随着UV涂料继续应用到更广泛的基材上，对划痕和耐磨性的需求继续增长。这尤其适用于柔性、半多孔或硬基材上的薄膜应用，具有不同类型的光泽或触觉性能。由于在涂层表面刮擦的物体的不同几何形状和力，损伤可以以多种方式发生。影响涂层划痕耐磨性能的因素有很多，如树脂成分、表面均匀性和不规则性等。不同的测试方法突出了涂层完整性的不同方面，而在一致性性能方面，测试方法之间往往没有共识。所有这些变量结合在一起可以导致从微小的变形(可能无法从视觉上观察到)到聚合物本身的分形破坏(留下视觉上明显的损伤)的广泛性能响应。

为了不断提高涂层的耐刮和耐磨性，开发了各种添加剂技术来解决这个问题。在这项研究中，文章研究了添加剂技术，从表面活性硅氧烷和纳米复合技术到合成非晶态二氧化硅和联合粘合剂。这些技术然后评估并排在聚氨酯紫外线固化涂层。该研究将考察这些产品在涂层配方中的相容性，并提供它们对耐划伤性影响的相对评级。使用几种常用的测试方法来测量划痕和耐磨性。结果将提供一个比较的概述，这些不同的技术如何提高UV涂层的划痕和耐磨性，以及不同测试方法可能发生的变化。

添加剂技术

表面滑移剂可以通过增加涂层的表面滑移来显著降低对涂层的损伤。这些添加剂使物体滑落，而不是穿透涂层基体。它们会影响涂层的表面张力，从而产生更光滑/更高的滑移表面，并提高了通过表面偏转力的能力，避免划伤。这些添加剂是表面活性硅氧烷，彼此之间和与其他材料之间表现出弱相互作用。188金宝搏bet官网在固化过程中，改性聚硅氧烷迁移到涂层表面，降低了固化膜的防滑性，使固体物体刮过表面更容易滑动成为可能。这些添加剂的一般结构如图1所示。

用亲水性-疏水性聚醚改性这些滑移剂可以控制其在涂层中的相容性和聚硅氧烷的性能。防滑剂化学中的其他功能有助于防弹坑效果，这些基于液体的技术可以根据不同的可重涂性范围进行配制。

合成的，非晶态二氧化硅是用不同的湿和高的
基于温度的过程，产生相似的化学成分，但显著不同的颗粒类型和形态，具有广泛的物理化学性质。图2显示了本研究中使用的三种类型的二氧化硅相对于合成非晶二氧化硅市场的总体情况。气相氧化硅是由高温工艺产生的。然而，沉淀二氧化硅和胶体二氧化硅都来自湿法工艺。

大多数非晶态二氧化硅的典型功能是提高涂层的整体硬度和增强性。结构改性气相二氧化硅是使用高温火焰水解生产的初级粒子，不可逆熔合形成亚微米聚合体。这些聚集体然后加工形成结构修饰的颗粒。湿法生产沉淀和胶体二氧化硅。沉淀二氧化硅是一种独特的球形颗粒，与传统的沉淀二氧化硅不同。胶体二氧化硅被功能化，在涂料配方中提供更好的相容性，同时在水中保持良好的分散稳定性。本研究将水中胶体二氧化硅定为纳米复合材料。

图3中的气相二氧化硅TEM照片，左边为常规气相二氧化硅的结构，右边为结构改性后的气相二氧化硅。这种二氧化硅具有更高的容重和更紧凑的结构，允许更高的负载水平，而不会对粘度产生不利影响。

图4中心是一种新的球形沉淀二氧化硅，周围是其他传统沉淀二氧化硅的TEM图像，以及市场上其他类似产品，如天然磨粒二氧化硅、硅藻土二氧化硅和合成微球。新型沉淀二氧化硅的颗粒孔隙率和球度受制造工艺控制，其亚麻籽油吸收率为40 mL/100 g二氧化硅，BET比表面积<15 m²/ g。

纳米复合材料是胶体二氧化硅的水分散体。与气相和沉淀二氧化硅一样，胶体二氧化硅提高了涂层的整体硬度，同时在其他属性中提供了改进的机械性能，由于其非常小的尺寸，实现了非常高的清晰度。图5是一个单分散的、离散的20纳米二氧化硅纳米颗粒均匀分布在固化膜上的例子。这些粒子被功能化并稳定在水分散体中。对于uv固化系统，各种单体中的分散剂也是可用的。也可在溶剂和水中使用颗粒分散剂。

最后一组性能增强剂是联合粘合剂，当与最终涂层中的主要树脂结合时，可以通过提高整体玻璃化转变温度(Tg)来提高涂层的整体硬度。在这里，包括两种联合粘合剂-高tg聚酯和高tg酮树脂，如图6所示。聚酯树脂和酮树脂共聚物的Tg均在90°C。

试验配方

试验配方如表1所示。添加剂的添加量为0.1 ~ 10.0%。二氧化硅的添加量比总配方高出10.0%。

样本的准备工作

湿样品的制备方法是:将100克测试配方倒入烧杯中，然后加入不同水平的添加剂，然后使用直径为30毫米的溶解刀片在1000转/分的转速下混合3分钟。然后，这些样品被应用到不同的基底上，并在20米/分钟的UV光下固化。

测试方法

采用表2所示的各种方法对其进行划痕和耐磨性测试。

结果与讨论

本研究选择的每个技术领域的添加剂列在表3中。当添加添加剂并将其混合到配方中时，要检查其与系统的相容性。

有些添加剂不相容，在烧杯内短时间内絮凝。另一些则在较低浓度时表现出不亲和性，但在较高浓度时却被均匀吸收。最后，有些在较高浓度下会产生不灵活的薄膜，导致破裂，无法用于测试。图7显示了其中的一些示例。

本研究的配方没有充分优化，以考虑到一些不配伍或浓度效应。表4列出了测试结果的摘要。

一般来说，除slip 500在较低浓度时外，slip添加剂和粘合剂具有良好的相容性。滑块添加剂是表面活性剂，因此只需要低剂量。结构修饰的气相二氧化硅(SMF二氧化硅)显示不相容性，因为需要在高能磨粉机中研磨这些颗粒，并在添加到涂层配方前进行预稳定。因此，在本研究中，我们无法获得任何使用该材料的结果。最后，对于纳米复合材料，在较高的浓度下，这些性能增强剂中的一些会产生不灵活的薄膜，无法用于测量其耐划痕和耐磨性。

由于结构改性气相二氧化硅(SMF二氧化硅)不相容，因此在下面的分析中不考虑它。图中剩下的空白是因为无法从所涂的涂层中获得测量值。

从图8的马丁硬度可以看出，某些添加剂可以降低涂层的硬度。对于联合粘合剂来说尤其如此。除了NC 153外，纳米复合材料没有形成可接受测量的薄膜。然而，即使这样也降低了涂层的MH。这里，性能最好的是Slip 496，在0.1%，结果优于空白涂层本身。

Martindale磨损试验(图9)也显示了滑移剂的最佳性能，其中滑移剂410和496都表现良好。在这里，在较高的加载水平下，联合粘结剂具有良好的性能。在纳米复合材料中，NC 153具有更稳定的性能。

当我们观察图10和图11中20°和60°光泽度下的Crockmeter磨损结果时，纳米复合材料表现出最好的性能，其次是Slip 496。

在图12所示的TABER®剪切试验中，在剪切臂开始划伤涂层之前，滑移剂允许在剪切臂上施加更高的重量。这里展示的是滑移剂的最佳性能，特别是滑移410提供了最佳性能。在纳米复合材料中，NC 153的性能最好。

最后，当使用TABER磨料试验评估添加剂的影响时，性能最好的是Slip 496和纳米复合材料NC 153之间，如图13所示。

如果我们考虑滑移添加剂的最低剂量(由于它们的表面活性)和二氧化硅和纳米复合材料的最高剂量，它们对涂层的影响可以在下一页的图14中总结。

从这些结果来看，在这种uv固化涂料配方中，滑块添加剂通常在这些测试中表现最好。玻纤496是玻纤添加剂中性能最好的。其次是纳米复合技术，其中NC 153的性能最好。

如前所述，本研究旨在提供可比技术的概述。但是，还需要进一步发展，以优化各种技术的拟订和合并，以便在性能方面提供明确的结果。

结论

该研究概述了改善uv固化涂层划痕和磨损的可比技术。结果表明，在本研究中，slip添加剂的性能最好，其中slip 496的综合性能最好。其次是纳米复合材料，其中NC 153的性能最好。

这项研究还表明，根据所使用的方法的不同，抗划伤性能可能会有显著的变化，而且通常在每次划伤测试中都没有共同的性能改进。

进一步的工作将需要检查加入添加剂，如新型沉淀球形二氧化硅，或结构改性气相二氧化硅。此外，还需要优化纳米复合材料以获得最佳的兼容性和性能。

确认

特别感谢Marco Heuer先生、Roger Reinartz先生和Aline Skotarczak女士在本研究中的工作。

参考文献

1.赢创报告PLO2018-03 -防刮紫外线系统，作者:Reinartz先生和Skotarczak女士。

2.M. Heuer、A. Skotarczak、M. schae渗透ier、R. Reinartz和F. Eichenberger的《塑料和其他基材永久保护涂层系统的划痕和耐磨性测试》;2020年1月。

欲了解更多信息，请发送电子邮件至Bob.Lin@evonik.com。