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1、UV塑料涂料的性能及影响因素紫外光UV固化技术是利用紫外或可见光作为能源，引发具有化学反响活性的液态配方快速转变为固态的一种技术。uv固化技术已在我国得到广泛的重视，并且在各类基材上，如特别是在木器、纸*、塑料和金属等基材上获得普遍的应用。目前，塑料的UV涂料是继UV木器涂料和UV纸*涂料之后，在我国得到最广泛的研究。各种塑料基材在很多日常生活和工业领域得到广泛应用。例如，ABS、PS、PMMA 、PP和PC等塑料基材大量应用于摩托车、汽车、手机、家电等零部件。许多包装材料和标签都大量使用了 PE、PP、PET等塑料基材。在一些高档应用上，特种工程塑料如PA、PBT，复合材料如BMC、UP树脂
2、、三聚氰胺树脂，都得到应用。在这些塑料基材的不同应用上，应运了许多UV固化涂料的需求。这不仅给UV产业提供了开展时机，也对UV的配方工程师们带来了巨大的挑战。本文将着重讨论UV固化涂料的性质及其影响因素，以期对塑料基材的UV固化涂料的开发作些探讨。一、附着力对任何UV涂料的应用，附着力都是最根本也是最重要的要求。对塑料基材而言，其外表性质的差异直接影响到UV涂料的附着力。一般需要考虑到这些塑料基材的性质有：极性大小、有无结晶性、热塑性或者热固性以及外表*力上下等性质。从UV涂料配方的考虑，一般有三种因素可以提高对塑料基材的附着力。一是，降低液体涂料的外表*力，提高液体涂料对基材的润湿作用;二是
3、，降低UV涂料的固化收缩率；三是，对塑料基材适当的侵蚀咬底作用。不管对哪种塑料基材，涂料对基材的良好润湿作用是产生良好附着力的前提，特别是对于只有物理相互作用的体系更是如此。液体配方对基材的润湿好坏由两方面因素决定：一是液体配方和基材之间的界面*力，液体外表*力必须小于等于基材的外表*力才能获得良好的润湿，另一是配方的粘度也会影响到润湿的效果。表1列举了一些低外表*力值的单体。大多数塑料的外表*力值在32 - 50之间，因此这些低外表*力的单体可以提高对塑料基材的润湿作用。表1： 一些UV单体的外表*力值产品名称产品代号外表*力（dynes/cm）烷氧化新戊二醇二丙烯酸酯CD904331.1丙
4、烯酸异冰片酯SR50631.7(2)丙氧化新戊二醇二丙烯酸酯SR9332.022-乙氧基乙氧基乙基丙烯酸酯SR25632.4三羟甲基丙烷缩甲醛丙烯酸酯SR53133.1降低UV涂料的固化收缩率，主要是通过选择适宜的树脂和单体以及控制其比例，此外，固化的反响程度也是一个影响因素。一般来说，单位体积的双键密度越小，收缩率越小。因此，单官能单体比双官能单体的收缩率小，双官能单体比多官能单体的收缩率小，乙氧化和丙氧化的单体比非改性的单体的收缩率小，UV树脂的收缩率比单体的收缩率小。但是，在实际的UV固化过程中，固化收缩率是个复杂的、难以预测的指标，例如通过表2列举的一些多官能单体的收缩率数据，可以说明
5、双键转化率、理论收缩率和实际收缩率的差异。因此要获得一个UV固化体系的体积收缩率，最好进展具体的实验来测试。表2：单体的双键转化率与理论收缩率和实际收缩率的关系样品1%转化率下的理论收缩率(%)实测的双键转化率(%)该转化率下的理论收缩率(%)该转化率下的实测收缩率(%)SR35128702012SR45419851611.5SR35526651711SR39929651910要提高对塑料基材适当的侵蚀咬底作用，就要区分塑料基材的性质。*些塑料基材如聚碳酸酯PC、聚氯乙烯PVC、聚苯乙烯PS，会受到溶剂或者*些单体的物理侵蚀作用，这些单体对塑料基材有溶涨作用，因而产生很好的附着力。固化以后漆膜
6、和基材之间形成互穿网络构造，因此附着力特别好。表3中列举了 一些可以对塑料溶胀作用的单体。从表中可以看出SR238, SR256, SR28具有最好的溶涨作用，因此对提高与塑料基材的附着力尤为有效。表3: 一些可以对塑料溶胀作用的单体列表产品代号产品名称产品性质可溶胀的塑料PCPVCPETPSSR2381,6-己二醇二丙烯酸酯快速固化、低挥发性、疏水主链3333SR25622-乙氧基乙氧基乙基微溶于水、高活性稀释单体333丙烯酸酯SR285四氢呋喃丙烯酸酯含有四氢呋喃环状构造、对大多数底材具有良好的附着力3333SR306二缩三丙二醇二丙烯酸酯低挥发性、低粘度3SR335丙烯酸月桂酯疏水性脂肪
7、族长主链3SR3392-苯氧基乙基丙烯酸酯低挥发性、良好的耐化学性、耐水性33SR344聚乙二醇(4)二丙烯酸酯低皮肤刺激性、可溶于水3SR395丙烯酸异癸酯疏水性脂肪族长主链、低收缩、耐候性3SR489丙烯酸十三烷基酯低气味、低收缩、高冲击强度、良好的耐水性3SR506丙烯酸异冰片酯耐候性、低收缩、耐水性、耐化学品性3SR93(2 )丙氧化新戊二醇二丙烯酸酯低粘度、低皮肤刺激性3SR9209烷氧化脂肪族二丙烯酸酯快速固化反响、低粘度、低皮肤刺激性3对一些不能溶涨的基材，如聚乙烯、聚丙烯和*些PET聚酯，提高对这类基材的附着力必须通过提高润湿作用和采用特殊构造的UV树脂和单体来实现。表4中列举
8、了几支特殊的UV树脂，这类树脂对PE、PP或者PET等特殊塑料基材提供良好附着力。表4.对难附着的塑料基材有附着促进作用的低聚物产品代号产品名称产品性质和特点704710丙烯酸酯化的聚酯树脂柔软性好、对各种塑料基材良好的粘结力，尤其对难附着基材的附着力有帮助966H90966J75脂肪族聚氨酯丙烯酸酯齐聚体高分子量，断裂伸长率极高，对塑料良好的粘结力、力学性质如柔软性、硬度、耐磨性、耐刮性等性能UV涂膜的性质影响到UV涂料的最终性质和对基材的保护。通过了解树脂和UV单体的根本性质，可以指导对配方的设计。例如，有些公司提供UV树脂的拉伸强度和断裂伸长率的数据，从这些数据可以指导设计出不同的漆膜柔
9、软性、弹性、韧性和刚性等性质。表5列举了一些聚氨酯丙烯酸酯低聚体的拉伸强度和断裂伸长率的数据。表5：聚氨酯丙烯酸酯低聚体的拉伸强度和断裂伸长率产品代号拉伸强度psi断裂伸长率(%)96811019010672963B8074504983844985B8876605944B8530489788515052929206296433989652216104973H8515312295913125996311379141143989342160966J75428238978211250UV涂料的硬度，主要取决于基材和UV涂层的性质。对于UV涂层而言，通过提高漆膜的交联密度，增加刚性基团，甚至是参加一些
10、刚性的无机填料，是提高硬度的主要方法。UV涂料的耐刮性质和硬度有很大的关系，耐刮性质主要指的是漆膜抵抗外界坚硬物质破坏的能力，因此外表硬度高的UV涂料具有更好的耐刮性能。表6列举了 一些UV树脂和单体的耐 #钢丝绒的性能和硬度的关系。从表中可以看出，刚性构造的二官能聚氨酯丙烯酸酯和多官能的树脂和单体都可以到达较好的耐刮性。表6： UV树脂和单体的构造特征与硬度和耐刮性能的关系产品代号产品构造特征在铝板上测试的硬度 #钢丝绒来回测试10次983二官能，刚性构造的聚氨酯丙烯酸酯6H4次时出现痕迹985二官能，刚性构造的聚氨酯丙烯酸酯7H10次时无痕迹133三官能，低粘度的环氧丙烯酸酯7H10次时无
11、痕迹2303六官能，超支化聚酯丙烯酸酯8H10次时无痕迹96六官能，聚氨酯丙烯酸酯9H10次时无痕迹SR 368三官能，刚性构造的单体8H10次时无痕迹SR 295四官能的单体9H10次时无痕迹SR 399六官能的单体9H10次时无痕迹UV涂料的耐磨性质关系到UV涂膜对塑料基材的保护效果。耐磨和耐刮是两个既联系又不一样的性质指标。有些应用场合，如UV手机涂料和一些高档的电子产品的UV涂料，对耐磨性质的要求比较高。比方采用175克力的RCA磨耗仪测试，要求到达350次以上，对于这类应用，采用高官能的聚氨酯丙烯酸酯和高官能的单体搭配作为UV树脂的主体，是解决耐磨性的最有效方法。三、化学性质如耐水性
12、、耐酸、耐碱、耐化学试剂UV树脂和单体作为UV涂料的主要成膜物质，对UV涂料的化学性质有重要的影响。通过增加疏水性基团和减少亲水性基团可以提高耐水性质。比方，己二醇二丙烯酸酯单体SR238相对于三丙二醇二丙烯酸酯单体SR306具有更好的疏水性构造，因此具有更好的耐水性。乙氧化或者丙氧化改性的单体和未改性的相应单体比较，未改性的单体具有更好的耐水性。特殊的疏水性主链对提高耐酸和耐碱的性质也非常有帮助，比方，307是一种聚丁二烯主链的UV低聚体，由于聚丁二烯的主链构造，决定了这类物质具有很好的耐酸、耐碱和耐水性能。对于耐有机溶剂，则要考虑到溶剂本身的溶解性和极性，因此对UV树脂和单体的构造提出不同
13、的要求。无论对哪项耐化学性质，通过增加UV反响体系的交联密度都是提高UV涂层耐化学性质的有效方法。四、耐候性质UV涂料的耐候性质，一般指的是UV涂料在使用过程中，抵抗大自然的紫外线、热、水、氧气以及化学物质的破坏的作用。常见的测试指标有漆膜光泽的变化、漆膜颜色的变化以及漆膜力学性能的变化。对于常见的各种UV低聚体，如环氧丙烯酸酯、聚酯丙烯酸酯、聚氨酯丙烯酸酯，以脂肪族的聚氨酯丙烯酸酯的耐候性最好。因此对聚氨酯丙烯酸酯的研究最多。聚氨酯丙烯酸酯按照主链构造可以分为脂肪族主链和芳香族主链，又可以分为聚酯主链和聚醚主链。脂肪族构造比芳香族构造具有更好的耐黄变性质。对于聚酯主链和聚醚主链，由于聚醚构造
14、更容易受到氧气的降解作用，因此聚酯主链比聚醚主链的聚氨酯丙烯酸低聚体具有更好的耐黄变性质。此外，还有一类特殊构造的聚氨酯丙烯酸酯低聚体，例如沙多玛公司的牌号91和PRO327的产品，具有优异的力学性能，而且耐候性十分优越。该UV树脂的固化涂层在美国的佛罗里达州进展曝光测试，经过四年测试后，黄变指数仍然很低，只有0.7左右的数值。因此，UV树脂和单体的构造是影响UV固化涂层的主要因素。当然通过参加紫外线吸收剂和稳定剂，也是提高UV涂层耐候性的行之有效的方法。小结：本文通过分析UV塑料涂料的性能要求及其影响因素，试图说明UV塑料涂料的性能与UV低聚体及单体构造的关系。从本质上说，任何UV涂料性能都是由该涂料组成物的构造决定的，此外，UV涂料和基材的界面作用也是影响其性能的重要因素。对于附着力，综合考虑塑料基材的外表性质，从提高润湿作用、减少收缩以及增加分子间吸附力等方式来提高附着力。对于硬度、耐磨和耐刮的性能要求，主要从提高UV树脂和单体的刚性和交联密度等方法来实现。对于耐化学性质和耐候性，从UV树脂和单体的极性、溶解性、抗降解能力等构造特征来考虑。因此对于UV涂料的配方工程师，了解
