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高耐磨UV啞光涂料消光粉的影響

?2020-05-27
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利用UV或EB能量輻射固化液體涂層材料的機(jī)理現(xiàn)在已經(jīng)眾所周知了。工業(yè)涂料的應(yīng)用在基材上改善某些表面性能(低光澤、耐沾污)和某些機(jī)械性能，如耐磨性或抗劃傷。表面和機(jī)械性能是
       利用UV或EB能量輻射固化液體涂層材料的機(jī)理現(xiàn)在已經(jīng)眾所周知了。工業(yè)涂料的應(yīng)用在基材上改善某些表面性能(低光澤、耐沾污)和某些機(jī)械性能，如耐磨性或抗劃傷。表面和機(jī)械性能是樹(shù)脂、引發(fā)劑、填料和添加劑的精心選擇和組合控制的，還必須考慮基材的附著力和uv固化配方的粘度，根據(jù)最終用途，工業(yè)涂料可能需要改善多個(gè)性能特征。
但工業(yè)涂料的配方需要權(quán)衡取舍，可通過(guò)添加一些填料來(lái)控制配方的耐磨性，這通常會(huì)增加配方的粘度。消光劑可以用來(lái)控制光澤度，但它們通常會(huì)對(duì)最終涂層的耐磨性產(chǎn)生負(fù)面影響。耐磨性和抗劃傷性是許多涂層應(yīng)用的關(guān)鍵，但提高其中一種性能的參數(shù)可能會(huì)降低另一種性能。添加超細(xì)聚酰胺粉末似乎是一種簡(jiǎn)單的方法，可以達(dá)到性能的平衡，獲得部分或全部的機(jī)械性能和表面性能，同時(shí)保持良好的基材附著力和低粘度配方。本文介紹了超細(xì)聚酰胺粉末、超細(xì)共聚酰胺粉體和二氧化硅添加劑在制備紫外光固化體系時(shí)的行為。研究了紫外光固化配方的粘度、光固化改性、光澤度控制、涂層的摩擦性能、涂層內(nèi)添加劑的分散性和耐磨性。
實(shí)驗(yàn)
光固化配方
       基礎(chǔ)的聚氨酯丙烯酸酯配方(表1)由丙烯酸單體的混合物組成，如丙烯酸異冰片酯、1,6己二醇二丙烯酸酯、二季戊四醇五丙烯酸酯和乙氧基化三羥甲基丙烷三丙烯酸酯與聚氨酯丙烯酸低聚物。此配方推薦用于剛性和柔性塑料基材上的面漆。在加入超細(xì)聚酰胺粉末之前，該體系的關(guān)鍵特性是與塑料基材的良好附著力以及硬度和柔韌性的良好結(jié)合。超細(xì)聚酰胺粉末是由十二內(nèi)酰胺和/或己內(nèi)酰胺直接聚合而成的聚合物和共聚物。這種獨(dú)特的工藝生產(chǎn)出具有特定尺寸、比表面積和熔點(diǎn)的微孔球形珠。平均粒徑（APS）為5至60微米。這些超細(xì)聚酰胺粉體的結(jié)構(gòu)、形狀、較窄的粒徑分布和性能使其與涂料工業(yè)中使用的其他粉體或添加劑有顯著的不同。對(duì)于本研究中使用的每個(gè)等級(jí)粒徑分布非常窄，平均粒徑為10微米（表2提供了這些聚酰胺等級(jí)和二氧化硅A的典型物理性能）。在本研究中，采用超細(xì)聚酰胺粉末和二氧化硅的濃度梯度，按總配方的重量從1份到10份。

應(yīng)用/固化
       將可UV固化的配方應(yīng)用于玻璃板、柔性塑料基材或帶有校準(zhǔn)涂布棒的BaF2晶體上，以獲得厚度為12、24或35μm的涂層。通過(guò)以5 m/min的速度操作紫外光，將其短時(shí)間（3次）暴露在中壓汞燈（IST-80 W/cm）的輻射下，樣品位置的最大光強(qiáng)度采用輻射測(cè)量法（國(guó)際光IL390）測(cè)量。所有實(shí)驗(yàn)均在室溫下進(jìn)行。
在光聚合過(guò)程中聚酰胺粉末的影響
        通過(guò)繪制1-（A1/A0）作為曝光時(shí)間的函數(shù)（圖1），可以從最初（A0）和給定曝光時(shí)間（A1）之后的紅外光譜吸光度的值獲得轉(zhuǎn)換-時(shí)間曲線。利用實(shí)時(shí)FTIR光譜儀（Bruker Optics IFS 66）直接記錄了薄膜中超快反應(yīng)的時(shí)間-轉(zhuǎn)換曲線，這一技術(shù)非常適合于薄膜中超快反應(yīng)的動(dòng)力學(xué)分析。在這些實(shí)驗(yàn)中，樣品位置的光強(qiáng)度是在340mw/cm2下測(cè)量的。
 

光聚合動(dòng)力學(xué)研究超細(xì)聚酰胺粉末的影響
        采用FT (RTIR)光譜法研究了超細(xì)聚酰胺粉末對(duì)紫外光固化配方的影響。如圖1所示，轉(zhuǎn)化率隨時(shí)間的變化曲線，超細(xì)聚酰胺粉末（超細(xì)聚酰胺12粉末重量的10%）對(duì)光聚合動(dòng)力學(xué)沒(méi)有影響。對(duì)超細(xì)共聚酰胺粉末3501 EXD（10%重量）也得到了相同的結(jié)果。
以30 m/min（相當(dāng)于100 mJ/cm~2）的速度在紫外線燈下一次通過(guò)證明可以聚合配方F0中75%以上的丙烯酸酯雙鍵，并且在以5 m/min（相當(dāng)于2 J/cm~2）的速度三次通過(guò)后聚合超過(guò)98%（圖2）。

聚酰胺粉末對(duì)涂層抗滑性的影響
        圖3所示的一個(gè)非常簡(jiǎn)單的裝置用于評(píng)估涂層表面的滑動(dòng)性。將300g橡膠鞋底（6x6 cm）置于紫外線固化膜上。然后逐漸傾斜樣品，直到開(kāi)始向下移動(dòng)，并測(cè)量角度θ。角度越大，表面就越不光滑。配方F0的角度約為30°。超細(xì)聚酰胺12或共聚酰胺6/12粉末的加入使角度降低到25°。二氧化硅濃度為10%時(shí)，角度下降到18°。二氧化硅材料的性能與超細(xì)聚酰胺粉末不同。

結(jié)論
        超細(xì)聚酰胺粉末可用于改善某些工業(yè)涂料的性能，而不會(huì)影響其他性能或降低光聚合過(guò)程。我們發(fā)現(xiàn)，在較低的添加量下，超細(xì)聚酰胺粉末可以提高UV固化工業(yè)涂料的耐磨性，降低光澤，對(duì)配方粘度和涂層摩擦的影響最小，而其他添加劑對(duì)耐磨性和涂層摩擦都有負(fù)面影響。在測(cè)試的配方中，耐磨性提高了約20%，而在一些非紫外線固化的體系中，耐磨性得到了更大的提高。配方組成、固化條件或聚酰胺顆粒在表面的密度可以解釋這一結(jié)果。在研究紫外光固化體系中，超細(xì)熱塑性粉末的引入是提高涂層耐磨性的主要原因。總而言之，超細(xì)聚酰胺粉末在消光的同時(shí)可以提高這些涂料的耐磨性、耐刮性。
 

◇ 譯自ARKEMA公開(kāi)資料
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