(lái)說(shuō)，MEHQ、510表現(xiàn)較好。

3 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)考察耐熱穩(wěn)定性、固化度（RAU）、固化速率等幾方面性能，對(duì)幾種阻聚劑在紫外光固化色漆（紅、綠、藍(lán)、白、黑）中的應(yīng)用作了對(duì)比，結(jié)果表明：在有色體系中，對(duì)羥基苯甲醚（HEMQ）和N-亞硝基苯胲鋁鹽（510）是較合適的阻聚劑，但由于HEMQ在酞菁體系中達(dá)不到耐熱性的要求，不建議使用。因此在紫外光固化色漆中，N-亞硝基苯胲鋁鹽（510）是比較優(yōu)選的阻聚劑，其合適的用量為0.1%～0.5%。

1 施文芳.淺談我國(guó)輻射固化行業(yè)發(fā)展——新階段新里程［A］.2014第十五屆中國(guó)輻射固化年會(huì)論文集［C］.四川成都：中國(guó)感光學(xué)會(huì)輻射固化專業(yè)委員會(huì)，2014：15.

2 Ramsey S W. GRAS Bio-Based Materials for UV-Cured Coatings［J］. Paint & Coatings Industry，2012，28（7）：44-49.

3 余宗萍，黃世斌，丁海琳，等.紅外光譜在紫外光固化研發(fā)中的應(yīng)用［J］.上海涂料，2016（1）：37-40.