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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，引发具有化学反应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、纸张、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纸张涂料之后，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、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产业提供了发展机会，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，附着力都是最基本也是最重要的要求。对塑料基材而言，其表面性

质的差别直接影响到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表面张力高低等性质。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，降低液体涂料的表面张力，提高液体涂料对基材的润湿作用；二是，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张力，液体表面张力必须小于等于基材的表面张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列举了一些低表面张力值的单体。大多数塑料的表面张力值在32－50之间，因此这些低表面张力的单体可以提高对塑料基材的润湿作用。

表1：一些UV单体的表面张力值

产品名称	产品代号	表面张力(dynes/cm)
烷氧化新戊二醇二丙烯酸酯	CD9043	31.1
丙烯酸异冰片酯	SR506	31.7
(2)丙氧化新戊二醇二丙烯酸酯	SR9003	32.0
2（2-乙氧基乙氧基）乙基丙烯酸酯	SR256	32.4
三羟甲基丙烷缩甲醛丙烯酸酯	SR531	33.1

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降低UV涂料的固化收缩率，主要是通过选择合适的树脂和单体以及控制其比例，此外，固化的反应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，可以说明双键转化率、理论收缩率和实际收缩率的差别。因此要获得一个UV固化体系的体积收缩率，最好进行具体的实验来测试。

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	100％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 (%)
SR351	28	70	20	12
SR454	19	85	16	11.5
SR355	26	65	17	11
SR399	29	65	19	10

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。某些塑料基材如聚碳酸酯（PC）、聚氯乙烯（PVC）、聚苯乙烯（PS），会受到溶剂或者某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。固化以后漆膜和基材之间形成互穿网络结构，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, SR285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
产品代号	产品名称	产品性质	PC	PVC	PET	PS
SR238	1,6-己二醇二丙烯酸酯	快速固化、低挥发性、疏水主链	√	√	发布任务 √	√
SR256	2（2-乙氧基乙氧基）乙基丙烯酸酯	微溶于水、高活性稀释单体	√		√	电麻机√
SR285	四氢呋喃丙烯酸酯	含有四氢呋喃环状结构、对大多数底材具有良好的附着力	√	√	√	√
SR306	二缩三丙二醇二丙烯酸酯	低挥发性、低粘度				√
SR335	丙烯酸月桂酯	疏水性脂肪族长主链				√
SR339	2-苯氧基乙基丙烯酸酯	低挥发性、良好的耐化学性、耐水性	√			√
SR344	聚乙二醇(400) 二丙烯酸酯	低皮肤刺激性、可溶于水	√
SR395	丙烯酸异癸酯	疏水性脂肪族长主链、低收缩、耐候性				√
SR489	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				√
SR506	丙烯酸异冰片酯	耐候性、低收缩、耐水性、耐化学品性				√
SR9003	(2)丙氧化新戊二醇二丙烯酸酯	低粘度、低皮肤刺激性				√
SR9209	烷氧化脂肪族二丙烯酸酯	快速固化反应、低粘度、低皮肤刺激性	√
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对一些不能溶涨的基材，如聚乙烯、聚丙烯和某些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结构的UV树脂和单体来实现。表4中列举了几支特殊的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
CN704 CN710	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
CN966H90 CN966J75	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

二、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UV树脂和id卡制作UV单体的基本性质，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(%)
CN968	11000	1
CN9010	6700	2
CN963B80	7450	4
CN983	8400	4
CN985B88	7660	5
CN944B85	3000	48
CN9788	5150	52
CN929	2000	62
CN964	3300	98
CN965	2216	104
CN973H85	153	122
CN959	1300	125
CN996	3100	137
CN9001	4100	143
CN9893	4200	160
CN966J75	428	238
CN9782	1100	250

UV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，甚至是加入一些刚性的无机填料，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，因此表面硬度高的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0000＃钢丝绒的性能和硬度的关系。从表中可以看出，刚性结构的二官能聚氨酯丙烯酸酯和多官能的树脂和单体都可以达到较好的耐刮性。

表6：UV树脂和单体的结构特征与硬度和耐刮性能的关系

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产品代号	产品结构特征	在铝板上测试的硬度	0000＃钢丝绒来回测试10次
CN983	二官能，刚性结构的聚氨酯丙烯酸酯	6H	4次时出现痕迹
CN985	二官能，刚性结构的聚氨酯丙烯酸酯	7H	10次时无痕迹
CN 133	三官能，低粘度的环氧丙烯酸酯	7H	10次时无痕迹
CN 2303	六官能，超支化聚酯丙烯酸酯	8H	10次时无痕迹
CN 9006	六官能，聚氨酯丙烯酸酯	9H	10次时无痕迹
SR 368	三官能，刚性结构的单体	8H	10次时无痕迹
SR 295	四官能的单体	9H	10次时无痕迹
SR 399	六官能的单体	9H	10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相同的性质指标。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。比如采用175克力的RCA磨耗仪测试，要求达到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、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。比如，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）具有更好的疏水性结构，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，比如，CN307是一种聚丁二烯主链的UV低聚体，由于聚丁二烯的主链结构，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树脂和单体的结构提出不同的要求。无论对哪项耐化学性质，通过增加UV反应体系的交联密度都是提高UV涂层耐化学性质的有效办法。

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结构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。脂肪族结构比芳香族结构具有更好的耐黄变性质。对于聚酯主链和聚醚主链，由于聚醚结构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，还有一类特殊结构的聚氨酯丙烯酸酯低聚体，例如沙多玛公司的牌号CN9001和PRO30027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行曝光测试，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树脂和单体的结构是影响UV固化涂层的主要因素。当然通过加入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。

本文发布于:2024-09-22 18:28:29，感谢您对本站的认可！

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