UV固化防雾涂料的制备与性能研究

BMA004

赵子千 , 姚伯龙 , 陈明清　

    ( 江南大学化学与材料工程学院 , 江苏无锡 214036)


　　摘　要 : 以光敏丙烯酸酯低聚物 (UVB) 、甲基丙烯酸丁酯 (MBA) 、丙烯酸 - β - 羟乙酯 (HEA) 、丙烯酰胺 (AM) 及丙烯基烷醚羟磺酸钠 (CAS) 为主要成膜物质 , 再配以适量的溶剂、交联剂、光敏剂及各种助剂制成 UV 固化防雾涂料。研究了单体的选择及用量、光敏剂的种类及用量对涂膜性能及涂膜固化速度的影响。进而得出了性能最佳的配方 , 并以此为基础配制 UV 涂料进行研究测试 , 结果表明 , 该涂料具有较好的机械性能及优异的防雾性能。
    关键词 :UV 固化 ; 防雾涂料 ; 交联剂 ; 光敏剂 ; 性能
    0 　引　言
    透明材料表面的结雾给生产、生活带来很大不便 , 因此近年来防雾加工技术逐渐受到人们的重视。防雾的方法目前主要有电热法和使用防雾涂料 , 前者效果好但造价高 , 因此目前主要集中在对防雾涂料的研究。防雾涂料有疏水型和亲水型两种 [ 1 - 3 ] , 对亲水型防雾涂料研究较多 [ 4 - 5 ] 。防雾的方法主要有三种 [ 6 - 8 ] : (1) 表面活性剂直接掺入法 ; (2) 表面活性剂直接涂敷法 ; (3) 高分子涂敷法。其中方法 (3) 由于防雾效果好、效力长及较好的机械性能而广受关注。其防雾原理是利用高分子聚合物涂层形成高亲水性表面 , 使其对水的接触角变小 , 从而在表面形成极薄水膜 , 进而起到防雾作用。目前用于防雾涂料的亲水性高分子聚合物通常是由一些带有羟基、羧基、酰胺基、磺酸基等亲水基团的丙烯酸酯类物质通过溶液共聚而得到的 , 然后通过传统溶剂型涂料的配制方法使涂膜烘干固化 [ 9 - 12 ] 。因此其仍然存在着溶剂型涂料的诸如耗能、污染环境等缺点。而紫外光固化涂料具有许多传统涂料无法比拟的优点 , 其固化速度快、节能、涂层光泽高、适于热敏基材 , 是新一代绿色化工产品 , 近年来备受人们青睐。因此紫外光固化防雾涂料将是防雾涂料发展的一个趋势 [ 13 - 14 ] 。本实验采用带羟基、酰胺基、磺酸基等亲水性基团的丙烯酸酯类物质为主体 , 然后加入少量的活性稀释剂、光敏剂及各种助剂配制成涂料 , 最后经 UV 固化成膜 , 经测试发现制得的涂膜具有优良的防雾性能和较好的机械性能。
    1 　实验部分
    1. 1 　原料及仪器
    1. 1. 1 原料
    甲基丙烯酸丁酯 (MBA) 、丙烯酸 - β - 羟乙酯 (HEA) 、丙烯酰胺 (AM) 、对羟基苯甲醚 : 均为化学纯 ; 二缩三丙二醇二丙烯酸酯 ( TPGDA) 、乙二醇乙醚、光敏剂二苯甲酮 (BP) /Daro 2 cure1173 、消泡剂、流平剂 : 均为工业级 ; 丙烯基烷醚羟磺酸钠 (CAS) : 进口 ; 光敏丙烯酸酯低聚物 (UVB) : 自制。
    1. 1. 2 仪器
    紫外曝光机 ; 722 型光栅分光光度计 ; 日本 G - 1 型接触角仪 ;QHQ - A 型涂膜铅笔划痕硬度仪 ; QCJ 型漆膜冲击器 ; QFE- Ⅱ型涂膜附着力试验仪 ; QTX 型漆膜弹性试验器 ; JM - IV __ 型磨耗仪 ; ZBQ 制膜器 ; 测厚仪。


    1. 2 　基础配方
    基础配方见表 1 。
    表 1 　各组分配比

    1. 3 　涂膜的制备
    按表 1 将各组分在容器中充分搅拌 , 混合分散均匀 , 静置 2 h, 然后将其涂于马口铁片或聚酯薄膜上流延成膜 , 控制液膜厚度 < 100 μ m, 再将其放置在紫外光固化机传送带上 , 调节传送速度 , 并记录 UV 光照时间。
    1. 4 　性能测试
    对制得的 UV 涂膜进行防雾性、硬度、耐冲击性、附着力、柔韧性、耐水性、耐磨性、透光率的测试。
    1. 4. 1 防雾性
    采用日本 G - 1 型接触角仪 , 测定水接触角 , 水接触角越小 , 防雾效果越好。
    1 . 4 . 2 　耐水性
    室温环境下用自来水浸渍涂层 , 以涂层出现发白溶胀现象所用时间的长短来衡量其耐水性。
    1 . 4 . 3 　透光率
    采用 722 型光栅分光光度计 , 将同一块玻璃涂布防雾涂料的部分与未涂涂料的部分进行对比 , 求得透光率。
    2 　结果与讨论
    2. 1 　单体的选择
    根据防雾原理 , 通常选择能有效提高涂膜的亲水性、附着力和耐溶剂等性能的一类官能单体。本实验选用了带有羟基、酰胺基及磺酸基的一些官能单体 (HEA 、 AM 、 CAS) 。同时也考虑到对最终涂膜硬度、柔韧性、耐冲击性的影响 , 本实验还将软单体和交联剂单体匹配使用。 MBA 为软单体 , 能提高涂膜的附着力和柔韧性 ; TPGDA 是交联单体能提高涂膜的硬度、耐冲击性和耐磨性 , 并降低水溶性及溶出损失 , 提高耐水性 , 使涂膜表面不致过粘 [ 9 ] 。
   2. 2 　单体用量的影响
    2 . 2 . 1 　亲水单体不同配比的影响
    亲水单体与涂膜的防雾性能密切相关。本实验采用正交设计实验考察了各亲水单体组分的配比对涂膜防雾性能的影响。选取 A 为 HEA,B 为 AM, C 为 CAS, 每个因素都取 3 个水平值 , 选定 L 9 (3 3 ) 正交表 , 实验因素与水平结果见表 2 。
    表 2 　正交试验表

图 1   正交实验结果分析图   

    由表 1 和图 1 可以看出 , 三种亲水单体对涂膜防雾性能影响大小的顺序依次为 : CAS >AM     >HEA, 这与各单体亲水性大小相一致。同时得到了涂膜防雾性能最好的水平 A 2 B 3 C 3 。而为了保证最终涂膜既具有亲水性 , 又尽可能透明 , 实验中含有羟基、酰胺基、磺酸基的亲水单体的含量通常应保持占涂料总量的 25% ～ 32% 。因此本实验取较好的水平 A 1 B 3 C 3 。
2 . 2 . 2 　软单体 MBA 用量的影响
    软单体主要是用来调节涂膜的硬度、柔韧性及附着力。
    保持其他组分配比一定 , 改变软单体的用量 , 其对涂膜性能的影响见表 3 。
    表 3 MBA 用量对涂膜性能的影响

  

    由表 3 可知 , 随着软单体用量的增加 , 涂层的硬度逐渐下降 , 附着力、柔韧性逐渐变好。当加入的软单体 MBA 用量在 8% ～ 12% 时 , 涂膜的硬度、柔韧性及附着力均较佳。其中当 MBA 的加入量为 10% 时涂膜各项性能都达到了最佳。
    2 . 2. 3 　交联剂 TPGDA 用量的影响
    交联剂主要影响涂层的耐水性、硬度和耐磨性。交联剂的加入使聚合物形成紧密的网状大分子结构 , 因此当其他组分配比保持不变 , 交联剂用量增加时 , 涂层内交联点增多 , 耐水性增强 , 硬度、耐冲击性和耐磨性也提高。交联剂用量对涂膜性能的影响见表 4 。
    表 4 TPGDA 用量对涂膜性能的影响

    由表 4 可见 , 加入 1 . 5% ～ 2. 5% TPGDA 的涂料 , 其透明性、防雾性和耐磨性均较佳。而当加入 2% TPGDA 时 , 涂膜的各项性能均达到最佳。


    2. 3 　引发剂的影响
    2 . 3 . 1 　引发剂种类的影响
    比较了二苯甲酮 (BP) 和 DAROCURE 1173, 以及它们相互复配体系的固化速度 , 对固化时间的影响见表 5 。
    表 5 　光引发剂种类对固化时间的影响

    由表 5 知 , 在所用 UV 固化光引发剂中 , 以复配光引发剂效果最好。原因是 DAROCURE1173 和二苯甲酮复配时 , 有效地利用了光谱在不同峰值处的能量 , 相当于提高了紫外光辐射剂量 , 具有不同特征波长的光引发剂合理复配 , 能起到节能、经济的效果。
    2 . 3 . 2 　光引发剂含量的影响
    改变光引发剂的含量测定涂膜的固化速度 , 结果如表 6 。
    表 6 　光引发剂含量对固化速度的影响

    由表 6 可知 , 固化速率随光引发剂用量的增加而提高 , 但当引发剂用量达到一定值时 , 固化速率反而下降。这是由于光引发剂用量过多 , 光固化过程中过多的自由基来不及扩散参与引发反应而发生自身偶合 , 同时使紫外线穿透力变弱 , 这样底层的光敏树脂有一部分未被固化交联成体型网络 , 从而使整体的固化速率降低。另一方面 , 引发剂用量过多残留在涂层中 , 会使涂膜耐候性变差。因此确定光引发剂的用量为 5% ～ 6% 。
    3 　涂膜的性能
    综合上述影响因素 , 分别取各组分的最佳用量、 45% 光敏丙烯酸酯低聚物 (UVB) 、 6% 乙二醇乙醚溶剂及少量助剂 ( 如消泡剂、流平剂等 ) 配制成涂料 , 然后经紫外光固化成膜 , 最后测试涂膜的各项性能并与溶液聚合法 [ 9 ] 所制得的涂膜进行比较 , 如表 7 。
    由表 7 可知 ,UV 固化防雾涂料具有与溶液聚合所得的防雾涂料几乎相同的防雾能力 , 同时具有更优异的硬度、附着力及耐磨性等。
    表 7 UV 固化与溶液聚合制得的防雾涂料的性能比较

    4 　结　语
    本实验取自制的光敏丙烯酸酯低聚物 (UVB ) 的量为 45%; 亲水单体 HEA 、 AM 、 CAS 分别为 4% 、 12% 及 14%; 软单体 MBA 为 10%; 硬单体 TPGDA 为 2%; 光引发剂为 5% ( 2%BP + 3%1173) ; 溶剂乙二醇乙醚为 6% 及少量的助剂配制成 UV 防雾涂料。通过研究测试发现 , 其涂膜不仅具有优异的防雾性能 , 同时还具有较好的机械性能。

  

復仇心切

超亲水防雾涂料研讨 欢迎各位探讨 欢迎加入防雾膜/超亲水膜，扣裙：630346892

CO-WIN

虽然没有搞过，但是学习了