粉末涂料
介绍UV光固化粉末涂料的特性及应用领域
1前言
环境和能源的压力正在改变全球涂料工业的品种与结构。粉末涂料和UV固化涂料作为节省能源、低污染的环保型涂料,正日益受到人们的重视。然而,由于热固性粉末涂料固化温度高、固化时间长,用于热敏基材受到限制。另外,在其熔融流平和热固化过程中存在一定的重叠,难以有足够的时间流平,所以极易出现橘皮、缩孔等外观缺陷。uV固化液体涂料中通常含有活性稀释剂。这些物质的释出会刺激皮肤和眼睛,涂敷时会有液体渗入底材,并长期向周围释放未固化的挥发性组分。因此,粉末涂料和UV固化涂料的应用都有其局限性。将粉末涂料和UV固化技术相结合的uV固化粉末涂料则可使上述问题得到解决。uV固化粉末涂料固化温度低,固化速度快,可用于热敏底材(如木材、塑料、MDF板等)。熔融和固化分为两个明显的阶段,解决了热固性粉末涂料流平和固化重叠的问题。另外,UV固化粉末涂料中无活性稀释剂组分,因而不会释放任何挥发性成分,也不会发生渗入底材问题。所以,uV固化粉末涂料近几年来在国内外引起了人们极大的兴趣。
2Uv光固化粉末涂料的研究
uV固化粉末涂料技术是在粉末涂料和UV固化技术基础上发展起来的,因而在生产、加工工艺等很多方面与粉末涂料和UV光固化液体涂料是一致的,但它还有自己技术上的难点。其中包括主体树脂的制备及涂料的涂装固化工艺等。下面主要介绍这两方面的研究进展情况。
2.1主体树脂的研究
主体树脂决定涂料固化的总体性能,包括固化过程中的粘度及固化后涂膜的硬度、柔韧性、耐候性和耐化学品性等。因此,主体树脂的选择是决定粉末涂料性能的关键。UV固化粉末涂料要求在40℃下贮存3~6个月不结块,而且在较低温度下有较低的熔融粘度。只有这样,涂料才能有良好的流动、流平性质。因此,要求主体树脂的玻璃化温度(TG)应在50~70℃,平均分子量在1000~4000,且有较窄的分子量分布。但是,要得到符合上述要求的树脂并不容易。如果树脂的TG高,熔化时体系粘度大,不利于涂料的流平性,其熔化过程就较难,制成的粉末涂料存放困难。而树脂的低时,不利于涂料的使用和贮存。为此,人们对此树脂的合成制备做了很多的研究。
目前,UV固化粉末涂料常用树脂有:环氧丙烯酸酯、丙烯酸树脂、不饱和聚酯、聚酯丙烯酸酯、聚醚丙烯酸酯。上述树脂体系虽然基本符合要求,但很难达到低温下理想的流动性。所以人们寻找新的途径来解决这个问题,即结晶/非结晶体系和半结晶/非结晶体系。结晶/非是由结晶化合物和非结晶树脂形成的混合物。其非结晶型和结晶型聚合物流动曲线如图1所示。

环境和能源的压力正在改变全球涂料工业的品种与结构。粉末涂料和UV固化涂料作为节省能源、低污染的环保型涂料,正日益受到人们的重视。然而,由于热固性粉末涂料固化温度高、固化时间长,用于热敏基材受到限制。另外,在其熔融流平和热固化过程中存在一定的重叠,难以有足够的时间流平,所以极易出现橘皮、缩孔等外观缺陷。uV固化液体涂料中通常含有活性稀释剂。这些物质的释出会刺激皮肤和眼睛,涂敷时会有液体渗入底材,并长期向周围释放未固化的挥发性组分。因此,粉末涂料和UV固化涂料的应用都有其局限性。将粉末涂料和UV固化技术相结合的uV固化粉末涂料则可使上述问题得到解决。uV固化粉末涂料固化温度低,固化速度快,可用于热敏底材(如木材、塑料、MDF板等)。熔融和固化分为两个明显的阶段,解决了热固性粉末涂料流平和固化重叠的问题。另外,UV固化粉末涂料中无活性稀释剂组分,因而不会释放任何挥发性成分,也不会发生渗入底材问题。所以,uV固化粉末涂料近几年来在国内外引起了人们极大的兴趣。
2Uv光固化粉末涂料的研究
uV固化粉末涂料技术是在粉末涂料和UV固化技术基础上发展起来的,因而在生产、加工工艺等很多方面与粉末涂料和UV光固化液体涂料是一致的,但它还有自己技术上的难点。其中包括主体树脂的制备及涂料的涂装固化工艺等。下面主要介绍这两方面的研究进展情况。
2.1主体树脂的研究
主体树脂决定涂料固化的总体性能,包括固化过程中的粘度及固化后涂膜的硬度、柔韧性、耐候性和耐化学品性等。因此,主体树脂的选择是决定粉末涂料性能的关键。UV固化粉末涂料要求在40℃下贮存3~6个月不结块,而且在较低温度下有较低的熔融粘度。只有这样,涂料才能有良好的流动、流平性质。因此,要求主体树脂的玻璃化温度(TG)应在50~70℃,平均分子量在1000~4000,且有较窄的分子量分布。但是,要得到符合上述要求的树脂并不容易。如果树脂的TG高,熔化时体系粘度大,不利于涂料的流平性,其熔化过程就较难,制成的粉末涂料存放困难。而树脂的低时,不利于涂料的使用和贮存。为此,人们对此树脂的合成制备做了很多的研究。
目前,UV固化粉末涂料常用树脂有:环氧丙烯酸酯、丙烯酸树脂、不饱和聚酯、聚酯丙烯酸酯、聚醚丙烯酸酯。上述树脂体系虽然基本符合要求,但很难达到低温下理想的流动性。所以人们寻找新的途径来解决这个问题,即结晶/非结晶体系和半结晶/非结晶体系。结晶/非是由结晶化合物和非结晶树脂形成的混合物。其非结晶型和结晶型聚合物流动曲线如图1所示。

体系中这种结晶成分能显著降低熔融粘度,同时仍保持在室温下的良好贮存稳定性。但由于其熔融粘度极低会造成流挂问题,而非结晶成分则决定了降低粘度的程度,以避免出现流挂问题,所以非结晶树脂和具有适合熔点的结晶单体的混合物形成的系统,在理论上会有理想的流动性。1998年,M.Johansson等人报道了一种新的体系。该体系由非结晶性甲基丙烯酸树脂A1和结晶性化合物C1和C2组成。A1为用甲基丙烯酰氯使甲基丙烯酸甲酯与甲基丙烯酸羟乙酯共聚物的羟基官能团甲基丙烯酰化而得。C1为一种双丙烯酸酯(mp为1060C),C2为一种双酚A双甲基丙,烯酸酯(mp为72~74℃)。作者分别用热固化和UV固化方式对体系固化过程进行了研究。结果表明,热固化的流动过程难以控制,而UV固化则因发生于充分流平之后,易于控制,且涂膜表观平整度好。另外,UV固化因反应速率快得多,从而降低了氧阻聚所带来的影响。
目前还有人研究一种新型的低温辐射固化粉末涂料的合成,其合成工作可分成两部分,即非结晶树脂的合成和结晶成分的合成。非结晶树脂经过两步合成:先用游离基聚合法制备含羟基的甲基丙烯酸酯,然后再用2一甲基丙烯酰氯与羟基反应来使含羟基聚甲基丙烯酸酯官能化。结晶单体C1为丙烯酸4一[4一(4一丙烯酰氧基一丁氧基羰酰胺)一3,3一二甲基一双苯基一4一氨基甲酰氧]一丁酯。结晶单体C2为2一甲基丙烯酸一4(1一甲基一1一[4一(2一甲基丙烯酰氧)一苯基]一乙基)一苯酯。合成后在乙醇中重结晶得产物。此后,制备了一系列结晶单体和非结晶甲基丙烯酸酯树脂的混合物。用流变学法、量热法和显微镜法对其流变性、自发结晶、剪切诱导结晶、熔融过程、固化过程做了研究,结果证明该涂料体系适合UV固化粉末涂料的要求。另外,还有人研究用甲基丙烯酸缩水甘油酯和端羧基结晶型聚酯来制备辐射固化粉末涂料。
目前还有人研究一种新型的低温辐射固化粉末涂料的合成,其合成工作可分成两部分,即非结晶树脂的合成和结晶成分的合成。非结晶树脂经过两步合成:先用游离基聚合法制备含羟基的甲基丙烯酸酯,然后再用2一甲基丙烯酰氯与羟基反应来使含羟基聚甲基丙烯酸酯官能化。结晶单体C1为丙烯酸4一[4一(4一丙烯酰氧基一丁氧基羰酰胺)一3,3一二甲基一双苯基一4一氨基甲酰氧]一丁酯。结晶单体C2为2一甲基丙烯酸一4(1一甲基一1一[4一(2一甲基丙烯酰氧)一苯基]一乙基)一苯酯。合成后在乙醇中重结晶得产物。此后,制备了一系列结晶单体和非结晶甲基丙烯酸酯树脂的混合物。用流变学法、量热法和显微镜法对其流变性、自发结晶、剪切诱导结晶、熔融过程、固化过程做了研究,结果证明该涂料体系适合UV固化粉末涂料的要求。另外,还有人研究用甲基丙烯酸缩水甘油酯和端羧基结晶型聚酯来制备辐射固化粉末涂料。
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