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水性光2113固化涂料的特點
水性光固化5261涂料結(jié)合了傳統(tǒng)UV固化涂料和水4102性涂料的各自特點,相對于傳統(tǒng)油性1653光固化材料具有下列優(yōu)點。
(1)水是最方便獲得、最廉價的原料,用水來代替活性稀釋劑稀釋低聚物,很容易調(diào)節(jié)黏度,可實現(xiàn)無活性稀釋劑配方;
(2)不用活性稀釋劑,就沒有VOC、刺激性及臭味等問題;
(3)可適用各種涂裝設(shè)備,特別對噴涂安全;
(4)可避免由于用活性稀釋劑所引起的固化體積收縮;
(5)可以實現(xiàn)薄涂層涂布,降低成本;
(6)涂裝設(shè)備和容器可以用水性清洗液清洗。
水性光固化材料除了上述優(yōu)點外,還有一個很突出的優(yōu)點就是解決了傳統(tǒng)固化涂料的硬度和柔韌性之間的矛盾。從分子結(jié)構(gòu)與性能的關(guān)系分析,只有高相對分子質(zhì)量的物質(zhì)才能具有高硬度和高柔韌性。傳統(tǒng)光固化涂料不能使用高相對分子質(zhì)量的低聚物,同時加入大量低相對分子質(zhì)量活性稀釋劑,因此難以兼顧硬度和柔韌性。而水性光固化涂料的低聚物是高相對分子質(zhì)量的水性分散體,其黏度與高分子的相對分子質(zhì)量無關(guān),而只與固含量有關(guān),因而在水性光固化涂料中可以使用高相對分子質(zhì)量的低聚物,又不用低相對分子質(zhì)量的活性稀釋劑,從而克服了光固化涂料高硬度和高柔韌性不能兼顧的矛盾。
水性光固化涂料也存在下列缺點:
(1)體系中存在水,光固化前,大多需進行干燥除水,而水的高蒸發(fā)熱(40.6kJ/mol)導(dǎo)致能耗增加,也使生產(chǎn)時間延長,生產(chǎn)效率下降;
(2)水的高表面張力(72.8mN/m),不易浸潤基材,易引起涂布不均;對顏料潤濕性差,影響分散;
(3)固化膜的光澤較低,耐水性和耐洗滌性較差;
(4)體系的穩(wěn)定性較差,對pH較為敏感;(5)水的凝固點(0℃)較高,在運輸和貯存過程中需添加防凍劑;水性體系容易滋生霉菌,需用防霉劑,使配方復(fù)雜化。
2水性光固化涂料的組成和分類
水性UV固化涂料是由水性低聚物、光引發(fā)劑、助劑和水組成,其中水性低聚物和光引發(fā)劑是最主要的成分。
2.1水性低聚物
水性低聚物是水性光固化涂料最重要的組成,它決定了固化膜的物理機械性能,如硬度、柔韌性、強度、耐磨性、附著力、耐化學(xué)品性等,也影響光固化速度。
水性低聚物從結(jié)構(gòu)上看,一要具有可以進行光聚合的基團,如丙烯酰氧基、甲基丙烯酰氧基、乙烯基、烯丙基等,由于丙烯酰氧基固化速度最快,所以為各類丙烯酸樹脂的主要品種。二要分子鏈上含有一定數(shù)量的親水基團,如羧基、羥基、氨基、季銨基、醚基、酰胺基等。目前水性低聚物制備時大多在油性低聚物中引入親水基團,如羧基、季銨基、聚乙二醇鏈等方式,使油性低聚物轉(zhuǎn)變成水性低聚物。
2.2水性光引發(fā)劑
光引發(fā)劑是光固化涂料的重要組成,它決定了光固化涂料的固化速度。對水性光固化涂料,它要求光引發(fā)劑與水性低聚物相容性好,在水介質(zhì)中光活性高,引發(fā)效率高,同時與其他光引發(fā)劑一樣要求低揮發(fā)性、無毒、無味、無色等。用于水性光固化涂料的光引發(fā)劑可分為水分散型和水溶性兩大類,目前常規(guī)光固化涂料所用光引發(fā)劑大多為油溶性的,在水中不溶或溶解度很小,不適用于水性光固化涂料,所以近年來水性光引發(fā)劑的研究和開發(fā)也成為熱門課題,并取得了可喜的進展。不少水性光引發(fā)劑是在原來油溶性光引發(fā)劑結(jié)構(gòu)中引入陰離子、陽離子或親水性的非離子基,使其變成水溶性;或?qū)⒂腿苄怨庖l(fā)劑變成穩(wěn)定的水乳液或水分散體。
2.3水性光固化涂料分類
水性光固化涂料分為乳液、水分散型和水溶性3類,見表5。
(1)乳液型:早期采用外加乳化劑,低聚物不含親水基團,靠機械作用,使低聚物分散于水中,得到低聚物乳液。但由于乳化劑加入,影響了固化膜的耐水性和光澤,力學(xué)性能也大幅下降,材料對pH值也敏感。現(xiàn)在多采用自乳化型,即在低聚物中引入親水基團(如羧基、聚乙二醇),在水中有自乳化作用,不用外加乳化劑,固化后可提高耐水性和光澤。
(2)水分散型:利用低聚物中親水基團和疏水基團巧妙平衡,在水中分散后,低聚物形成穩(wěn)定的水分散體。
(3)水溶型:低聚物含有足夠量的羧基鹽或季銨鹽基團,成為水溶性材料。