紫外光固化涂料及其研究進(jìn)展

陸銀秋，吳培龍，陳建國，朱書文

（江蘇景宏新材料科技有限公司 江蘇 宿遷 223800）

1 引言

紫外光固化涂料簡稱為UV固化涂料，利用輻照固化技術(shù)而生成的環(huán)保型涂料，在紫外光的照射之下，能夠在短時(shí)間內(nèi)交聯(lián)固化，形成良好的涂膜。與傳統(tǒng)的溶劑型涂料相比，UV固化涂料的有機(jī)揮發(fā)組分排放量較少，環(huán)保節(jié)能效果更好，具有良好的應(yīng)用前景。上個(gè)世紀(jì)70年代后期，德國拜耳公司成功開發(fā)UV固化涂料，并對(duì)其進(jìn)行商品化生產(chǎn)，此后，美國研制出基于丙烯酸酯的紫外光固化涂料，引起了人們的廣泛關(guān)注，為了保證UV固化涂料能夠得到更好的應(yīng)用，本文主要分析UV固化涂料的組成成分與研究進(jìn)展。

2 研究紫外光固化涂料的現(xiàn)實(shí)意義

UV固化涂料與我們所了解的液體涂料不同，其屬于無溶劑環(huán)保型涂料，具有節(jié)能效果好、工藝簡單等特點(diǎn)，在金屬器件涂裝過程中，具有良好的應(yīng)用效果。由于熱固型粉末涂料的加工溫度比較高，涂料固化時(shí)間較長，在熔融的過程當(dāng)中，很容易發(fā)生桔皮現(xiàn)象，嚴(yán)重影響涂料表面質(zhì)量。通過研究UV固化涂料的組成與應(yīng)用，能夠保證UV固化涂料的儲(chǔ)存穩(wěn)定性得到更好提升，彌補(bǔ)熱固型粉末涂料的缺點(diǎn)，如UV固化涂料的熔融溫度在100℃到140℃之間，相比于熱固型粉末涂料，UV固化涂料的熔融溫度要低，再加上其固化速度比較快，在合金熱敏材料與熱敏基材等部件涂裝中取得了良好的應(yīng)用效果[1]。

除此之外，相比于紫外固化液體涂料，UV固化涂料中的各項(xiàng)原料主要采用高分析質(zhì)量樹脂，減小了活性稀釋劑對(duì)涂料質(zhì)量的影響，其收縮率特別低，進(jìn)一步提升了涂料對(duì)基材的附著力。通過涂裝一次UV固化涂料，就能夠形成質(zhì)量上乘的厚漆膜，能夠有效減少多次涂覆的繁雜工藝。通過分析UV固化涂料的組成成分，能夠有效減少生態(tài)環(huán)境污染，幫助相關(guān)工作人員更好的掌握UV固化涂料涂覆流程，節(jié)省涂料涂覆時(shí)間，具有良好的生態(tài)環(huán)境優(yōu)勢與經(jīng)濟(jì)效益優(yōu)勢。

3 紫外光固化涂料組成成分與應(yīng)用領(lǐng)域

3.1 組成成分

UV固化涂料主要由四部分組成，分別是低聚物、單體、光引發(fā)劑、助劑等，其固化反應(yīng)歷程比較簡單，在光輻射作用下，引發(fā)劑逐漸分解，生成一定量的自由基，自由基能夠引發(fā)單體/低聚物聯(lián)合交聯(lián)。根據(jù)相關(guān)研究表明，如果光引發(fā)劑的引發(fā)效率較低，會(huì)增加UV固化涂料配方成本，降低光固化速率，因此，結(jié)合引發(fā)劑的問題，相關(guān)研究人員提出了多種固化技術(shù)，常見的主要有光暗固化技術(shù)與混雜固化技術(shù)等。

3.2 應(yīng)用領(lǐng)域

UV固化涂料中的低聚物能夠形成良好的固化膜交聯(lián)網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)骨架，對(duì)產(chǎn)品的物理性能與化學(xué)性能產(chǎn)生較大影響，多官能團(tuán)單體能夠?qū)ε浞狡鸬揭欢ǖ南♂屪饔?，不但能夠提高涂料的可加工性，而且能夠加快光固體體系的聚合速度[2]。例如，在涂裝木器漆的過程當(dāng)中，相關(guān)工作人員可以按照以下流程進(jìn)行涂裝：首先，MDF毛坯全面處理，保證其表面的灰塵全部清除；其次，噴涂定量的UV固化涂料，并利用紅外線進(jìn)行熔融處理，加強(qiáng)紫外線固化速度；最后，對(duì)MDF進(jìn)行全面檢驗(yàn)。UV固化粉末涂料涂裝工藝參數(shù)見表1。

表1 UV固化粉末涂料涂裝工藝常見參數(shù)

將UV固化涂料應(yīng)用到塑料制品當(dāng)中，能夠有效提升塑料制品的穩(wěn)定性能，防止塑料制品出現(xiàn)變形或者脫氣現(xiàn)象。近些年來，伴隨合金制品的應(yīng)用范圍越來越廣泛，UV固化涂料的使用量逐年增加，如果應(yīng)用傳統(tǒng)的粉末涂料裝飾，在115℃下，會(huì)對(duì)合金的金相性能產(chǎn)生較大影響。在防震器、電動(dòng)機(jī)等預(yù)制配制品當(dāng)中，由于其表層要安裝電子元件與塑料等熱敏感部件，如果采用傳統(tǒng)涂料，會(huì)嚴(yán)重影響這些熱敏感部件的安全性，通過合理應(yīng)用UV固化涂料，能夠有效提升合金與預(yù)制裝配品的耐腐蝕性能。

4 紫外光固化涂料研究進(jìn)展

4.1 UV固化水性涂料

由于常規(guī)的UV固化涂料中采用的活性稀釋單體具有強(qiáng)烈的刺激氣味，會(huì)對(duì)人體的皮膚產(chǎn)生較大刺激，再加上固化之后的殘留稀釋單體影響產(chǎn)品各項(xiàng)安全指標(biāo)，使得傳統(tǒng)的UV固化涂料應(yīng)用范圍有限。與常規(guī)的UV固化涂料不同，以水為主要溶劑的UV固化水性涂料能夠有效提升產(chǎn)品的安全性能，刺激氣味非常小，幾乎合理忽略不計(jì)，UV固化水性涂料的黏度較低，適用于噴涂，逐漸成為了UV固化涂料主要發(fā)展方向之一[3]。

UV固化水性涂料主要由光引發(fā)劑、齊聚物、水與助劑組成，由于該水性涂料中采用的齊聚物具有不飽和基團(tuán)，并且水性涂料自身具有良好的親水性，因此，相關(guān)工作人員需要在齊聚物中加入一定的親水性基團(tuán)或者鏈段，常見的主要有磺酸基、叔胺基鏈段等等。研究表明，聚氨酯丙烯酸酯涂料的綜合性能最佳，具體見表2。

表2 紫外光固化端烯基聚胺酯涂料性能

4.2 改良型UV固化涂料

普通的UV固化涂料主要采用不飽和聚酯、聚氨酯丙烯酸酯與環(huán)氧丙烯酸酯等為主要的齊聚物，再加入適量的活性稀釋劑與光引發(fā)劑，為了保證UV固化涂料得到更加廣泛的應(yīng)用，相關(guān)研究人員開發(fā)了UV納米固化涂料與UV固化有機(jī)硅涂料等。其中，UV納米固化涂料的界面效應(yīng)與體積效應(yīng)比較明顯，已經(jīng)成為幾年來人們研究的熱點(diǎn)。將SiO2粒子加入到UV固化環(huán)氧丙烯酸酯涂料當(dāng)中，能夠有效提升涂膜的固化速率，保證涂膜的硬度與熱穩(wěn)定性得到全面提升，但是，該涂料很容易出現(xiàn)粒子分散現(xiàn)象，有關(guān)研究人員為了更好的解決這個(gè)問題，在納米涂料當(dāng)中加入了一定量的TiCL4與三乙醇胺，有效延長了涂料的耐粉化時(shí)間。

UV固化有機(jī)硅涂料具有良好的耐高溫與電絕緣性能，在電力與印刷領(lǐng)域得到較好的應(yīng)用，為了保證UV固化有機(jī)硅涂料得到高效應(yīng)用，相關(guān)研究人員經(jīng)常將有機(jī)硅分子進(jìn)行交聯(lián)固化，使得有機(jī)硅分子形成更加穩(wěn)定的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，減少環(huán)境污染的產(chǎn)生。

4.3 UV固化粉末涂料

UV固化粉末涂料是普通的粉末涂料與UV固化技術(shù)結(jié)合而來的新技術(shù)，UV固化粉末涂料在熔融的過程當(dāng)中，樹脂不會(huì)發(fā)生固化，使得涂層流平與驅(qū)除氣泡操作得以順利進(jìn)行，防止熱固化粉末涂料出現(xiàn)桔皮現(xiàn)象。UV固化技術(shù)能夠保證涂料加熱與固化溫度得到更好的降低，不僅能夠提升生產(chǎn)效率，而且有效節(jié)省能源的使用量，為UV固化粉末涂料開辟了更加廣闊的應(yīng)用空間。

為了保證UV固化粉末涂料的抗沖擊性能得到更好提升，相關(guān)研究人員在聚酯分子鏈當(dāng)中引入一段比較柔軟的分子鏈段，形成無定型與半晶型兩種不同結(jié)構(gòu)的不飽和酯樹脂，將其應(yīng)用到UV固化粉末涂料植被當(dāng)中，能夠有效提升涂膜的正沖擊強(qiáng)度與反沖擊強(qiáng)度，有效縮短了涂層的固化時(shí)間。結(jié)合大量的研究數(shù)據(jù)表明，影響UV固化粉末涂料耐溶劑性能與附著力的關(guān)鍵為固化度，通過合理控制涂料的耐溶劑性能，能夠保證涂層的固化度達(dá)到99%。在UV固化粉末涂料當(dāng)中加入定量的改性與未改性超支化樹脂，能夠保證樹脂體系的玻璃化溫度不斷下降，由原來的47.21℃降低到42.97℃。

5 結(jié)語

綜上，通過詳細(xì)介紹UV固化涂料研究進(jìn)展，如UV固化水性涂料、改良型UV固化涂料與UV固化粉末涂料應(yīng)用現(xiàn)狀，能夠幫助相關(guān)研究人員更好的了解UV固化涂料應(yīng)用過程中出現(xiàn)的問題，保證UV固化涂料得到更加高效的應(yīng)用。對(duì)于相關(guān)研究人員而言，在實(shí)際工作當(dāng)中，要不斷學(xué)習(xí)國內(nèi)外先進(jìn)的UV固化涂料生產(chǎn)工藝，并根據(jù)現(xiàn)有UV固化涂料使用過程中經(jīng)常出現(xiàn)的問題，制定更加科學(xué)、高效的解決對(duì)策。