解析光固化涂料中低聚物的种类与选择


光固化涂料,作为一种特殊类型的涂料,由于它的环境友好性、效率及性能的优异性,已经越来越受到市场的青睐了。近年来在多个领域展现出了其独特的优势和广泛的应用前景。这类涂料以其高效的固化速度、出色的硬度和耐磨性,以及较低的挥发性有机物(VOC)排放,正逐渐成为涂料行业的新宠。

光固化涂料主要由以下几个关键成分组成:

(1)光敏树脂(低聚物);(2)光敏剂(光引发剂);(3)稀释剂;(4)添加剂。

而在这其中,低聚物是光固化涂料的主体部分,选择合适的低聚物是至关重要的,因为它决定了涂料固化后的主要性能,如硬度、柔韧性、附着力、光学性能和耐老化性能等。

一、低聚物的选择

光固化涂料中的低聚物与普通涂料中的树脂功能相似,都是关键的成膜组分,它们的性能对涂料的整体性能有着决定性的影响。这些低聚物在结构上必须具备可进行光固化的基团,例如不饱和双键或环氧基,它们都属于感光性树脂。在光固化涂料的所有成分中,低聚物占据了核心地位,其特性在很大程度上决定了涂料固化后的主要性能。因此,低聚物的合成与选择对于光固化涂料的配方设计至关重要。

自由基光固化涂料中常用的低聚物主要包括各种丙烯酸树脂,如:(1)环氧丙烯酸树脂;(2)聚氨酯丙烯酸树脂;(3)聚酯丙烯酸树脂;(4)聚醚丙烯酸树脂;(5)丙烯酸酯树脂等。

在实际应用中,环氧丙烯酸树脂和聚氨酯丙烯酸树脂的使用最为广泛。而对于阳离子光固化涂料,常用的低聚物则包括环氧树脂和乙烯基醚树脂。

在光固化涂料中选择合适的低聚物需要全面考量多个因素:(1)黏度;(2)光固化速度;(3)物理力学性能好;(4)玻璃化温度;(5)固化收缩率;(6)低毒低刺激性。

二、低聚物的类型和特点

1、不饱和聚酯

光固化木器涂料中常用的一种低聚物,其成本相对较低,与传统溶剂型涂料相似。然而,随着其他类型的低聚物价格不断下降,且性能远超不饱和聚酯体系,这种低聚物的市场份额已逐渐减少。

2、环氧丙烯酸脂

环氧丙烯酸酯是由环氧树脂和丙烯酸或甲基丙烯酸经开环酯化制得,合成较为容易。具有良好的附着力和耐化学品性,目前已成为光固化涂料配方的首先选择的原料,广泛应用于各种涂料和油墨中。其缺陷是其固化产物硬而脆,为了改善这一点,通常会将它与丙烯酸异辛酯、第二代丙烯酸酯活性稀释剂或具有较好柔顺性的树脂配合使用。

3、聚酯丙烯酸酯

聚酯丙烯酸酯是由低分子量的聚酯多元醇经丙烯酸酯化而制得。这类低聚物在涂料中提供良好的柔韧性和耐久性,它还具有较低的黏度和成本,使得它在涂料配方中具有较高的性价比。虽然其光固化速率一般,但通过使用高官能度的聚酯丙烯酸酯,可以显著改善其光固化速率。同时,那些含有长链烷烃或长链段的聚酯丙烯酸酯因对颜料具有良好的润湿性,所以特别适用于光固化色漆中。不过聚酯丙烯酸酯在光固化涂料中较少有单独使用的情况,通常是与环氧丙烯酸酯、聚氨酯丙烯酸酯等常用主体树脂配合,以达到最佳的涂料性能。

4、聚氨酯丙烯酸酯

聚氨酯丙烯酸酯结合了聚氨酯的高耐磨性、韧性和聚丙烯酸酯的优异光学性能和耐候性。根据其结构特点,既可获得高硬度固化膜,也可获得具有良好柔顺性的涂层,涂料上一般采用软段较长的聚氨酯丙烯酸酯结构。

聚氨酯丙烯酸酯的显著特点是其固化膜具有卓越的柔韧性,同时对多种基材都表现出极好的附着力和耐腐蚀性能。然而,它的成本相对较高,并且光固化速度稍低于环氧丙烯酸酯。为了提高性能,聚氨酯丙烯酸酯常与环氧丙烯酸酯、多官能丙烯酸酯活性稀释剂混合使用。常用于高性能涂料领域,如汽车、家具和船舶表面涂装。

5、丙烯酸树脂

这些树脂中包含的碳碳不饱和双键,能够进行UV固化反应。然而,在光固化涂料工业中,它们较少被单独应用,这主要是因为其分子量较大,导致黏度较高。尽管如此,含有丙烯酰氧基的丙烯酸树脂低聚物,虽然光固化速度不快,但其固化收缩率较低,有助于提高固化膜对基材的附着力。此外,这类树脂还具有良好的耐候性和光泽度,因此常被用于户外涂料和装饰性涂料中。

6、其他特殊低聚物

近年来,为了满足特殊涂层的多样化需求,光固化涂料领域不断研发并应用了多种新型结构的低聚物。这些新型低聚物包括但不限于有机硅丙烯酸树脂、水性UV低聚物、超支化低聚物、双重固化低聚物、具有自引发功能的低聚物、脂肪族和脂环族环氧丙烯酸酯、低黏度低聚物、专为UV固化粉末涂料设计的低聚物,以及杂化低聚物等。这些创新材料的引入,极大地丰富了光固化涂料的应用范围和性能特点。

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