Zero-VOC和高固相含量Photocured硅化涂料| 2016-05-01 | PCI杂志

化学物质的登记评估授权和限制(达到)在欧洲监管法规由美国环境保护署(EPA)在美国已经促使科学家和技术人员采用更安全的路线发展涂料配方。在涂料行业,U188BET竞彩V光固化涂料(uvc)在过去的几十年里取得了巨大的成功。短波紫外线获得难以置信的关注是由于继承的好处,如能源效率、低工作空间的要求,快速、环境养护温度,减少挥发性有机化合物排放和优越的表面属性。虽然在70年代早期,介绍了短波紫外线技术仍在不断发展之中,新的商业产品出现在传统聚合物涂料产品。众多养护技术涉及不同的光(π)和交联剂已经假定否定低温固化的涂料行业的一般感知/意味着低交联硬化和涂层强度。188BET竞彩自由基类商用ππ被广泛接受的,因为这些可以使用丙烯酸酯和不饱和聚酯。同样,多功能低收入,中期和高分子量丙烯酸酯介绍了短波紫外线交联的传授所需的水平。在短波紫外线的遥爪聚硅酮成分视为提供足够的交联锚和灵活的无机部分。本文探讨了利用遥爪聚硅酮的可能性在传统acrylate-based短波紫外线成分。

深入分析了固化动力学的短波紫外线是利用拉曼光谱技术进行的。短波紫外线涂层衬底的表面形态和原子力显微镜(AFM)研究了。硅化短波紫外线的硬度和模量由nanoindentation技术决定。此外,检测nanoscratch测试有助于理解失败的胶和粘性模式在硅化短波紫外线。也一直在尝试理解硅化表面的磨损特性。本文预计将提供读者很好的理解硅化UVC配方的属性。

介绍

紫外线光致固化包括光源发出特定波长范围的光子,不饱和聚合物和π。当在一定比例混合时,π吸收紫外线光源和引发化学反应的能量推动不饱和键之间的交联反应。内养护或交联可以实现秒的一小部分。时间治愈,但是,取决于π和其他色素等干扰成分。各种各样的低分子量单体或中等到高分子量不饱和聚合物或寡聚物可用于制定。丙烯酸酯和不饱和聚酯是最合适的候选人这样的反应。大多不饱和单体或低聚物作为活性稀释剂的配方来操纵的粘度或流特性公式。除了不饱和单体和聚合物,π紫外线light-assisted养护中发挥至关重要的作用。品种繁多的阳离子或免费radical-generatingπ在固体和液体的形式来满足制定需求。涂层厚度、填料和类型的能源显著影响选择π的固化过程。 The concentration of PIs needs to be optimized for superior curing, as a low amount of PIs will result in inadequate hardening while a higher amount would lead to unwanted shielding of monomers.

现在的场景

专用的努力已经对小说的发展呈现涂层成分与紫外线是可以治愈的。众多新型紫外线light-curable材料现在商业上可用于188金宝搏bet官网各种各样的应用程序像平面艺术,粘合剂和密封剂,屏障涂料、释放涂料、UV粉末涂料、防腐涂料、汽车修补涂料、光阻,有限元,光学和电子、光电、指甲油、牙科工作和其他生物材料。¹在文学,包含有机硅丙烯酸三聚氰胺树脂的发展被提到Nishino et al。²这些作者开发聚合物首先反应acryloloxy乙基异氰酸酯与carbinol-modified聚二甲硅氧烷最后三聚氰胺和甲醛的存在甲基醚的水电醌抑制剂和para-toulenesulfonic酸催化剂。实现一个高度透明聚合物显示一个高硬度值和一个大约97°接触角值。商等。³准备一个丙烯酸酯分散,其中包含来自tetra-ethoxysilane硅溶胶。在受到火焰测试涂层木材基质立即熄灭,表明有机硅的存在可以提高阻燃特性。在另一个有趣的研究tri-functional丙烯酸酯单体结合硅烷具有不同化学结构形成了紫外光固化涂料的组成部分。⁴他们发现的硅树脂改性表面涂层固化的属性。在这种情况下,接触角之间存在着显著的差异,并依赖于类型的硅胶配方。含氟丙烯酸酯单体的结合以及有机硅涂料可能导致明显重要。公园等。⁵报告包含vinyl-terminated硅胶固化氟化聚氨酯丙烯酸酯涂料组成。这是证明增加的硅胶这个涂料的储能模量显著增加,而断裂伸长率降低。鲍曼等。⁶发明了一种包含多烯low-gloss涂层组成,polythiol和压扁代理着色颜料与多个紫外辐射剂量,可以治愈。发明者使用紫外LED灯(波长为365 nm和395 nm)之间被4到20英寸基板。同样,主教et al。⁷演示新技术发展的LED光固化涂料成分制成的聚氨酯丙烯酸酯低聚物、活性稀释剂、光。发明家利用LED灯有一个波长从100纳米到900纳米治愈这对光纤涂料。Chatterjee et al。⁸开发了一种新压敏胶粘剂和释放涂层由一种有机硅化合物化合物、halomethyl-1 5-triazine和硅酸盐增粘剂。田中et al。⁹描述了一种新radiation-curable硅胶组成。他们的成分包含epoxy-functionalized阳离子polymerizable organopolysiloxane随着碘鎓盐阳离子一部分作为光。傅et al。¹⁰开发出一种新紫外光固化有机硅成分,可以作为antidust涂层。涂层成分包含一个有机硅化合物有多个环氧乙烷环和阳离子光催化剂的解决方案如bis (4-alkylaryl)锑酸碘鎓盐+光敏剂在缩水甘油醚活性稀释剂。Vanmeulder et al。¹¹开发出一种新水radiation-curable radiation-curable聚合物组成的涂层成分和有机聚合物。商业radiation-curable聚氨酯分散结合剂1-hydroxy-cyclohexyl-phenyl-ketone,聚乙烯蜡分散、润湿剂、消泡剂和阴离子丙烯酸聚合物水分散体。

方法

前体制备

预聚物和单体释放抑制剂通过通过一列抑制剂消除珠子。生产裤子- 1011计算数量的di(三羟甲基丙烷)tetraacrylate大量acryloxytrimethylsilane稀释与甲基丙烯酸甲酯和变量。30分钟的反应混合物是均质和指控IRGACURE 1173或IRGACURE 184。生产裤子- 1012,上面的成分被指控9026年Laromer BYK 3505、819和2022和Irgazin IRGACURE IRGACURE^®橙色呃1287颜料。

喷雾应用程序

Q-Lab 3 x6-inch钢面板与PreKote准备^®表面预处理从万神殿化学公司和左前干燥环境条件下涂层的应用程序。面板是喷雾涂层使用波特电缆PSH2重力饲料喷枪操作细节在50 psi空气压力。治愈,涂层板暴露在一个400瓦的乐泰金属卤化物紫外线灯,持续60秒。

拉曼光谱表征

拉曼光谱被记录在一个热的那些时光Almega电子Nicolet XR分散拉曼光谱仪。谱所需的地区获得使用Atlus显微镜和Omnic软件。金属优惠券被直接涂布和分析色散下拉曼分光光度计使用一个集成的Atlus光学显微镜。

形态特征

原子力显微镜(AFM)技术被用来研究涂料的表面形态在抛光铝表面硬化。力量多模四世在ScanAssist运营模式被用来捕获表面形貌。

纳米机械特性

Al6061-T6标本切成1 x1厘米²广场和坚持圆形铝存根使用热塑性聚合物。标本被抛光使用0.05µm氧化铝凝聚的解决方案和干至裹上一层原料。的齐次解裤- 1011应用于上面的抛光铝标本和治愈环境条件通过施加紫外线灯来,持续60秒。涂层标本前七天留在环境条件测试他们的纳米机械属性。

纳米机械分析是在MTS Nanoindenter XP进行一下钻石小费。硬度(H)和模量(E)都是使用连续刚度测量(CSM)的选择。熔融石英被用作标准校准样品。涂层的标本被安装在Nan-oindenter XP nanopositioning托盘和测试使用动态接触模块(DCM)。“DCM-CSM标准硬度、模量和小费校准”测试方法是利用分析。H和E计算从膜厚度的1/10。一下提示6到12之间用于执行测试每个样本在不同地区实现的合理表示纳米机械性能的涂料。nano-indentation数据获得的帮助下从MTS TestWork 4软件工具。TestWork软件导出原始数据文件到MS Excel软件。Excel数据表然后从MTS仪器进口分析软件的数据减少。 The Analyst-Excel files were finally used to plot the curves using Origin 7.5 software.

结果与讨论

治疗特点

固有的化学结构特点使用拉曼光谱短波紫外线成分可以有效地监控。频谱分配如图1所示是裤子- 1011与变量紫外线曝光时间。重大变化谱峰作业记录的接触作为时间的函数。随着反应进行了环境条件和氧气的存在,没有多少差异观察前15秒暴露于紫外线光。45秒后变化明显的紫外光曝光。作业峰值显示在表1,峰值的变化与箭头在图1所示。峰值强度为1637厘米¹代表不饱和双键伸展振动显著降低,使羰基峰明显强劲。同样,另一个高峰在1405厘米¹代表未饱和的剪切振动随时间减少。这些不饱和键打开光形成交联网络的存在。峰值的位置在1280厘米¹和832厘米¹转移明显由于化学环境变化后,交联反应。拉曼信号的3 d图获得作为时间的函数使用光纤紫外线源如图2所示。C = C的消耗在交联反应频谱中一览无遗。

反应物和产物

活性成分的选择遵循自由基聚合机理。第一步通过光固化自由基固化系统涉及自由基物种的形成π吸收的光。活跃的激进的实体攻击不饱和单体或低聚物(起始)和诱导聚合链增长(传播)或交联反应。反应所得,直到大部分未饱和的消耗(终止),导致接近饱和,密集的网络。化学途径和可能的涂层结构如图3所示,和自由基聚合的关键π是显示在图4。交联程度的化合物作为时间的函数可以由拉曼带作业。图5显示了消费的双键交联网络的形成来源于喇曼光谱作业。显然,羰基附近的不饱和现象也减少随着反应的进行。转换比例曲线表明几乎完全固化是在大约60秒的曝光。涂层的物理和化学性质将最终取决于主反应和副反应的程度如图3所示。

形态学特征

涂层表面是透明和传统显微镜下很难分析。AFM因此用于涂层的固有特性。观察另一个光明与黑暗肋式模式表面上(图6),可能由于存在涂上一层薄薄的凹槽的金属表面抛光步骤的结果。光明和黑暗政权相当混相共存。可能有一些分散的亮点,集群的未反应的单体或剩π。在较高放大(图6 b),很明显,深色斑点来自未反应的丙烯酸酯,而明亮的粒子是π,闲散在反应。进一步放大到877纳米,纳米级别相分离很明显(图6)。根据这些观察,它可以表示,π要么不溶解均匀和分布式组织在亚微米级别,或者π的数量超过了反应的要求。

纳米机械分析

块上的负载样品的表面位移的函数裤- 1011涂料如图7所示。在涂层表面获得的装载和卸载曲线表明,弹性和塑性域共存的材料。此外,装载和卸载曲线没有任何矛盾,否定fracture-induced失败的可能性在涂层。如前所述,CSM模式被用来收集数据,使提取H和E值不断随着时间的推移。明显的弹性行为突出的曲线,可能由于骨干网中硅的存在。显示的涂层在持有段蠕变现象,这是典型的碳氢化合物材料。188金宝搏bet官网H和E值绘制位移的函数到表面,如图7所示。H和E值来自10%的涂层厚度,在E曲线和基质效应是明显超出300海里表面渗透。H值的平均是0.78的绩点,明显高于那些在我们先前的研究在混合涂料。¹²12.5一个相当高的E值(GPa)观察到的材料,建议更高的涂层系统合规。

凝聚力和涂层之间的附着力,可以测量金属表面使用nanoindentation nanoscratch测试技术。图8显示了一个缝nanoscratch测试的光学图像上执行裤- 1011,并演示了nanoindenter nanoscratch期间的渗透测试抓距离的函数。最初的表面形态,残余表面形态后,和临界载荷值显示在曲线上。最初,平均表面粗糙度大约225海里,增加到一个重要的价值后,硬度计压头尖端渗透到1700纳米。失败的临界载荷的残余形态明显不同于原来的形态。涂层的硬度计压头的头滑到390年µm之前创建一个断裂的临界载荷14锰。裤子- 1011涂层优惠券也受到8 mN穿负载15周期使用一下小费nanoindenter(图8 b)。涂层表面扫描前和后的磨损周期。裤- 1011并没有出现变形,直到13个周期,尽可能少的破坏在14日穿周期。最大穿跟踪变形发生在最后穿周期(# 15)大约是430米²,平均位移到表面约670海里。这个记录在裤子穿变形- 1011是明显低于观察高固相含量quasiceramic涂料。^{13 - 14日}平均摩擦系数在整个磨损分析为6.7,而平均侧向力为5.6 mN。

应用程序演示

两组面板选择表面整平、涂层附着力的演示。一组面板之前涂上Rust-Oleum清洁金属底漆涂层与裤子- 1011和裤子- 1012。图9显示了两个不同的涂料。、原始裤- 1011和色素裤子- 1012。涂料被暴露的表面喷涂布和干燥的紫外线,持续60秒。图9 b PANT-coated面板的显示表示。十字头划痕和附着力测试正在进行,每ASTM B117以及腐蚀试验,结果将发表在本文的下一部分。

结论

本文描述了硅化UV光固化涂料的发展。拉曼光谱分析有助于理解材料的交联硬化反应。AFM分析显示表面形态特征和分布π的涂层结构。几个纳米机械分析涂上一层薄薄的硬了一个铝优惠券。H和E值明显高于类似涂料。nanoscratch和磨损分析涂层显示材料的高内聚和粘合强度。可以总结,添加适量的硅骨架结构可以显著提高涂料的表面性质。n

引用

¹Polykarpov, a;女子,A Photocured材料:一般的视188金宝搏bet官网角,Photocured材料188金宝搏bet官网伦敦皇家化学学会的:2015年;1 - 14页。

²Nishino g;神田,美国;杉本学说,h;Inomata k;录像,大肠制备及涂层性能的三聚氰胺树脂含硅丙烯酸段。聚合物公告2012年68 (7),2049 - 2060。

³商,d;太阳,x;挂,j .;金,l;施,l .准备和硅溶胶的稳定性/ TPGDA固化混合分散体及其应用在对防火涂料。溶胶-凝胶科学与技术杂志》上2013年39-49,67 (1)。

⁴m·穆赫辛尼经常;Bastani,美国;Jannesari, a .硅烷结构对固化行为的影响和表面属性基于溶胶-凝胶的光固化有机-无机杂化涂料。有机涂料的进展2014年77 (7),1191 - 1199。

⁵公园,j .;全,j .;李,y;李,d;公园,h;春,h;金,h .固化聚氨酯丙烯酸酯的合成和性能含氟丙烯酸单体/ Vinyltrimethoxysilane。聚合物公告2015年72 (8),1921 - 1936。

⁶鲍曼,m;Muschar, h·l . Low-Gloss飞机所用的涂料。US8906468B2, 2015年。

⁷主教,t;氮化镓,k . Radiation-Curable光纤涂料的固化成分。US20150072144 A1, 2015。

⁸Chatterjee, j .;李,h . s .;Purgett,医学博士;拉索尔教授j . s .紫外光固化有机硅释放成分。US20120196122 A1, 2015。

⁹田中,k;入船,s Radiation-Curable硅胶组成。US20100255417 A1, 2010。

¹⁰傅,p . f .;梅奥,大肠;荣,w .紫外光固化有机硅成分和防尘涂料包含相同的成分。WO2015100258 A1, 2015。

¹¹Vanmeulder g;Salviato j.y.蒎烯水Radiation-Curable涂料。US9062212 B2, 2015。