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        紫外光固化封底塗料的研製,研製了一種用於表面粗糙的水泥板、木板等建築材料的快速封底處理的紫外光固化塗料
        2019年07月30日    閱讀量:26793    新聞來源:中國建材網 cnprofit.com  |  投稿

        隨著人們生活水平的提高,塗料由原來以保護基材以及裝飾為目的,向環保化、功能化方向發展。水泥板、木板、塑料是建設工程中必不可少的建築材料,要想在表面粗糙的基材表面實現塗料的功能性,需要對基材進行預處理。


        現階段主要解決辦法是使用基層抗鹼性封閉底漆,其不足之處有: 

        ( 1) 乾燥時間長,需要待溶劑充分揮發后才能進行下一道工序,給生產和施工帶來停滯和麻煩; 

        ( 2) 有的底漆對基材附著力不強,經過一段時間后,塗膜和基材板面之間有剝落與鬆弛現象; 

        ( 3) 塗層表面緻密性及平整度差、滲透性大,造成塗料表面功能性材料( 如具有高附加值的防水、反射、隔熱保溫等材料) 的浪費中國建材網cnprofit.com。因此,研製一種性價比高、固化速度快且附著力強的封底塗料,同時能通過滾塗使塗層表面具有優良的緻密性和平整度,有利於迅速進行下一道工序,解決生產和施工停滯等問題,具有重要的社會意義和經濟價值。


        紫外光固化塗料是一種具有低 VOC 排放、固化速度快、適合流水線生產的環保型塗料。針對上述問題,本研究將聚氨酯丙烯酸樹脂、環氧丙烯酸樹脂作為預聚物,配合稀釋單體、光引發劑、無機填料,通過配方優化製備了一種可快速乾燥、填料不易沉降分離的紫外光固化封底塗料。


        1 實驗部分

        1. 1 主要原料

        ( 1) 預聚物。改性環氧丙烯酸樹脂( UV 1005 -65) : 中山市千葉化學材料有限公司; 酸性環氧丙烯酸樹脂( EAO 104 TP20) : 台湾寶潤化工有限公司; 芳香族聚醚型聚氨酯三丙烯酸酯( SM 6318) 、低黏度雙酚 A 環氧二丙烯酸酯( SM 6105-80) : 台湾三木集團有限公司。

        ( 2 ) 稀 釋 單 體。1,6 - 己二醇二丙烯酸酯( HDDA) 、三丙二醇二丙烯酸酯( TPGDA) 、三羥甲基丙烷三丙烯酸酯( TMPTA) : 中山市千葉化學材料有限公司。

        ( 3) 其他原料。三乙醇胺: 分析純,台湾晶純科技股份有限公司。

        ( 4) 填料。滑石粉、重鈣粉、雲母粉: 台湾亮龍塗料有限公司。

        1. 2 性能測試

        根據 GB /T 9286—1998 測試塗膜的划格法附著力。根據 JG /T 24—2000 測試、觀察塗料的沉降性能及貯存狀態。耐酸性、耐鹽水性、耐鹼性測試: 分別在5%H2 SO4 溶液、5%NaCl 溶液和 5%NaOH 溶液中浸泡 24 h,觀察塗層是否出現起皮、泛白、脫落等現象。

        1. 3 塗料的製備

        ( 1) 按表 1 配方,將預聚物、稀釋單體、光引發劑、三乙醇胺等按一定比例加入反應釜中,將轉速調至 400 ~ 500 r /min,攪拌 5 min 形成透明塗料。( 2)降低轉速到 200 ~ 300 r /min,緩慢加入填料,直到混合物中無明顯的乾燥粉狀填料時,加入適量的消泡劑、防沉劑等常規助劑后,升 高 轉 速 到 1 500 ~2 000 r /min,攪 拌 30 min,製得紫外光固化塗料。( 3) 將上述塗料用塗布器塗在水泥板上,膜 厚 為125 μm,以 5 m /min 的速度通過微波無電極 UV 光固化機( 常州紫波電子科技有限公司) 進行固化,固化時間約 5 s,室溫下靜置 3 d 後進行固化膜附著力等性能測試。( 4) 將上述所得的紫外光固化塗料 30mL 裝入 50 mL 的透明玻璃瓶中,密封后室溫下靜置2 d、30 d、60 d 后,首先從外觀上觀察塗料的沉降分離情況,然後參照 JG /T 24—2000 中的骨料沉降性試驗進行測試分析。

        實驗的基礎配方

        紫外光固化封底塗料的研製,研製了一種用於表面粗糙的水泥板、木板等建築材料的快速封底處理的紫外光固化塗料 中國建材網,cnprofit.com

        2 結果與討論

        2. 1 預聚物、稀釋單體對塗膜性能的影響

        預聚物作為光固化材料的主體,當前應用較廣的是環氧丙烯酸酯樹脂和聚氨酯丙烯酸樹脂。環氧丙烯酸酯樹脂具有固化速度快、所得塗膜硬度高、附著力好等優點; 聚氨酯丙烯酸樹脂固化后塗膜的附著力、柔韌性較好; 改性環氧丙烯酸酯因側鏈有極性基團,可以與表面有羥基存在的極性材料較好地附著。


        對於表面粗糙的水泥板、木板等基材進一步功能化前用的封底塗料而言,塗層與基材的附著力尤為重要。本實驗在固定光引發劑為 1173、助劑為三乙醇胺、填料為滑石粉的前提下,研究了預聚物和稀釋單體的種類及其配比對固化塗層與基材附著力的影響,結果如表 2、表 3 所示。


        在配方 1# ~ 4#中固定稀釋單體 HDDA 的量為 25份、TPGDA 為 15 份,配方 1#、3#、4#的固化膜均表現出良好的附著力,其原因可能是改性環氧丙烯酸樹脂側鏈有極性基團,能夠提高塗層與基材的附著力,但配方1#固化膜硬度低; 低黏度雙酚 A 環氧二丙烯酸酯因結構中含有苯環和側鏈羥基,鏈呈剛性,固化后表現出較高的硬度和較好的附著力; 三官能度的芳香族聚醚型聚氨酯三丙烯酸酯本身具有耐磨、柔韌性好等特點,其固化膜附著力好。


        而配方 2#固化后膜硬度較好,但因其黏度大而附著力較差,且固化后塗層易開裂。在配方 5#、6#中固定稀釋單體 HDDA 的量為 40份,雖然固化膜附著力有所提高,但固化膜有些發脆,施工時流平性能較差。當使用三官能團的稀釋單體TMPTA 15 份時( 配方 7#、8#) ,因分子中含有多個光活性基團,交聯點增多,交聯密度上升,固化產物硬度高、脆性大,而且在固化過程中比雙官能團稀釋單體TPGDA 的收縮力大,導致了固化膜附著力降低。


        因此,本實驗配方中預聚物優選芳香族聚醚型聚氨酯三丙烯酸酯和低黏度雙酚 A 環氧二丙烯酸酯,稀釋單體優選 25 份的 HDDA 和 15 份的 TPGDA( 配方 3#、4#) 。

        另外,在上述優選配方 3#、4#中雖然使用了防沉劑,但配製好的塗料室溫靜置 2 d 后出現了填料沉降現象。如果過多地使用防沉劑,會降低固化膜的耐水性,起到負面作用。因此有必要從填料的種類及用量角度,有效地解決塗料中填料的沉降問題。

        紫外光固化封底塗料的研製,研製了一種用於表面粗糙的水泥板、木板等建築材料的快速封底處理的紫外光固化塗料 中國建材網,cnprofit.com

        不同預聚物、稀釋單體的種類及其用量的配方,預聚物、稀釋劑及其用量對塗膜性能的影響

        2. 2 填料對塗膜性能的影響

        作為表面粗糙基材的封底處理,為使塗層表面具有優良的緻密性和平整度,需要加入無機填料。本實驗在保證塗層附著力優良的前提下,為改善塗料的貯存、施工及塗膜性能,在平衡成本的基礎上對填料的種類、用量進行了詳細的討論,結果如表 4、表 5所示。

        不同填料及其用量對應的配方組成

        填料對固化膜性能的影響

        紫外光固化封底塗料的研製,研製了一種用於表面粗糙的水泥板、木板等建築材料的快速封底處理的紫外光固化塗料 中國建材網,cnprofit.com

        由表 5 可以看出,固定預聚物為芳香族聚醚型聚氨酯三丙烯酸酯( SM 6318) ,加入 0. 5 份防沉劑后,配方 1#不僅固化膜附著力差,而且塗料沉降性嚴重;配方 2#、3#、4#的塗料沉降分層雖有改善,但塗層的耐鹼性差; 配方 5#、6#的塗料表現出良好性能。


        同樣將預聚物替換成低黏度雙酚 A 環氧二丙烯酸酯 ( SM6105-80) 的配方 8#塗料也表現出類似的良好性能。然而,當增加重鈣粉的用量時塗料出現了沉降現象( 配方 7#) 。原因可能為在配方 5#、6#、8#中,滑石粉的針狀和纖維狀結構增進了固化膜的附著力; 具有彈性的鱗片狀結構的雲母粉,能夠自動平行排列,減少了固化膜的透水性; 


        另外,在整個體系里滑石粉和雲母粉與粒徑小體質輕的重鈣粉相互配合后,再與黏稠的液體樹脂、稀薄的稀釋單體和少量的助劑作用,能夠形成相互作用的穩定體系。這樣的體系不僅能夠提高固化膜的附著力,還能有效抑制塗料的沉降性;同時使得固化塗層表面具有優良的緻密性和平整度。


        在進一步對固化膜進行耐介質性測試時發現: 配方5#、6#、8#中的固化膜均有較好的耐酸性、耐鹼性和耐鹽水性。配方 7#中塗料出現沉降現象可能是由於多量的小粒徑重鈣粉穿插於滑石粉、雲母粉、樹脂、稀釋單體之間,影響了所形成體系的穩定性。


        2. 3 封閉塗層對後繼性能的影響

        為了考察固化封底塗層對後繼塗層性能的影響,將用表 4 中配方 5#塗料,塗在水泥基材上形成封閉塗層,在此塗層的基礎上,經過打磨重新塗裝了由表 6配製的紫外光固化罩面漆,並測試了二次固化膜的附著力。


        實驗結果顯示其罩面塗層光滑平整,附著力接近 0 級。由此可見,本實驗所研製的封底塗料對後繼塗層性能幾乎沒有影響,可用於水泥、木材、塑料、金屬等基材表面的快速預處理。

        紫外光固化罩面漆的基礎配方

        紫外光固化封底塗料的研製,研製了一種用於表面粗糙的水泥板、木板等建築材料的快速封底處理的紫外光固化塗料 中國建材網,cnprofit.com

        3 結 語

        由表 4 中配方 5#所製備的紫外光固化塗料,和現階段的封底塗料相比固化速度快,流平性好,不需要添加流平劑,且固化膜附著力強,固化塗層耐酸、耐鹼和耐鹽水性較好。通過調配不同無機填料的用量,能夠有效抑制塗料中填料的沉降,易於貯存和施工。因此,本研究所研製的封底塗料可用於水泥、木材、塑料、金屬等基材表面的快速預處理,且製備方法簡單,具有良好的應用前景。


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