光固化树脂及涂料的应用

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光固化树脂及涂料的应用

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光固化树脂及涂料的应用
一、光固化涂料概述
1.光固化涂料发展简史
紫外光固化涂料以高能量的紫外光为涂料固化的能源，通过光引发剂吸收紫外光，产生活性自由基，进而导致可光固化的树脂发生一系列聚合反应，而使涂膜固化。能量利用率高，涂料100%反应成膜，无溶剂挥发污染。可广泛应用于金属、木材、塑料、纸张、装饰板、皮革和织物的涂饰涂装。
光固化涂料首先是在木器上使用，1968年紫外光固化涂料首先由德国拜耳公司开发成功并推向市场，很快在市场快速发展和普及开来。并引起各国的高度重视。但在我国的发展经历了曲折的过程。早在70年代，一些科研院所和涂料厂商根据有限的资料，对紫外光固化涂料进行了研制。80年代初，一些涂料厂商适应板式家私的需要，纷纷推出紫外光固化涂料及相应的设备。但在当时，光固化涂料存在如下缺点：（1）光固化速度慢，需几分钟甚至十几分钟才能固化（2）流水线长，需要十几米甚至更长（3）储存时间短，即使在暗处，光固化涂料不超过3天全部胶化，只能双组分现配现用（4）紫外光灯管寿命短，，几十小时后就报废。没几年，许多紫外光固化涂料流水线停用，并陆续拆除，涂料厂商也停止生产光固化涂料。进入90年代后，人民生活水平提高，室内装饰业兴起，人们崇尚自然追求反扑归真成为一种时尚，无论酒店或是家庭陆续铺起实木地板。一开始生产的木地板都是未经涂料装饰的素地板便已上市，地板谱装后再在室内涂漆。但90年代中期以后，开始出现油漆地板，人们已不再满足铺装地板后再去买了涂料请人油漆等待干燥。于是许多地板生产厂家便纷纷涂上油漆后出售。但是地板块小数量多，油漆干燥占地大，于是寻求快速干燥地板油漆便是急需解决的问题。紫外光固化涂料在现代木器实用的涂料品种中是干速最快的漆种，因此在地板上应用便有了广阔的市场。90年代光固化涂料一开始从国外引进，当时价格为80元/kg，紫外光设备是从意大利、日本、台湾进口。价格几十万甚至上百万。但随着国内光固化涂料所用的树脂、单体和光敏剂均以国产化，成本大大降低，紫外光固化设备也已国产化，紫外光灯管寿命也延长至1000小时。缩短了光固化涂料的干燥时间（一般几秒即达实干）而品种相应丰富，适应地板油漆的需要，光固化漆不仅有底漆、面漆、亮光、哑光等不同品种，并针对不同使用方法有喷涂、辊涂和淋涂等不同方法。
同时光固化涂料在纸张上光，摩托车上光，光固化油墨，钢板圈材，光纤保护等方面也有很大发展。
2．光固化涂料的组成
（1）齐聚物：低黏度的含有不饱和双键的合成的树脂，提供主要物理机械性能。主要包括：还氧丙烯酸树脂、丙烯酸聚酯树脂、丙烯酸聚氨酯树脂等。
（2）活性稀释单体：含有活性不饱和双键的化合物。降低涂料黏度，并参与涂膜的成膜反应，改进涂膜的性能。主要包括：多官能团丙烯酸类单体、双官能团丙烯酸类单体、单官能团丙烯酸类单体、苯乙烯单体。
（3）光敏剂：紫外光照射分解，引发树脂和活性单体聚合反应。包括：安息香醚类、二苯甲酮衍生物、苯偶酰缩酮、酮胺混合物等。
（4）涂料成膜助剂：改善涂膜状态和性能，包括：消泡剂、流平剂、稳定剂、分散防沉剂等



3．光固化涂料市场应用分布
辐射固化产品                            应用
木器涂料                          地板、装饰板、家私等
塑料涂料                           覆印涂装、覆印清漆、覆印油墨等
电子元器件                电子元件涂装、焊接、光纤、标签油墨、干膜等
汽车，摩托车涂装            零件、车身、安全玻璃、车头灯等
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二、光固化树脂概述
光固化树脂就是光固化涂料配方组分中的齐聚物，决定了涂膜的基本物化性能。最常用的光固化树脂为还氧丙烯酸酯、聚酯丙烯酸酯和聚氨酯丙烯酸酯。常见物性如下：
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齐聚物性能         还氧丙烯酸酯        聚酯丙烯酸酯           聚氨酯丙烯酸酯
黏度                   高                   高                      可变
降黏度                 好                   好                      一般
固化速度               快                   可变                    可变
抗张强度               高                   中等                    可变
柔韧性                 差                   可变                      好
硬度                   高                   中等                     可变
附着力                 差                   可变                     可变
泛黄性                 差                     差                     可变
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还氧丙烯酸酯由于价格低廉，综合性能好目前在国内用量最大。我们知道还氧树脂由于黏度高和发脆，很少用在木器涂料上，但还氧树脂同丙烯酸反应制成光固化涂膜后，由于可用活性稀释剂降低黏度和调节性能，在木器的板式家私和地板块流水线上被大量应用。在某种意义上等于把还氧树脂引入到木器涂料中来。同样还氧丙烯酸也具有还氧相类似的性能，光固化速度快，硬度高，光泽高，可制成高光涂料应用在纸张、摩托车罩光和木器底漆和面漆。但耐侯性差和消光难等缺陷限制了它的发展。
聚氨酯丙烯酸酯类似于PU聚酯（聚氨酯），具有非常优异的综合性能。丙烯酸芳香族聚氨酯价格低廉，但不耐黄变。丙烯酸酯脂肪族聚氨酯耐黄变但价格高。
聚酯丙烯酸酯的性能界于还氧丙烯酸酯和聚氨酯丙烯酸酯之间，价格也界于两者之间。
光固化树脂目前主要的检测理化指标包括：树脂外观、黏度、固体含量、酸值、密度、热储存稳定性、玻璃化温度等。一般，酸值越低，年度越低，树脂的质量越好。酸值低，表明树脂中游离的丙烯酸含量低；黏度低，表明树脂分子量分布窄，树脂合成控制水平高。
光固化树脂由于有不饱和双键，所以储存过程中易形成胶化，主要原因有：
1．超过保存期，光固化树脂在良好的储存条件下保质期不超过6个月。但最好在3个月内使用。
2．光固化树脂应储存在塑料桶或有衬层的金属桶内。金属离子会降低光固化树脂中双键的活化能，引发聚合反应造成树脂胶化。所以镀塑桶内的镀塑层如果受到破坏，金属裸露会造成树脂胶化。
3．过低的储存温度（0℃以下）会使漆膜中阻聚剂析出，造成树脂胶化。
4．光固化树脂在储存过程中应避免阳光直射。否则很容易造成树脂胶化。
5．装桶装得过满，没有足够的氧阻聚，会造成胶化
6．另外树脂在使用中应注意，没有加稀释单体的树脂年度很大，但并不是树脂胶化，其实加热一下就很容易检测出树脂是否胶化，没有胶化的树脂经加热会有很好的流动性。
三、光固化涂料施工问题概述
光固化涂料涂膜检测手段和检测指标同其它涂料一样，随具体的应用不同有所差别。光固化涂料在应用过程中会出现各种问题。由于光固化涂料有各种组分组成，还要受到光源的光照距离、光照时间的影响，其涂膜是各种因素综合作用的结果。造成光固化涂料胶化的原因很多，不仅同树脂有关，而且由于光固化涂料中加入了光敏剂，所以其储存条件比光固化树脂的储存条件要更严格一些，要能储存在安处，避免见到光线，其次选用的光敏剂质量要好，否则即使储存在暗处也会慢慢分解造成胶化。另外就是单体的质量也是影响储存稳定性的一个重要因素。

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