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 20  专注高分子材料

抗紫外线、抗黄变

简述光固化涂料用 UV树脂的种类和特点


      市场上UV涂料配方中常见的是丙烯酸酯化反应物,而非甲基丙烯酸酯类树脂,主要是丙烯酸酯在室温固化更为迅速,也较少受到氧阻聚的影响;再者丙烯酸酯类的聚合往往通过组合作用进行终止,而甲基丙烯酸类主要因歧化而终止。当增长的自由基因组合而终止,则有助于增加交联程度,使交联成膜树脂获得较高的分子量。

       一般来说,UV涂料用丙烯酸酯类单体常见的有多功能度丙烯酸酯端的低聚物、丙烯酸酯单体等。此单体包括从单功能度到六功能度,普通的多是单功能度、双功能度和三功能度丙烯酸酯的混合物。这些单体也被称为活性稀释剂。多功能度低聚物贡献高速率交联,并且因为其多功能度关系,这种主链结构对诸如成膜的耐磨性、挠性和附着力之类性能的影响明显,从而决定着最终涂料的性能。但它们的粘度往往太高,需要单体来降低粘度以便施工。

       多功能度丙烯酸酯单体也因其多功能度关系而能获得迅速交联,它们的粘度比低聚物的要低。通过单功能度丙烯酸酯可进一步降低其粘度,但交联速率也就自然会降低。

       不饱和双键转化程度也受到组分的选择影响。总的来说,转化程度随单功能度单体的增加而增加, 可能是因为小的单体分子能在反应期间的扩散原因。双键转化程度也受到有效自由体积的影响。一般来说,使用产生低Tg漆膜的组分可增加转化。当进行聚合时,基料的Tg增加,如果通常就是这样情况,Tg接近进行固化时的温度,则反应速度变慢。

       二种主要类型的低聚物源于环氧官能和异氰酸酯官能的起始材料。低分子量双酚A环氧树脂能与丙烯酸反应而产生占优势的双功能度丙烯酸衍生物。环氧化豆油或亚麻油丙烯酸类已被用于需要较高功能度和低Tg之处。聚氨酯低聚物是将异氰酸酯端的树脂与丙烯酸-2-羟乙酯反应所得之物。任何羟基封端的树脂均能与二异氰酸酯反应来制备异氰酸酯封端的树脂。聚氨酯、丙烯酸类及其他羟基功能树脂也在使用,但聚酯已是最广泛使用的基本树脂。如果保色性很重要,那就用脂肪族二异氰酸酯,如果不是这样,则使用芳香族二异氰酸酯,因为成本低之故。

       许多多功能度丙烯酸酯单体已在使用,其例子有三丙烯酸三羟甲基丙烷酯,三丙烯酸季戊四醇酯,二丙烯酸-1,6-己二醇酯,二丙烯酸三丙二醇酯。单功能度丙烯酸酯类也在使用。这些具有最低分子量者的结构能最有效地降低粘度但太易挥发。丙烯酸乙基己酯有足够低的挥发度。丙烯酸乙氧基乙氧乙酯、丙烯酸异冰片酯、丙烯酸-2-羧基乙酯以及其他酯类也在使用。少量的丙烯酸用作共聚单体能促进附着。丙烯酸-2-羟乙酯具有低挥发度,高反应性,且给予低粘度,但在许多用途中毒性危害太大。

       N-乙烯基吡咯烷酮(NVP)是非丙烯酸酯单体的一例,它以与丙烯酸聚合物可相比的速率同丙烯酸酯类共聚,由于其酰胺结构有助于对金属的附着且减少氧阻聚,故NVP特别有用。但它带入了潜在的毒性危害。业已发现具有除丙烯酸功能以外的氨基甲酸酯、噁唑烷或碳酸酯基团的单体能产生比单独丙烯酸酯更快的固化和更完全的转化。

       已经报道丙烯酸化三聚氰胺甲醛树脂可配制用两种不同路线固化的涂料:通过丙烯酰胺双键来进行的紫外线固化及通过剩余的烷氧基羟甲基团的热固化。如果含有多功能度丙烯酸化MF(三聚氰胺甲醛)树脂的涂料先行紫外线固化然后再进行热固化的话,可得到增强硬度、改善耐污染性和较长耐久性的漆膜。

       业已报道乙烯基醚树脂与不饱和聚酯的结合可以与丙烯酸类相比拟的速率下进行紫外线固化。马来酸化树脂以及马来酰亚胺类也能用来与乙烯基醚进行共聚。还已报道了马来酰亚胺类-乙烯基醚的组成可在与丙烯酸类相比较的速率下固化并无需使用光引发剂。这可能是由于马来酰亚胺在300~310mm区域吸收。据报道引发自由基起因于光致激发的马来酰亚胺夺氢作用。这些组成对采用主要在308nm处发射的高强度灯管特别有效,在此处马来酰亚胺类具有峰值吸收。

       其他的紫外线固化共聚物组成为胺-烯类和硫醇-烯类,它们因使用高度反应的降冰片烯衍生物作为烯类组成得以增进。然而其用途已受限制,在前一例中因相当慢的固化速率,而后者是因单硫醇气味所致。


(摘自“涂料家”)

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