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UV光固化水性聚氨酯树脂发展简述

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UV光固化水性聚氨酯树脂发展简述

发布日期:2019-04-25 作者: 点击:

一、水性UV光固化简述

1.常规光固化涂料与水性UV光固化的比较


常规UV水性UV
分散介质使用溶剂或活性稀释剂以廉价的水为溶剂
VOC排放大量VOC排放及少量残留接近零VOC,以水调粘或清洗
使用性收缩率大(影响附着力),成本较高低收缩,低固含、低粘度(适合于薄涂、喷涂工艺),低成本
安全性能毒性、刺激性、臭味低毒性,不易燃烧,安全性好

2.水性UV存在的难点共同存在的难题:氧阻聚作用或有色体系引起固化不完全。

(1)水的蒸发热高(40.6KJ/mol)

---预干燥能耗大、时间长、效率降低(嘉宝莉公司在年初推出的“微波红外耦合干燥技术”成功解决了水性漆干燥问题。)

---易引起吸收性基材的收缩变形(纸张、层压板等)

(2)水的表面张力大(72.8mN/m)

---不易润湿基材,易引起涂布不均(缩孔、气泡等弊病)

---对颜料润湿性差,影响分散

(3)需添加某些助剂,产生一定量VOC

---助溶剂(增加溶解度,提高稳定;降低粘度,改善流平)

---防冻剂(水的凝固点较高(0℃),防止低温时凝固)

---防霉剂(避免水性体系易滋生霉菌)

(4)体系的稳定性较差

---对pH较敏感;长时间储存过程中易出现沉淀

(5)光泽及硬度较低、耐水性和耐洗涤性较差等性能缺陷

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3.水性UV光固化发展历程

水性UV涂料一般由水性低聚物、光引发剂、助剂和水组成。

就乳化方式来说,水性UV的发展可分为三个阶段:

(1)第一代 外乳化型

基本工艺通过外加表面活性剂(乳化剂),并辅以高剪切力,将传统的光固化树脂乳化
产品特点生产工艺简便,乳液粒径较大(0.7~3μm)
应用进展稳定性差,受多种因素影响(如酸碱性、电解质、过度剪切应力、低温等);乳化剂的残留使干膜的质量受影响

(2)第二代 非离子基自乳化型

基本工艺聚合物中引入一定量的聚乙二醇等亲水链段
产品特点树脂本身具有亲水性,稳定性较好
应用进展长链的聚醚链段使成膜偏软,并且由于聚合物骨架上有亲水性结构,产品的耐水性和耐化性较差

(3)第三代 离子基自乳化型

基本工艺聚合物中引入亲水基团,经中和使其离子化后,亲水增强,赋予整个聚合物水溶性
产品特点自乳化,润湿性佳,稳定性好,性能佳
应用进展品种较多,未来发展的主要方向

二、水性UV光固化聚氨酯

1.分类

UV光固化根据所引入的离子基团(亲水扩链剂)不同,可分为三大类:

(1)阴离子型 (最主要)

a.羧酸型(-COOH):二羟甲基丙酸, 酒石酸等二元羧酸扩链剂;或二羟基半酯,一般是以低分子量三元醇或低聚物三醇(如甘油、低分子量聚醚三醇)与二元酸酐反应得到含羧基的二羟基化合物,所述酸酐有马来酸酐、苯酐、丁二酸酐、戊二酸酐等;

b.磺酸基(-SO3H):1,4-丁二醇-2-磺酸钠, 乙二胺基乙磺酸钠等,磺酸盐的强离子特性,不需挥发性胺类中和剂和有机共溶剂,即可使合成的PUA 很容易分散于水中。中和剂(成盐剂)一般为氨水或叔胺,如三乙胺、三乙醇胺、二甲基氨基乙醇、丁基乙醇胺等。

(2)阳离子型

有氨基、季铵基等,可选择的离子化基团范围较窄,一般在主链中引入叔胺基团,然后季胺盐化,从而达到聚氨酯丙烯酸可在水中稳定分散甚至水溶的目的。如N-甲基二乙醇胺和三乙醇胺等含叔胺基团扩链剂,所使用中和剂(成盐剂)一般为盐酸、乙酸或环氧氯丙烷等烷基化试剂。

(3)非离子型

分子链中由含氧基团组成的醚基/羟基/羧酸酯、嵌段聚醚(如聚乙二醇链段)和醛基等亲水基团时,水溶性也会有一定的提高,甚至达到水溶性,但一般与离子型一起使用,组成混合型聚氨酯水性体系。

根据外观类型也可分为三类:

(1)水溶液型 、(2)分散液型、(3)乳液型

名称水溶液型solutions分散液型dispersions乳液型emulsions
状态溶解~胶体分散分散
外观全透明半透明,乳白白浊
粒径<1nm1-100nm>100nm
分子量1000-10000数千-20万>5000

2合成中溶剂的使用

在聚氨酯预聚物合成过程中,有时需要加入少量有机溶剂,以降低粘度,利于预聚体的分散,及后期乳化得到稳定的微细粒径乳液,该方法即为通常所说的丙酮法。

可采用的溶剂有丙酮、甲乙酮、二氧六环、N,N-二甲基甲酰胺、N-甲基吡咯烷酮(有基因毒性)等水溶性(亲水性)有机溶剂和甲苯等憎水性溶剂。考虑到成本、操作性等因素,最常用的是丙酮和甲乙酮。

一般来说,在制备出稳定的乳液后,可通过减压蒸馏除去低、中沸点溶剂,减少乳液中溶剂的残留和气味。若溶剂用量很少,可不必除去。水性聚氨酯干燥时,残留的少量低沸点溶剂的挥发可加快胶膜的干燥时间,而少量高沸点溶剂的存在可使胶膜平滑,这在涂料工业中较常用。

3.主要合成路线

UV树脂

UV光固化

4.聚氨酯丙烯酸酯接枝丙烯酸酯杂化体系

近年来,UV光固化利用丙烯酸酯体系与聚氨酯体系进行接枝改性,得到化学杂化体系,使性能上有较好的互补甚至协同的效果,显示出了较好的应用前景。

该类型树脂多数用HEMA或GMA和其它丙烯酸酯单体共聚,得到含羟基或环氧基的丙烯酸酯低聚物,再与聚氨酯半加成物接枝改性,或与未经中和的羧酸型聚氨酯低聚物反应,最终引入丙烯酰基,反应式分别如下:

(1)杂化体系1

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(2)杂化体系2

UV光固化

UV光固化在绿色环保的大环境下,UV光固化涂料工业对VOC限制逐年严格,同时,在保持涂料的高性能和市场竞争力等多重因素促进下,高性价比的水性UV涂料陆续面向市场,必将得到极大的推广。

预计未来在家具木器漆、汽车内饰涂料、皮革涂饰、塑胶罩光和印刷油墨等领域,水性UV树脂将会得到空前的发展。

本文网址:http://www.gdbossin.com/news/417.html

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