紫外光固化抗菌耐污清面涂料的研究與應(yīng)用

胡石成，王金歡，李冠來

（1.上海展辰涂料有限公司，上海 201700；2.浙江圣奧有限公司，浙江杭州 311200）

0 引言

紫外光固化涂料的固化機(jī)理是涂料中的光引發(fā)劑吸收紫外光而分解成自由基或離子，引發(fā)低聚物進(jìn)行聚合、接技、交聯(lián)等化學(xué)反應(yīng)后達(dá)到固化成連續(xù)的涂膜。它可廣泛應(yīng)用在家具、櫥柜、地板木門等涂裝領(lǐng)域。隨著涂料技術(shù)的高質(zhì)量發(fā)展和人們對美好生活的向往，消費者希望家具既能經(jīng)久耐用，又具有抗菌性和耐沾污的效果。雖然市面上的紫外光固化涂料具有硬度、交聯(lián)密度高，耐污等優(yōu)點，但是少有兼顧良好的抗菌性和耐沾污功能。為此，通過采用特殊的光引發(fā)劑和抗菌劑、經(jīng)特殊處理的硬質(zhì)填料以及合理搭配的配方體系，研制了一款紫外光固化抗菌耐污清面涂料，只需輥涂一道，就可實現(xiàn)快速干燥，且具有抗菌性、耐污性，能滿足機(jī)械化施工程度較高的木地板、家裝公司的生產(chǎn)要求，既保證了涂裝效果，又節(jié)省了涂裝成本。

1 試驗部分

1.1 原材料

主體樹脂：改性環(huán)氧丙烯酸酯樹脂HM302，江蘇坤隆新材料有限公司；改性環(huán)氧丙烯酸酯樹脂S5325，珠海展辰新材料股份有限公司；九官能度脂肪族聚氨酯樹脂3910，廣東中山科田化工有限公司；九官能度脂肪族聚氨酯樹脂ZC6590，廣東開平姿彩新材料有限公司；氟改性樹脂（L6905A、L6905C），廣東東莞藍(lán)柯路新材料有限公司。

單體：二丙二醇二丙烯酸酯（DPGDA）、1.6-已二醇二丙烯酸酯（HDDA），江蘇三木化工股份有限公司。

粉料：RAD2105 改性二氧化硅，美國格雷斯公司；三氧化二鋁（30 μm、5 μm），山東濟(jì)南魯信化工有限公司。

助劑：抗污劑TEGO450、消泡劑TEGO920、氣相二氧化硅R972，贏創(chuàng)德固賽（中國）投資有限公司；抗菌劑PT100，南京天詩新材料科技有限公司；分散劑BYK2009，德國畢克公司；光引發(fā)劑1173、光引發(fā)劑TPO，天津久日新材料股份有限公司；胺類助引發(fā)劑RY4103，江蘇瑞陽化工股份有限公司。

1.2 實驗儀器及設(shè)備

環(huán)保木器實驗室用變頻分散機(jī)、刮板細(xì)度計、黏度計，上?，F(xiàn)代環(huán)境工程有限公司；恒溫恒濕箱，上海一恒科學(xué)儀器有限公司；電子分析天平計量器，上海精密儀器儀表有限公司；UV 輥涂機(jī)、UV 光固化機(jī)，臺灣豐巧機(jī)械（昆山）有限公司；制冷加熱一體機(jī)，廣東省東莞市廣聲試驗設(shè)備有限公司。

1.3 紫外光固化抗菌耐污清面涂料的制備工藝

紫外光固化抗菌耐污清面涂料的基礎(chǔ)配方見表1。

表1 紫外光固化抗菌耐污清面涂料的基礎(chǔ)配方Table 1 Basic formula of UV-cured antibacterial and antifouling clear topcoat

紫外光固化抗菌耐污清面涂料的制備工藝：根據(jù)表1 配方，在干凈的容器里緩慢加入1～5，然后放入變頻分散機(jī)中，中速攪拌10 min 至混合均勻；邊攪拌邊依次加入原材料6～10，中速分散10 min，至混合均勻；在低速攪拌下，加入物料11～13，再高速分散30 min；進(jìn)行成品細(xì)度檢測，控制細(xì)度≤30 μm；在低速攪拌時加入原材料14，中速分散10 min。最后獲得樣漆，備用。

1.4 性能檢測指標(biāo)及檢測方法

在做好底漆的硅酸鈣板（40 cm×60 cm）上，采用輥涂機(jī)（臺灣豐巧FC-W2-CR-AHH）對樣漆進(jìn)行涂裝，面漆流平8 s 后固化，依據(jù)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行檢測，涂料相關(guān)性能檢測指標(biāo)見表2。

表2 涂料性能檢測指標(biāo)Table 2 The performance test index of the coatings

2 結(jié)果與討論

2.1 樹脂的選擇

4 種樹脂的性能參數(shù)見表3。

表3 4 種樹脂的性能參數(shù)Table 3 Performance parameters of four types of resins

按照紫外光固化抗菌耐污清面涂料的基礎(chǔ)配方（表1），在其他原材料添加量不變的基礎(chǔ)上，制定了4 種樹脂——1#、2#、3#、4#的搭配方案，如表4 所示。不同樹脂的搭配方案對涂料性能的影響見表5。

表4 4 種樹脂的搭配方案Table 4 Matching schemes of four types of resins

九官能度脂肪聚氨酯樹脂固化速度快，成膜硬度高，超耐磨，如果將其作為成膜物質(zhì)單獨使用，漆膜交聯(lián)度較大，會導(dǎo)致漆膜偏硬偏脆，附著力等不良現(xiàn)象；改性環(huán)氧丙烯酯兼顧丙烯酸的快干和漆膜硬度以及對粉料很好的分散性，性價比高，且具有良好的柔韌性。因此將改性環(huán)氧丙烯酸酯樹脂和九官能脂肪族聚氨酯樹脂互配使用來滿足產(chǎn)品性能和產(chǎn)品施工的要求。由表5 可見，1#方案和2#方案的涂料物性指標(biāo)較好，但1#方案涂料表觀黏度偏大，施工的寬容性欠佳，不利于涂布量的控制，故選擇2#方案——50 %改性環(huán)氧丙烯酸酯樹脂HM302 和50 %九官能度脂肪族聚氨酯樹脂3910。

2.2 單體的選擇

由于紫外光固化抗菌耐污清面涂料應(yīng)具有良好的流平性，所以在使用高黏度樹脂時，需要配合使用低黏度的單體來降低黏度。三官或以上的單體降低體系黏度效果差，用以輔助主樹脂提供更好的交聯(lián)密度，二丙二醇二丙烯酸酯（DPGDA）較三丙二醇二丙烯酸酯（TPGDA）的支鏈少，稀釋能力更強(qiáng)。1，6-己二醇二丙烯酸酯（HDDA）有一定的消光能力，可以減少啞粉的使用量，從而提高施工時的流動性，有利于更好的循環(huán)使用。

根據(jù)篩選好樹脂（2#方案），按照表1 的基礎(chǔ)配方，除單體外，其他原料的種類和添加量保持一致，進(jìn)行單體的篩選試驗。3 種單體的搭配方案見表6，不同單體的搭配方案對涂料性能的影響見表7。

表6 3 種單體的搭配方案Table 6 Matching schemes of three kinds of monomers

表7 不同單體的搭配方案對涂料性能的影響Table 7 The effects of different monomer matching schemes on the coatings’ performances

由表7 可知，5#方案綜合性能最優(yōu)，即14 %二丙二醇二丙烯酸酯（DPGDA）、5 %三丙二醇二丙烯酸酯（TPGDA）、4 % 1，6-己二醇二丙烯酸酯（HDDA）互配使用，可使體系得到良好流平性和施工黏度。

2.3 硬質(zhì)填料的選擇

由于紫外光固化抗菌耐污清面涂料應(yīng)具有耐磨的特點，所以需要加入部分改性二氧化硅之外的硬質(zhì)填料來提高耐磨程度。根據(jù)篩選好的樹脂和單體，參照表1 的基礎(chǔ)配方，除硬質(zhì)填料外，其它原料的種類和添加量保持一致，進(jìn)行硬質(zhì)填料的篩選試驗。硬質(zhì)填料的搭配方案見表8，不同硬質(zhì)填料的搭配方案對涂料性能的影響見表9。

表8 硬質(zhì)填料的搭配方案Table 8 Matching schemes of hard fillers

表9 不同硬質(zhì)填料的搭配方案對涂料性能的影響Table 9 The effects of different matching schemes of hard fillers on the coatings’ performances

從上述實驗可以得出，方案9#——8 %三氧化二鋁（30 μm）和4 %三氧化二鋁（5 μm）可使涂料體系的綜合性能得到保障。傳統(tǒng)三氧化二鋁具有硬度高、價格適中、易添加和UV 涂料體系相容性好的優(yōu)勢。粒徑越細(xì)，體系穩(wěn)定性越好、漆膜越細(xì)膩；粒徑越粗，其吸油量變小，耐磨性效果提升，漆膜表面變得粗糙，耐污效果會下降，而且長時間的貯存極易出現(xiàn)分層或沉淀現(xiàn)象。所以需將二者合理搭配使用，兼顧漆膜透明性、耐磨性和耐污性。

2.4 抗菌劑的選擇

VANQUISH 100 抗菌劑是一種新型的抗菌產(chǎn)品，并能給予涂膜長效表面抗菌性能；ZN90 抗菌產(chǎn)品用于保護(hù)高分子材料產(chǎn)品免受細(xì)菌和霉菌的影響，能夠有效對抗大腸桿菌、金黃色葡萄球菌；PT100 抗菌劑是一種有效的聚合物防腐劑，可用于保護(hù)聚氨酯等涂料干膜。這3 種抗菌劑的抗菌效果均＞ 97 %。

根據(jù)篩選好的樹脂、單體、硬質(zhì)填料，參照表1的基礎(chǔ)配方，除抗菌劑之外，其中其它原料的種類和添加量保持一致，對抗菌劑進(jìn)行篩選試驗和測試。表10 為抗菌劑的搭配方案，表11 為不同抗菌劑搭配方案對涂料性能的影響。

表10 抗菌劑的搭配方案Table 10 Matching schemes of antibacterial agents

表11 不同抗菌劑搭配方案對涂料性能的影響Table 11 The effects of different matching schemes of antibacterial agents on the coatings’ performances

從以上實驗可以得出，方案13#的涂料綜合性能最優(yōu)，使用PT100 和ZN90 抗菌劑的組合最好，可以通過歐洲ABGG 標(biāo)準(zhǔn)中的相關(guān)要求。

2.5 改性二氧化硅的選擇

為了使紫外光固化抗菌耐污清面涂料的光澤滿足市場的需求——四分光，通過使用改性二氧化硅以降低體系的光澤。另外，良好的改性二氧化硅也能輔助氣相二氧化硅達(dá)到更好的防沉效果。

根據(jù)篩選好樹脂、單體、硬質(zhì)填料和抗菌劑，按照表1 的基礎(chǔ)配方，除改性二氧化硅外，其它原材料和添加量保持一致，進(jìn)行改性二氧化硅的篩選實驗。表12 改性二氧化硅的搭配方案，表13 為不同改性二氧化硅搭配方案對涂料性能的影響。

表12 改性二氧化硅的搭配方案Table 12 Matching schemes of modified silicas

表13 不同改性二氧化硅搭配方案對涂料性能的影響Table 13 The effects of different matching schemes of modified silicas on the coatings’ performances

由表13 可見，16#方案——僅使用6 %格雷斯RAD2105作為消光體系能使整個配方體系在保證其它物性的前提下，具有更好的耐磨性和耐污性。格雷斯RAD2105 二氧化硅表面經(jīng)過特殊的蠟處理，具有良好的消光作用、分散性和貯存穩(wěn)定性。

2.6 氟改性樹脂的選擇

由于紫外光固化抗菌耐污清面涂料應(yīng)具有耐污的特點，在使用高黏度的主樹脂同時，需要使用氟改性樹脂來降低體系的表面張力，到達(dá)更好的耐污效果。

根據(jù)篩選好樹脂、單體、硬質(zhì)填料、抗菌劑和改性二氧化硅，按照表1的基礎(chǔ)配方，除氟改性樹脂外，其它原材料的種類和添加量保持一致，對氟改性樹脂進(jìn)行篩選實驗和測試。表14為氟改性樹脂的搭配方案，表15為不同氟改性樹脂搭配方案對涂料性能的影響。

表14 氟改性樹脂的搭配方案Table 14 Matching schemes of fluorine modified resins

表15 不同氟改性樹脂搭配方案對涂料性能的影響Table 15 The effects of matching schemes of different fluorine modified resins on the coatings’ performances

由表15 可見，氟改性樹脂L6905A 具有高效的抗污、高耐磨效果，它能確保涂料的綜合性能，使體系獲得更好的耐污性和耐磨性。所以故選用20#方案——5 %氟改性樹脂L6905A。

2.7 施工涂布量的選擇

根據(jù)以上篩選好的原材料制備紫外光固化抗菌耐污清面涂料，并且在已涂覆清底漆的木板上進(jìn)行施工，研究不同施工涂布量對涂料性能的影響，見表16。

表16 不同施工涂布量對涂料性能的影響Table 16 The effect of different construction coating weight on the coatings’ performances

由表16 可知，當(dāng)施工涂布量為12 g/m2時，涂料的綜合性能最佳。這也滿足各個生產(chǎn)廠家的設(shè)備要求。涂布量過大，耐磨效果會提升，但因漆膜表面較粗糙，導(dǎo)致易藏污納垢，降低耐污效果；涂布量偏小，耐污效果會提升，但耐磨效果會降低。

3 結(jié)語

通過對原材料進(jìn)行篩選，選擇合適的主樹脂（50 %九宮能度脂肪族聚氨酯樹脂3910、50 %改性環(huán)氧丙烯酸樹脂HM302）、單體［14 %二丙二醇二丙烯酸酯（DPGDA）、5 %三丙二醇二丙烯酸酯（TPGDA）、4 % 1，6-已二醇二丙烯酸酯（HDDA）］、硬質(zhì)填料［8 %三氧化二鋁（30 μm）和4 %三氧化二鋁（5 μm）］、改性二氧化硅（6 %格雷斯RAD2105）、抗菌劑（2 %PT100 和2 % ZN90）、氟改性樹脂（5 %氟改性樹脂L6905A），從而制備出性能優(yōu)異的紫外光固化抗菌耐污清面涂料，各項涂料性能指標(biāo)（黏度、光澤、干燥速度、硬度、耐磨性、耐污性、抗菌性等）均滿足要求。經(jīng)過輥涂設(shè)備應(yīng)用測試，當(dāng)施工涂布量為12 g/m2時，滿足工廠實際生產(chǎn)需求。