紫外光固化涂料及其发展状况.pdf

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第32卷第2期
广州化学
VOL32. No.2
2007年6月
Guangzhou Chemistry
June. 2007
紫外光固化涂料及其发展状况
李晓勇,游长江,张小燕,方旻
(华南理工大学材料科学与工程学院,广东广州510640)
摘要:紫外光固化涂料具有高效率、低消耗的特点,是一种新型环保节能型涂料。文章综述了
紫外光固化涂料的特点、固化原理、主要组成包括齐聚物、活性稀释剂、光引发剂和助剂以及紫
外光固化涂料的发展前景。
关键词:紫外光;固化涂料;齐聚物;活性稀释剂;光引发剂
中图分类号:TQ630
文献标识码:A
文章编号:1009-220X(2007)02-0066-06
随着人们生活水平的提高,人们对环境保护的呼吁越来越强烈,传统的溶剂型涂料已经
不能满足人们的要求。因此,涂料向高固含量涂料、水性涂料、粉末涂料、辐射固化涂料的
方向发展。近年来,人们将紫外光固化技术与涂料结合,成功开发了紫外光固化涂料。紫
外光固化涂料具有高效率、低消耗的优点,并具有许多传统涂料无法比拟的优点,是一种环
境友好型涂料冏。紫外光固化还可以通过改变单体和低聚物来满足不同的要求
近年来光固化涂料产量高速增长,其中光固化塑料涂料、光固化喷瞾和油墨发展很快。
我国光固化产业自20世纪90年代初实现规模生产以来,光固化产品产量一直保持两位数的年
增长率,已发展成为继美国、日本之后,全球第三大辐射固化产品产地,其中以光固化涂料
产量最大。
本文主要从紫外光固化涂料的组成的开发以及影响紫外光固化涂料性能的因素等方面
综述了近年来紫外光固化涂料的研究进展
1紫外光固化涂料
当紫外光照射紫外光(UV)固化涂料时,将激发分解涂料中的光引发剂,生成游离基,
活性游离基撞击涂料中的双键并反应形成增长链,这一反应继续延伸,使活性稀释剂和齐聚
物中的双键断开、交联而成膜。
紫外光固化涂料主要由光活性齐聚物、光活性单体、光引发剂和助剂四部分组成
1.1齐聚物(光敏树脂)
齐聚物是光固化产品的主要组分,是光固化配方中的基料树脂,決定着固化后产品的基
本性能(包括硬度、柔初性、附着力、光学性能、耐老化等),其官能团的种类影响着涂料
的固化速度,对涂料的性能起着决定性的作用。齐聚物是含有C=C不饱和双键的低分子量
树脂,它主要有以下几种:不饱和聚酯、环氧丙烯酸酯、聚氨酯丙烯酸酯、聚酯丙烯酸酯
收稿日期:2006-02-17
通讯联系人
作者简介:李晓勇,(1982-)河南灵宝人,硕士研究生,主要从事高分子材料改性的研究。
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第2期
李晓勇,等:紫外光固化涂料及其发展状况
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多烯/硫醇体系、聚醚丙烯酸酯、水性丙烯酸酯、阳离子树脂等。目前应用最广泛的是前四
种。其中不饱和聚酯是第一代UV固化涂料,而环氧丙烯酸酯、聚氨酯丙烯酸酯和聚酯丙烯
酸酯则属于第二代UV固化涂料。
不饱和聚酯经紫外光照射后,能形成较坚硬的涂膜,但柔韧性和附着力不好,一般多用
于木漆,用于金属、塑料、纸张的涂饰则很少。活性稀释剂常用苯乙烯,其沸点低、光固化
速度慢。因此,有必要对不饱和聚酯体系进行改性
沈百拴等从合成方面入手,将涤纶下脚料在二元醇及催化剂存在下醇解,然后加入ニ
元酸和酸酐、多元醇进行酯化缩聚,得到改性的不饱和聚酯,加入苯乙烯固化,涂层性能测
试结果表明符合使用要求。
另外,解一军等?提出了一种由不饱和聚酯和环氧树脂嵌段共缩聚,合成一类新型光敏
预聚物的方法。该光敏预聚物采用两步法合成。第一步先合成具有一定相对分子质量和端羧
基的不饱和聚酯,第二步使该不饱和聚酯与环氧树脂反应,生成嵌段共缩聚物。该光敏预聚
物的相对分子质量通过调节不饱和聚酯的相对分子质量控制。不同相对分子质量的光敏预聚
物呈现出不同的光敏性和力学性能。
环氧丙烯酸酯齐聚物能赋予涂层优良的物理机械性能和耐腐蚀性能,是应用最广泛的齐
聚物。为了突出齐聚物的性能优势,国内外对其改性方面的研究较多,比如通过引入季胺基
团对环氧丙烯酸酯进行改性,其主要特点在于固化速度快、固化膜附着力高、韧性大,因而
在丝印和平印油墨上有重要的应用价值。另外还可以采用磷酸酯、多元酸酐、硅氧烷、长链
脂肪酸等对环氧丙烯酸酯进行改性。
刘承美?等利用马来酸单酯改性酚醛环氧树脂合成了一系列低粘度的光敏树脂,并对其
粘度、收缩率、光敏性等进行了研究。结果表明,马来酸单酯改性环氧树脂体系的粘度随碳
链的延长而大幅度降低,凝胶率也因交联密度的降低而降低。长链的引入降低了光敏基团的
相对含量,从而使树脂体系的收缩率和光敏性都降低。收缩率的降低是有利的,而光敏性的
降低的问题则可以通过选用具有更高引发效率的光引发剂来解决。
聚氨酯丙烯酸酯应用程度仅次于环氧丙烯酸酯,特别是在纸张、皮革、织物等软性底材
的光固化涂饰方面发挥着至关重要的作用。但是由于它固化慢、价格高,所以在光固化配方
中较少作为主体齐聚物,而是作为辅助性功能树脂使用。
聚丙烯酸酯低聚物近几年发展较快,功能性越来越强,在涂料、油墨和胶粘剂领域的
应用也越来越多
Khan等采用聚酯丙烯酸酯(M-9050)与具有不同官能团的活性稀释剂(如聚丙烯酸
乙基己酯(EHIA)、二缩三丙二醇二丙烯酯( TPGDA)、三羟甲基丙烷三丙烯酸酯( TMPTA
等)在光催化剂苯偶酰二甲基缩酮(IRG-651)的作用下进行紫外光固化反应,获得具有高
硬度、高附着力、高耐磨和抗刮性的膜。
20世纪80年代末期,出现了乙烯基瞇系列、环氧系列等阳离子机理固化成膜的齐聚物,
即非丙烯酸酯齐聚物,这类齐聚物的固化不受空气中氧的阻聚作用的影响,固化速度快,
因此发展较快。近年来,人们已合成了既有自由基固化机理的丙烯酸酯基团,又有氧离子固
化机理的乙烯基团的杂化齐聚物。
目前,齐聚物的开发的重点放在低粘度和特殊功能两方面。粘度低可以减少对皮肤有刺