UV固化涂料技术简介紫外光固化涂料及其紫外光固化涂料及其 纳米改性纳米改性 第一部分 一、紫外线固化涂料的定义 紫外线固化涂料是一种通过紫外线照射 装置的照射，在短时间内吸收紫外线能 量快速固化的材料。二、电磁波的分类 紫外线线固化的有效波长为长为 nm200300nm 为短波长，对UV胶表面固化有效300400nm 为长波长，对UV胶深部固化有效高压汞灯的代表波长三、紫外线固化的优点l固化速度快，便于流水线操作l如果没有进行紫外线照射就不会固化，涂布 更加简便l无溶剂型，作业效率高l可以做成各种颜色的固化物四、辐射固化技术领域以及价值四、辐射固化技术领域以及价值 家具建材（木器、纸张、PVC扣板涂料） 食品包装印刷、套印清漆，脱模涂料等 汽车、摩托车灯，仪表盘以及外壳等 消费产品（塑料、运动器材、镜面涂层） 电子通讯（印刷电路版、PCB保护层，光纤 ） Efficiency(高效) Energy Saving(节能) Enabling(适应性广) Economy(经济) Environmental Friendly(环境友好) 符合 “5E” 原则，符合21世纪环保绿色涂料新标准。五、紫外线固化的缺点l原则上，紫外线无法透过的材料无法使用UV胶 进行固化l被挡住无法照射的部分不能固化l着浓色困难l深部固化困难l固化时一定要有UV照射设备附带其他固化功能的紫外线固化树脂，可以 克服掉以上的缺点紫外线固化树脂改性环氧 丙烯酸树脂环氧树脂 阳离子聚合改性聚氨酯 丙烯酸树脂丙烯酸树脂 自由基聚合改性硅系 丙烯酸树脂六、紫外线固化树脂的种类 机械强度大柔韧性好具有硅胶的特性七、UVCC的主要组分 光引发剂(35%) 预聚物(4060%) 活性稀释剂(4060%) 助剂(0.21%)UV固化涂料光固化低聚物光固化单体光聚合引发剂填充剂粘接剂其他UV的组成组 分性 能 影 响用 量成 本预聚物（Oligomer ）影响耐磨性，硬度，附著力，光泽， 固化速度等重要性能2040高单体（Monomer ）影响粘度，固化速度，硬度等性能1030中溶剂（Solvent）影响粘度，烧底性，附著力性能40 60低光敏剂（PI）影响固化速度，固化后气味，黄变等 性能510高助剂（Additive）影响气泡，流平，润湿性等性能0.51高其 他各种填料，增强剂，染料等提供特殊 性能510/八、UV应用 1. UV木器涂料UV腻子漆、UV底漆、UV面漆。 2. UV纸张涂料书刊封面、明信片、广告宣传纸、商品外包装纸盒、纸币表面等。 3. UV塑料涂料汽车部件、光盘、信用卡等塑料基材 。 4. UV金属涂料适用于钢材防锈、金属标牌装饰、彩涂钢板、易拉罐加工、铝合金门窗保护等。 5. UV光纤涂料 6. 皮革用UV涂料 7. UV光盘保护涂料 8. 汽车工业用UV涂料九、光固化性树脂成构成分九、光固化性树脂成构成分环氧树脂紫外线 固化树脂丙烯酸树脂自由基断裂阳离子断裂聚合的比较（自由基聚合）聚合的比较（自由基聚合）开始反应光光成长反应光重合開始剤自由基丙烯酸树脂自由基断裂自由基聚合自由基聚合生长反应生长反应I I R R ( (丙烯酸酯丙烯酸酯) )I IR R I IR R R RI IR RR R 停止反应停止反应I IR R I IR R I IR RR RI I开始反应开始反应I I ( (开始剂开始剂) )I I ( (自由基自由基) )h h氧的影响氧的影响I IR R O O2 2不活不活性物质性物质I IR RO OO O聚合的比较（阳离子聚合）聚合的比较（阳离子聚合）环氧树脂阳离子断裂开始反应开始反应光光成长反应成长反应重合開始剤Lewis酸产生阳离子聚合阳离子聚合开始反应开始反应I I ( (开始剂开始剂) )HXHX- -( (质子质子酸酸) )h h停止反应停止反应无无氧的影响氧的影响无无生長反応生長反応HX HX - - E E ( (环氧树脂环氧树脂) )HEHE+ +X X - - HEHE+ +X X - - E EHEEHEE+ +X X - - HEEHEE+ +X X - - E EHEEEHEEE+ +X X - - 聚合的比较聚合的比较紫外线紫外线 hhLewisLewis酸酸B B酸酸光聚合低聚物光聚合低聚物光光聚合聚合单体单体聚合聚合反应反应固化固化物物光光自由基聚合开始剂自由基聚合开始剂光光阳离子聚合开始剂阳离子聚合开始剂自由基自由基阳离子阳离子丙烯酸丙烯酸 树脂树脂环氧环氧 树脂树脂十、UV的发展方向优点：(1) 以水为稀释剂、不燃烧、设备易 清洗(2) 无毒性、刺激性、无VOC排放(3) 可得到极薄的涂层，降低成本缺点：(1) 光泽度低、耐洗涤性差(2) 固化前需预干燥等 1. UV水溶性涂料2. UV粉末涂料优点：(1) 无需稀释剂(2) 涂膜收缩率低，与基材附着力高 (3) 可形成优良的厚涂层(125m)(4) 喷涂溅落的粉体可回收利用UV粉末涂料比UV液体涂料更具技术、经济、环保优势，真正的 “5E”涂料。十一、纳米技术改性UV涂料纳米技术在涂料中应用可获得特殊的功能涂料。(1) 抗菌涂料(2) 抗紫外线涂料(3) 抗辐射涂料(4) 抗静电涂料(5) 红外线吸收涂料(6) 隐身涂料等纳米SiO2改性紫外光固化涂料目的：提高涂料的硬度、耐磨性、抗紫外线的性能等。改性方法：(1) 填充法(2) 原位杂化法(1) 填充法直接填充纳米SiO2存在问题：(1) 有机相无机相之间相溶性差(2) 难分散，易团聚 (3) 稳定性差解决方法：对纳米SiO2进行表面有机化改性 纳米SiO2表面改性得依据：图1 纳米SiO2的表面状态表面改性的方法：(1) 醇酸酯化法(2) 表面活性剂改性法(3) 偶联剂改性法 (4) 共聚接枝改性偶联剂(KH-570)改性法：共聚接枝改性法：改性方法的优缺点：1. 改善了纳米粒子与UV涂料体系的相溶性2.改善了共聚接枝改性的纳米SiO2在涂料中的稳定性3. 在涂料中的粒径较大4. 涂膜光泽较差添加表面共聚接枝改性的纳米SiO2，UV 涂料的性能：(1) UV涂料的硬度由23H提升到56H(2) 耐磨性由9.6mg提升到2.3mg(500g/500r)(3) 纳米粒子的稳定性达到60d以上(4) 附着力100(划格法)2、溶胶凝胶原位杂化改性特点：1. 纳米粒子无需表面改性即可实现在涂料体系中均匀分散2. 改性后的UV涂膜质量高于填充法 3. 反应条件简单，成本较低第二部分 预聚物与引发剂一、预聚物种类与特性性 能 种类类固化速度硬度粘度柔韧韧性黄变变环氧丙烯酸酯（ EA）1112231聚氨酯丙烯酸酯（ PUA）1313122313聚酯丙烯酸酯 (PEA)2313231312纯丙烯酸酯33120.513注：1：高（优）；2：中；3：低（差）1.不饱和聚酯主要由二元酸及其酸酐与二元醇缩聚制得。2. 环氧丙烯酸酯 3、预聚物的特性 环氧丙烯酸酯由于环氧化合物是产品的 主要骨架，故性能设计范围窄，黄变重，分 子量低收缩大导致在塑料上附著不佳，在UV 硬涂料中应用较少。 聚酯丙烯酸酯粘接性较好，但耐水解性 ，耐候性差，一般很少用于UV硬涂料。而聚 氨酯丙烯酸酯产品性能变化范围宽，分子中 的氨酯键能形成氢键，受力时氢键打开，故 有优异的耐磨性，并能缓和固化时的变形， 附著较好，是UV硬涂料的首选预聚物。二、预聚物具体特点：1. 主要的成膜物质2. 分子量大，粘度高3. 对涂膜性质起决定作用3. 聚氨酯丙烯酸酯产品的合成是利用了异氰酸酯中的异氰酸根(-NCO)与长链二醇和丙烯酸羟基酯中的羟基(-OH)反应，形成NHCOO(氨基甲酸酯)而制得。4. 聚酯丙烯酸酯由多元醇与丙烯酸酯制得。5. 聚醚丙烯酸酯主要是聚乙二醇、聚丙二醇的丙烯酸酯。今后发展的方向：6. 有机硅预聚物7. 有机氟预聚物8. 低粘度预聚物9. 水溶性预聚物三、活性稀释剂活性稀释剂的作用，调节UV的粘度，同时参与成膜。选择原则：(1) 粘度低、稀释能力强、易溶于UV(2) 挥发性、气味、毒性均要小(3) 活性大、官能度适中、聚合收缩率小现有稀释剂种类：1.单官能度苯乙烯、乙酸乙烯酯、N乙烯基吡咯烷酮、 单官能度丙烯酸酯等。2.二官能团代表产品：TPGDA(三缩丙二醇二丙烯酸酯)、HDDA(己二醇二丙烯酸酯)、NPGDA(戊二醇二丙烯酸酯)等。3.三官能团代表产品：TMPTA(三羟甲基丙烷三丙烯酸酯)、PETA(季戊四醇三丙烯酸酯) 活性稀释剂的发展方向：(1)烷氧基化乙氧基化(CH2CH2O)、丙氧基化(CH2CH2CH2O)(2)烯基醚化乙烯基醚化(CH2CHO)、丙烯基醚化(CH2CHCH2O)特点：粘度低、稀释能力强、活性高、毒性低四、光引发剂目前常用的：自由基型阳离子型今后的发展方向：可见光型水溶性型 高分子型 光引发剂的引发UV固化机理：1. 裂解型自由基光引发剂机理：(1) 苯偶姻及其衍生物(2) 苯偶酰及其衍生物(3) 苯乙酮及其衍生物2. 提氢型自由基光引发剂机理：(1) 二苯甲酮及其衍生物(2) 硫杂蒽酮及其衍生物3、阳离子光引发剂的机理：吸收紫外光后，发生光解产生超强质子酸，从而引发阳离子预聚物和活性稀释剂 阳离子聚合。(1) 芳基重氮盐：(2) 二芳基碘鎓盐(3) 三芳基硫鎓盐(4)芳基茂铁盐其中产生强质子酸的阴离子有：SbF6 ， AsF6 ， PF6 ， BF44、可见光引发剂UVCC光引发剂一般对波长在300400nm的紫外光敏感,可见光引发剂对500nm以上的可见光敏感。应用于信息、计算机、激光技术等领域。5.水性引发剂在原有引发剂分子上引入氨基、磺酸基等水溶性基团，主要应用于水性光固化涂料。6. 大分子引发剂在原有引发剂分子上引入含不饱和双键的活性聚合单体或在大分子化合物上引入光引发剂两条路径，优点是没有分子碎片放出。其他1. 消泡剂具有铺展、渗透性，降低气泡膜的表面张力2. 流平剂提高涂料的流动性，克服涂膜的缩空、针孔、橘皮、流挂等弊病3. 润湿、分散剂用来提高颜料在涂料中的悬浮稳定性第三部分 工艺流程简要单液型涂料的工艺丙烯酸树脂助剂填料溶剂分散颜料检验过滤包装单体种类与特性性 能 种类硬度光泽 度柔韧 性附著力固化速度单体官能基增加单体官能基减少施工流程 真空电镀涂装基材包装检验预处理喷UV电镀底漆UV曝光600mj/cm2喷UV面漆602min电镀602minUV曝光600mj/cm2施工流程 单层涂装（直接喷涂在塑料底材上） 双层涂装（UV涂料喷在底漆上）基材包装检验预处理喷UV漆602minUV曝光600mj/cm2基材包装检验预处理喷底漆702minUV曝光600mj/cm2喷UV漆602min施工流程 单液型涂料基材预处理开油烘烤6030min包装检验UV曝光200mj/cm2UV涂装涂装静置5min烘烤702min