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UV涂料的应用及成分介绍
时间:2019-04-01 10:15  浏览:468
          UV涂料是紫外光固化涂料(Ultraviolet Curing Coating),即利用紫外光作为固化能源,在常温下快速交联成膜的涂料。UV户外涂料具有环保、高效等优点,符合绿色产业发展的趋势,同时具备优异的耐候性能,已成功在众多外墙保温装饰一体化板工程实际应用,取得了良好的经济效益和社会效益。现有一体板多采用溶剂型氟碳、水性多彩(真石漆)涂装工艺,存在环境污染大(VOC排放、废水排放),干燥速度慢(自然干燥大于24h,烘干大于2h),能源消耗高,劳务用工多等诸多不利因素,环保高效的UV涂装解决方案已成为涂装升级的必然趋势。下面一起来了解下UV户外涂料的主要成分、配方及应用。

 

UV涂料主要成份:

 

a、齐聚物:丙烯酸改性系列树脂,如环氧丙烯酸树脂(EA)、聚氨酸丙烯酸树脂(PUA)等;

 

b、单体:不同官能度丙烯酸酯单体,如丙烯酸羟丙酯(HPA)、三丙二醇二丙烯酸酯(TPGDA)等;

 

c、光引发剂:有夺氢型、裂解型光引发剂,如二苯甲酮(BP)、α-羟基酮(1173)等;

 

d、粉体:颜料、哑粉、填料等;

 

e、助剂:润湿剂、消泡剂、流平剂等。

 

UV涂料反应基理:自由基化学反应。

 

特型:"5E"型涂料,被誉为"面向21世纪绿色工业的新技术"。

 

a、环保(Ecology):几乎100%固含量,无VOC排放;

 

b、高效(Effective):瞬间固化(以秒计),效率极高;

 

c、节能(Energy):能耗与烘烤型涂料相比,节能80%;

 

d、经济(Economic):设备投入小,占地面积少,生产效率高,用工少,节能、经济性优;

 

e、性能优异(Excellent):涂层为三维网状结构,高硬耐磨,光泽高,丰满度佳,耐酸耐碱性能优异。

 

成熟的工业化应用:地板、家俱、纸张印刷、塑胶电子、玻璃包装、汽车内饰等众多领域。

 

UV户外涂料的研究

 

1、挑战:耐候性

 

涂料的耐候性主要是指涂料暴露在户外环境下的力学性能、光学性能、化学性能的变化。

 

耐候(老化)损害主要由三个因素引起:光照、温度和湿度。这三个因素中的任何一个都会引起材料的老化,它们的共同作用,大于其中任一因素造成的危害。

 

a、光照:高分子材料的化学键对于太阳光中不同波段的敏感性不同,一般对应一个阀值。太阳光中的短波紫外线是引起大部份聚合物性能老化的主要原因;

 

b、温度:温度越高,化学反应速度越快;

 

c、湿度:水会直接参与材料老化,相对湿度、露水和雨水等是自然界中水的几个主要表现形式。研究表明,户外材料每天都长期处于潮湿环境(平均每天8-12H)。

 

2、在涂层设计寿命周期内,要避免出现以下情况:

 

.变色、褪色

 

.开裂

 

.剥离、分层

 

.脆化、粉化

 

.失光

 

.起泡

 

3、UV户外涂料配方设计

 

充分考虑户外因素(光、热、水),结合UV涂料特性,经过大量的筛选评估测试,最终定型;

 

a、树脂:选用高官能度脂肪族聚氨酯丙烯酸树脂等;

 

b、单体:选用双键转化率高、残留低的单体TMPTA、HDDA等;

 

c、光引发剂:选用裂解型光引发剂184(α-羟基酮)等;

 

d、颜料:户外高耐候等级无机颜料BASF;

 

e、助剂:紫外线吸收剂BASF。

 

UV户外涂料耐候性测试

 

耐候性测试分为两类:人工加速老化试验和自然老化试验

 

(一)人工加速老化试验

 

在实验室内利用各种老化试验箱进行试验的一种方法,包括热老化、水老化、光老化、盐雾老化等。

 

优点:老化箱可以模拟并强化自然环境的某些因素,加速老化过程,较快得到材料试验结果,是生产和科研中常用老化方法。

 

缺点:快速老化的模拟结果,影响因素较多,与实际老化结果有偏差。

 

1、热老化试验

 

a、热老化性能试验

 

在常压和规定温度的热空气作用下,使材料经过一定时间后测定其性能指标,用来判断材料的热稳定性。

 

测试仪器:烘箱

 

测试方法:80℃ⅹ168h

 

b、冷热循环试验

 

高低温交替冷热交替测试,评价材料的耐温差性。

 

测试仪器:冷热循环试验箱

 

测试方法:-40℃ⅹ2h,80℃ⅹ2h,24个循环

 

2、水老化测试

 

a、水泡试验

 

在常温下浸泡于水中。

 

测试仪器:水箱

 

测试方法:水泡168h

 

b、水煮试验

 

样板饱和吸水后,沸水煮。

 

测试仪器:恒温水浴锅

 

测试方法:水煮8h

 

c、冻融试验

 

样板饱和吸水,低温冷冻再解冻,评价水结冰状态下对材料破坏情况。

 

测试仪器:冻融试验箱

 

测试方法:-40℃ⅹ16h,25℃ⅹ8h,25个循环

 

d、湿热老化测试

 

在大气环境下,温度(热)和湿度(水)都会导致材料老化。

 

测试仪器:湿热老化试验箱

 

测试方法:漆膜耐湿热测定法GB/T1740

 

3、光老化试验

 

a、氙弧灯老化(模拟全光谱太阳光:紫外线、红外线、可见光)

 

利用惰性气体氙在超高电压下原子被激发电离放电产生弧光来模拟自然条件下光老化的再现性试验,并且可以模拟黑夜及淋雨现象。

 

测试仪器:氙弧灯老化试验箱(Q-sun)

 

测试方法:GB/T1865色漆和清漆人工气候老化和人工辐射暴露滤过的氙弧辐射

 

b、紫外灯老化(主要为紫外线)

 

紫外荧光灯可模拟关键的短波紫外线,并能完整真实地重现太阳光、雨水和露水造成的损害。

 

测试仪器:紫外灯老化试验箱(Q-UV)

 

测试标准:GB/T14522涂料人工气候老化试验方法荧光紫外灯

 

4、盐雾测试

 

模拟海洋气候测试。

 

测试仪器:盐雾试验箱(Q-Fog)

 

测试方法:5%氯化钠,35℃,72h

 

(二)自然老化试验

 

利用自然环境条件下进行老化的一类试验,包括大气老化试验和自然储存试验。

 

优点:老化条件最接近实际应用环境,可获得比较可靠的试验结果,方法简便。

 

缺点:老化速度缓慢,试验周期长,不能及时满足科研与生产的需要。

 

1、在不同气候区域户外测试:

 

冬冷夏热地区:成都

 

冬暖夏热地区:广州

 

极寒地区:乌鲁木齐

 

盐雾地区:海口

 

酸雨地区:长沙

 

全球最严苛户外曝晒地区:美国佛罗里达州(阳光充足、高温、雨水充沛)

 

(三)试验结果

UV户外涂料​主要成分、配方及应用

UV防腐涂料配方研究:

 

由于光固化(UV)涂料的低VOC,以及快固化速度,被越来越多地用于户外防腐应用。Sartomer公司的William Schaeffer于RadTech NA 2012会议上发表了对UV防腐涂料配方的研究文章。

 

实验中采用了ASTM B117盐雾测试标准对防腐效果进行了测试,所使用的测试仪器为Q-Lab公司的Q-Fog试验机。测试条件为5%氯化钠溶液,温度35oC,pH值6.5-7.2,盐雾量为1.0-2.0毫升/小时/80平方厘米。
 

在对齐聚体的抗腐蚀效果研究中,采用了双酚A型芳香族环氧丙烯酸酯作为基础对比样。在一系列的树脂中,其中聚丁二烯丙烯酸酯尽管具有憎水的结构,但其表现很差(等级1),聚酯型齐聚体由于其高官能度而带来的附着力差,防腐表现也不好。最好的是丙烯酸树脂型齐聚体(等级3)。

 

在对一系列的聚氨酯丙烯酸酯的研究表明,芳香族的聚氨酯比脂肪族的聚氨酯表现要好。同时基于聚酯多元醇或聚碳酸酯多元醇的脂肪族聚氨酯丙烯酸酯对抗腐蚀效果有明显改善。其中UA9有特别亮眼的表现。在不同齐聚体类型的抗腐蚀整体表现中芳香族聚氨酯丙烯酸酯的表现最好。

 

结果表明,M1(丙烯酸异冰片酯,IBOA)和M6(三羟甲基丙烷缩甲醛丙烯酸酯,CTFA)单体由于是单官能单体,因此交联密度低,从而使得湿气很容易侵蚀底材。M4(三羟甲基丙烷三丙烯酸酯,TMPTA)和M5(季戊四醇三丙烯酸酯,PETA)则由于过高的官能度,使得涂膜太脆,从而导致附着力差以及表面开裂。

 

可以想象,越厚的涂膜可以提高抗腐蚀保护效果。在采用三环癸烷二甲醇二丙烯酸酯(TCMDA)单体作为涂布介质情况下的测试结果显示,抗腐蚀效果随着涂层厚度的增加而增加。但在2-4密耳范围时,更高的厚度则并没有明显的改善效果。有趣的是,两层1密耳的涂层比单独的2密耳涂层有明显更好的保护效果。这可能是由于第二层涂层填补了第一层涂层的一些空档和缺陷,从而带来更好的涂层质量。

 

QUV耐候实验表明,对脂肪族聚氨酯添加HALS(受阻胺)之后,其黄变指数得到了极大的改善。添加了受阻胺/防腐颜料混合物的样品表现和单独添加HALS的黄变表现相当。

 

前面的测试结果表明,芳香族聚氨酯丙烯酸酯的抗腐蚀效果可能会比脂肪族聚氨酯丙烯酸酯好很多,但众所周知芳香族齐聚体更加倾向于发生黄变。对于芳香族聚氨酯添加了HALS之后,可以大大改善其黄变性能。实验同时测试了对齐聚体进行“混合”使用的效果,也就是首先涂布一层芳香族聚氨酯涂层,然后再涂布一层脂肪族聚氨酯涂层。这种“混合”使用的方法可以大大降低整个涂层的黄变性,这使得同时实现涂层的防腐蚀效果以及耐候性成为可能。

UV户外涂料的应用

 

1、产品系列:UV渗透、UV底漆、UV腻子、UV色漆、UV转印胶、UV面漆等全UV体系产品,可实现工业化高效生产;

 

2、涂装工艺:UV实色工艺(单色板效果)、UV金属色工艺(金属板效果)、UV转印工艺(石材效果),具有良好的装饰性;

 

以上就是关于UV户外涂料的主要成分、配方及应用的知识介绍,UV户外涂料具有环保、高效等优点,符合绿色产业发展的趋势,同时具备优异的耐候性能,已成功在众多外墙保温装饰一体化板工程实际应用,取得了良好的经济效益和社会效益。展望未来,UV户外涂料在一体板、铝塑板、彩涂板、汽车外壳等户外涂装领域有着极大的应用前景。

 
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