在过去10年里，对涂料材料的成本效率、188金宝搏bet官网优化循环时间和VOC排放的要求发生了显著变化。工业界已经提供了几种解决方案来满足今天对新涂层材料的需求。188金宝搏bet官网辐射固化涂料具有较短的循环时间、较低的挥发性有机物和优异的涂膜性能等优点。该技术为制造商提供了为几乎所有应用领域制定高度通用涂料的可能性。
与传统涂料(即水性1包或2包体系)相比，辐射固化涂料在配方和固化方面有不同的挑战。其中许多挑战是由固化机制引起的。
制定毡清衣可能成为一个极其艰巨的挑战。在100%固体涂料的情况下，找到目标应用方法的可接受粘度、目标光泽水平和所需的薄膜性能(例如，耐划伤性、硬度、耐化学性等)之间的平衡是非常复杂的。
消光机理
为了更好地理解消光100% uv涂料，我们需要看看经典的消光工艺，并将其与传统的含voc涂料进行比较。
由于溶剂蒸发，传统涂料有更好的定向，最终倾向于“集中”在涂层表面附近的消光剂，而干燥。在挥发性有机化合物蒸发过程中，涂膜开始收缩。根据配方固体体积的不同，收缩率可以从湿膜体积的30%到60%不等。相比之下，100%紫外线涂料的薄膜收缩率从3%到8%，这取决于涂料中使用的树脂和单体。
在100% uv涂料的情况下，挥发性溶剂的缺乏会导致配方的各种问题。当降低树脂的粘度时，特别是在添加大量消光剂的情况下，使用低粘度单体是不可避免的。由于这些单体与树脂交联，它们也会影响最终膜的性能。通常，随着最终涂层的目标光泽降低，需要额外的单体来获得可接受的粘度。这可能导致薄膜性能降低，流量和水平问题，降低反应性和其他问题。另外，基于溶剂的系统可以克服这个问题，因为挥发性溶剂固有的稀释特性。
另一个重要因素是固化速度或凝胶时间。常规涂料的开启时间通常为5 - 30分钟，而UV固化过程只需几秒钟。毫无疑问，UV涂料中较短的固化时间往往会阻碍消光剂的充分定向/漂浮，这反过来降低了添加剂的有效性。结果是大大降低消光剂的效率，这通常是补偿高剂量的添加剂。
本文考虑了不同的经典消光剂(硅基和蜡基)与uv固化涂层的消光新方法之间的比较。主要重点是比较不同的抠图技术(商用和实验产品)，并展示不同产品类型的优缺点。
经典的抠图方法
颗粒表面结构
降低涂层光泽的传统方法是使用固体消光剂。一般来说，这些消光剂是二氧化硅或蜡粉。在许多应用中，二氧化硅因其更高的效率而被首选。使用经典的二氧化硅或蜡作为消光剂利用粒子光散射在最终的薄膜。在这种方法中，消光剂颗粒导致不定向反射光的结构化涂层表面。最终的表面可以在细颗粒结构和纹理状效果之间变化，并受消光剂的粒径、孔隙度和化学性质的影响。
实现抠图的新方法
远离经典的基于粒子的消光方法意味着寻找在镀膜中有效散射光的替代机制。我们将关注两种实现光散射的新方法。
内部的光散射
要获得低光泽度值，就必须分散从薄膜的空隙区反射的光。然而，大多数抠图方法集中在光在涂层表面的散射。在清漆的情况下，大量的可见光将通过涂层薄膜，并将被基材吸收和反射。通过在涂膜内部创建光散射结构(即晶体结构)，穿透到涂膜中的光将会散射，结果，涂膜出现哑光。使用这种新的消光添加剂，消光性能是通过固化过程中的受控结晶实现的。这种新的添加剂技术是基于丙烯酸功能载体和特殊聚合物固相之间的协同效应。用激光显微镜观察涂层内部，可以看到涂层内部的光散射行为。在涂层内部，一种类似游泳池中的焦散斑的折射图案变得可见。每一种结构都对应于薄膜中的晶体边界。由于晶体与光的相互作用，薄膜变得哑光(图1)。
表面结构(无颗粒)
通过影响辐射固化涂层的表面固化，最终薄膜可以被迫形成一个结构严重的层。这种高度“褶皱”的表面散射进来的光，这可以导致非常低的光泽度值。
一般来说，这种效果可以通过使用特殊的固化设备，如“准分子”装置与特殊配方的涂料相结合来获得。本文不讨论这种加工设备，而是重点讨论实现类似结构模式的另一种方法。基本上，结构效应可以通过在固化过程中影响涂层的表面流动而引起。在使用化学的情况下，单颗粒导致涂层从颗粒流动。这种流动过程与固化过程中涂层极性变化有关，极性变化会产生微尺度波。
研究概述
本研究比较了上述的抠图工艺，以说明每种工艺的具体优缺点。重点在于:
- 不同消光剂的效率不同
- 使用水平。
- 不同薄膜厚度下抠图效果的稳定性。
- 与各种低聚物的相容性。
为了进行这些具体的比较，使用了表1中的材料。188金宝搏bet官网由于高重复性和易于使用，所有应用测试都是在对比图上进行的。薄膜厚度分别在不同的段中标明。
所有显微图片均使用KEYENCE VK-X210激光扫描显微镜。共聚焦激光扫描显微镜适用于分析表面结构的影响在一个非常高的分辨率。此外，该技术能够虚拟地观察涂层薄膜，以确定涂层的内部光散射行为。
不同使用水平的一般效率
涂层的固有粘度和整体配方成本当然是选择合适的消光剂的重要驱动因素。反过来，在开发最终配方时，所选的消光剂应显示出最大的效率，以保持添加率在最小。
为了检验不同消光方法的效率水平，将上面提到的消光剂以不同的添加率加入到基于环氧树脂和聚酯丙烯酸酯的通用uv固化涂料体系中。在这个测试中，消光剂的添加率在1%到15%之间变化(根据配方总重量提供;图2)。
消光剂一
即使在较低的添加速率下，内部光散射比基于粒子的方法显示出明显较低的光泽。有趣的是，抠图效率优化在大约5%的添加率(基于TFW)。在达到这个“最大效率”后，抠图性能会随着抠图剂级别的增加而变差(图3)。
这种现象与抠图方法本身有关。内部光散射是由涂层膜中受控的晶体形成引起的。通过增加消光添加剂的添加量，晶体数量增加，同时，消光性能提高。然而，在给定的添加速率下，薄膜中结晶边界的最大密度达到了。在此特定体系中，在5%的添加率下可达到最大密度。增加消光剂使晶体边界重叠并破坏消光效果。反过来，光散射减少到足以增加光泽。
消光剂B
这种消光剂利用多用途的方法来降低最终薄膜的光泽。光泽度发展可与消光剂A相媲美，但整体效率更高。消光剂A和消光剂B之间的这种相似性与内部光散射有关。由于使用多种消光机制的多功能方法，与消光剂A相比，在较高添加率下的光泽度增加明显较低。
覆晶造成的性能损失可以通过表面结构来补偿。图4显示，在1%的添加水平下，每个粒子周围都会形成微观“坑”。这种结构效应与固化过程中发生的流动和流平特性的不规则性有关。此外，每个粒子周围的涂层会移动，在粒子中心留下一个小凹陷。这些洼地的大小大约是。直径20-30 μ m，深度3-4 μ m。通过增加消光剂的数量，纹理变得更接近，直到它开始相互连接并形成一个类似于准分子图案的统一结构。
消光剂C
基于粒子的方法可以得到几乎线性的抠图曲线。涂层中加入的二氧化硅越多，表面就越粗糙。从涂层表面的显微镜照片中也可以看出这一点(图5)。此外，与消光剂B相比，使用二氧化硅获得的表面结构往往更“粗糙”，在高度剖面上的均匀性更差，更不规则。
不同薄膜厚度下抠图效果的稳定性
在紫外光固化涂料领域，薄膜厚度是另一个重要的讨论话题。通常，消光效率在很大程度上取决于所用消光剂的粒径。一般来说，这意味着增加二氧化硅的粒径会使消光效率更好。这也意味着改变涂膜厚度可能对整体抠图程度有显著影响。
本研究测试了薄膜厚度对不同抠图机制的效率的影响。这是通过在不同的薄膜厚度上应用相同的涂层来实现的(图6)。
正如预期的那样，纯粒子方法显示了薄膜厚度和光泽之间的几乎线性相关。当超过9 μ m二氧化硅的平均粒径时，光泽度显著提高。
相反，当使用粒子方法(即消光剂A和B)时，在所有测试的薄膜厚度上都显示出基本稳定的光泽。一旦达到足够的薄膜厚度，内部光散射，薄膜厚度的变化无关紧要。总而言之，这将导致在广泛的薄膜厚度范围内具有非常一致的性能。
各种低聚物的相容性试验
除了制备效率外，广泛的相容性也是消光添加剂的一个重要考虑因素。为了比较新的消光方法的效率，建立了一个广泛的测试系列，包括几种不同的丙烯酸低聚物。这些试验背后的主要想法是制定一个简单的涂层，并检查不同添加剂的有效性(图7)。
消光剂一
消光剂A的性能与所测齐聚物的反应性有关。由于内部光散射是基于固化过程中发生的沉淀过程，因此整个消光机制受固化速度的影响，最重要的是受凝胶时间的影响。可以清楚地看到，凝胶时间短的高反应体系限制了消光晶体的协调形成。
消光剂B
不同的抠图机制的组合有两个主要优点:(1)由于寡聚物反应性的影响有限而具有更广泛的相容性;(2)比单独利用内部机制或表面光散射机制更大的抠图效率。然而，请注意，消光效果的很大一部分仍然与结构和晶体形成有关，而寡聚物的反应性影响最终的消光性能。
消光剂C
二氧化硅在大多数被测试的低聚物中表现出一致的性能。反应性在一定程度上影响最终的抠图性能，但与抠图剂A和b相比影响不明显。配方中低聚物的润湿性和流动特性对二氧化硅颗粒抠图效率的影响更大。此外，最终表面粗糙度，提供抠图效率通常是相同的，所以是光泽。
结论
利用新的抠图机制通常意味着改变配方的设置方式，以获得最佳的结果。本文讨论的备选消光剂为开发控制辐射固化涂料光散射特性的新方法提供了第一步。结果表明，对于辐射固化系统，第一代和第二代产品比传统的消光剂(如二氧化硅)有一些优势。此外，不同的抠图机制的组合可以在给定的系统中展示优越的整体性能特征，尽管有时表面散射技术可以提供更一致和稳定的抠图结果，如果应用粘度不是一个问题。
消光剂一
优点:
- 低加成率下的高抠图功率。
- 对涂层粘度影响很小。
- 卓越的表面的感觉。
- 机械稳定的抠图效果(因为抠图出现在薄膜内部，它不抛光)。
- 统一的席子。
缺点:
- 添加速率与产生的光泽度读数之间无线性相关性。
- 理想的添加率因配方细节而异。
- 效率取决于配方细节(反应性、固化速度、所用原料)。188金宝搏bet官网
- 在色素系统中使用有限。
消光剂B
优点:
- 低添加率下的高抠图效率。
- 对涂层粘度的影响较低(与标准二氧化硅相比)。
- 卓越的表面的感觉。
- 不同寡聚物相容性广。
- 非常统一的抠图，具有更好的美感。
缺点:
- 添加水平与光泽度读数之间无线性相关。
- 效率取决于配方细节(反应性、固化速度、原料等)188金宝搏bet官网
消光剂C
优点:
- 效率几乎是线性的-容易和可靠的光泽控制。
- 标准的抠图方法，有丰富的制定经验。
缺点:
- 粘度迅速增加。
- 折射率防止任何光在涂层内散射。
- 薄膜厚度对效率影响很大。
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作者Björn Tiede，技术产品经理;以及Steven Thompson，技术产品经理|路博润先进材料公司，克利夫兰，俄亥俄州188金宝搏bet官网
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