輻射固化在粉末涂料中的應(yīng)用

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    1前言

    2輻射固化原理

     2.1.1光敏引發(fā)劑   
     2.1.2  齊聚物(官能化低聚物):     
     2.1.3  固化劑:                     

    2. 2  EB固化體系

    3  UV及EB在粉末涂料中的應(yīng)用

    3.1  UV在粉末涂料中的應(yīng)用   

    4輻射固化研究進(jìn)展     

    5結(jié)語                          


   1前言

    近年來隨著環(huán)保意識(shí)的增強(qiáng)，環(huán)保要求愈來愈高，對(duì)涂料中voc排放量限制越來越嚴(yán)格。傳統(tǒng)的溶劑型涂料因其voc對(duì)環(huán)境污染嚴(yán)重，其市場(chǎng)占有率正迅速下降，而具有環(huán)保特性的輻射固化粉末涂料正在全球涂料市場(chǎng)成為持續(xù)熱點(diǎn)。輻射固化粉末涂料是通過一種單體/低聚物的混合物的快速聚合而獲得一種可交聯(lián)的涂膜技術(shù)。這種體系的快速聚合主要是通過光引發(fā)劑和輻射源來實(shí)現(xiàn)的。輻射固化粉末涂料與高固體分涂料、水性涂料相比具有如下特點(diǎn):固化速度快、固化溫度低、能量消耗低、輻射固化設(shè)備緊湊、加工速度快、可控性強(qiáng)、固化產(chǎn)品性能優(yōu)越。因而被譽(yù)為“面向21世紀(jì)綠色工業(yè)新技術(shù)。

    輻射固化涂料體系主要包括紫外線(UV)固化和電子束(EB)固化兩類。

    2  輻射固化原理

    2.1 UV固化體系UV,輻射,水性,粉末,溶劑

    UV固化是依靠光波的傳遞引發(fā)反應(yīng)。由于直接光引發(fā)聚合(非光敏聚合)的效率不高，一般采用光敏聚合。其機(jī)理是:①當(dāng)用紫外光照射時(shí)，涂料中光引發(fā)劑吸收200-360nm波長(zhǎng)的光激發(fā)、分解產(chǎn)生自由基式陽離子;②自由基引發(fā)材料中含不飽和雙鍵、環(huán)氧劑官能團(tuán)類物質(zhì)在很短時(shí)間內(nèi)聚合;③雙鍵的鏈?zhǔn)骄酆戏磻?yīng)一直進(jìn)行下去直至自由基活性消失(自由基碎滅、鏈轉(zhuǎn)移等)從而形成交聯(lián)式三維網(wǎng)狀高聚物[3]。

    從上面的固化機(jī)理可知，UV固化涂料的組成主要有:

    2.1.1光敏引發(fā)劑

通過光解作用產(chǎn)生活性自由基，如自由基式陽離子。直接控制聚合速效光引發(fā)劑主要有:

    ①陽離子光引發(fā)劑。如硫踢鹽，碘給鹽，氮踢鹽。其負(fù)離子對(duì)有PF。

    ②自由基光引發(fā)劑:較之陽離子引發(fā)劑而言。自由基光引發(fā)劑包括苯偶酞及其縮酮類、二苯甲酮一胺共扼體系、安息香及其衍生物等等。

    ③陽離子一自由基光引發(fā)劑:此引發(fā)劑在紫外光照射下能生成自由基，也可生成陽離子，如苯基麟二苯甲酮。

    ④高分子引發(fā)劑:較小分子引發(fā)劑相比，它可以防止小分子光引發(fā)的遷移、涂料的黃變和老化。

    2.1.2  齊聚物(官能化低聚物):

    它構(gòu)成體型化合物的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)骨架。決定了涂料的物理化學(xué)性能。它包括有:自由基齊聚物、陽離子齊聚物、混雜齊聚物、超支化齊聚物。

    自由基齊聚物體系主要為不飽和聚酯，丙烯酸酯類型等。不飽和聚酯價(jià)格便宜，但固化速度慢，漆膜柔韌性差。而丙烯酸酯系列樹脂利用丙烯酸的雙鍵固化，反應(yīng)活性高，固化快，漆膜硬而不脆，柔韌性好，抗化學(xué)藥品性好。如UCB公司開發(fā)的“UvcoatTM”系列樹脂為含(甲基)丙稀酸雙鍵的聚醋。陽離子齊聚物主要為環(huán)氧樹脂體系。最近發(fā)展起來的環(huán)氧樹脂乙烯基醚體系是較新的陽離子固化體系，乙烯基醚雙鍵可進(jìn)行陽離子聚合，因而這種新的雙組分體系可對(duì)環(huán)境樹脂單一體系進(jìn)行改良。如F"M"Witte報(bào)道了一種可UV固化粉末涂料體系，其樹脂為DSM公司開發(fā)的馬來酸(MA)/乙烯基醚(VE)非丙稀酸性的VU固化體系。此體系UV固化歷程為缺電子馬來酸的不飽和聚醋與含有富電子不飽和乙烯基醚官能團(tuán)的聚氨醋的兩種不飽和基團(tuán)共聚。

    2.1.3  固化劑:

    固化劑對(duì)高聚物的聚集狀態(tài)起著決定性作用，而且對(duì)粉末涂料的貯存期、成膜條件等起著至關(guān)重要的作用。固化劑類型決定于作為基體樹脂所帶有的活性基團(tuán)，一般為羥基類、羧基類、環(huán)氧基類和帶有C=C不飽和雙鍵類。但在UV固化粉末涂料配方中，應(yīng)盡量避免使用固化劑，從而避免在涂層熔融流平階段發(fā)生提前固化。但為了提高涂膜的性能，有時(shí)也會(huì)加人少量助固化劑，但加人量與熱固化粉末涂料相比要少得多。

    (4)填料及助劑:助劑主要包括:消泡劑、流平劑、潤(rùn)濕劑及其它特別功能助劑。

    2. 2  EB固化體系
    EB固化體系是通過高能電子束使涂膜產(chǎn)生自由基而引發(fā)高分子均聚物和活性固化劑交聯(lián)成膜。

    其固化歷程為:

    由于EB固化靠電子的高穿透能力引發(fā)聚合，故可不加光引發(fā)劑[6]。其成分主要為:齊聚物、活性固化劑、顏填料及助劑組成。

    從上述機(jī)理可知，UV固化依賴光敏劑產(chǎn)生自由基引發(fā)齊聚體雙鍵聚合，雙鍵的交聯(lián)密度和齊聚體的結(jié)構(gòu)決定涂層的最終性能。而EB固化時(shí)電子束的能量較高，在引發(fā)體系的雙鍵聚合外，還可在體系主鏈上隨機(jī)產(chǎn)生自由基活性點(diǎn)，從而引起主鏈分子發(fā)生聚合、重排或降解。EB固化涂層的性能與涂層的支鏈化程度和齊聚體的結(jié)構(gòu)有密切關(guān)系，而涂層的支鏈化程度與電子束的能量有密切的關(guān)系。

相對(duì)于UV體系，EB的優(yōu)點(diǎn)有:① EB可使UV難以固化的不透明體系固化完全。②體系中不含光敏引發(fā)劑，其光穩(wěn)定性及耐候性比UV完美。

    3  UV及EB在粉末涂料中的應(yīng)用

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