通过直接喷水QUV-A对木材涂层的加速风化模拟典型的外部涂层木材的侵蚀和清洁，使木材的水分含量高于加速测试程序中通常发现的水平，并使涂层承受比冷凝法更大的热冲击，从而非常接近自然风化。本文在改进的QUV试验方法下，测试了各种外木器涂料的性能。
简介
用于外壁板、甲板和门等外木制品的涂料需要独特的性能特性，如优异的光稳定性、高灵活性和冻融循环性能。新型水性(WB)紫外固化无共溶剂聚氨酯分散体(PUDs)被开发出来，以提供优异的外部风化性能、高柔韧性、增强的耐水性和对木材和塑料等难处理基材的附着力。本文描述了WB UV PUDs的独特固化能力、属性和性能特性，以及使用创新的加速风化试验机模拟室外木器涂层的风化结果。
辐射固化乳液
在过去的十年里，各种各样的产品已经在木器涂料市场上商业化。这些系统中最有前途的环保技术是水性uv固化pud。UV PUD的化学结构与由硬段和软段组成的常规PUD非常相似(图1)。每个段的设计可以选择广泛的原材料，从而实现各种性能的优化。在大多数情况下，高性能软段贡献了一定的灵活性，而二(聚)异氰酸酯和短链二醇贡献了硬度和耐腐蚀性。已经报道了几种引入丙烯酸双键的途径。根据我们的经验，最好的聚合物性能可以通过在聚氨酯链上引入双键来获得，而不是只在链的末端附加丙烯酸单元，或者将聚氨酯与丙烯酸单体或低聚物物理共混。丙烯酸单体/寡聚物的使用可能带来额外的工业卫生问题和稳定性问题。1-3基于pud的涂料在木器涂料市场中表现出良好的增长机会。该涂料类型的关键特性是它与传统PUR涂料的相似性，即应用方法，干燥时间和性能属性。
uv固化水分散体的重量平均分子量在20万以上;这比由不饱和丙烯酸酯和活性稀释剂组成的传统100%固体UV系统高出许多倍-这是一个非常显著的优势。这就是为什么水性体系需要更少的自由基交联来获得所需的性能。这一特性为各种传统和独特的固化方法提供了可能性。这些高分子量聚合物还减少了与传统低分子丙烯酸低聚物相关的皮肤刺激的危险。
UV固化
在光引发剂的存在下，紫外线辐射引发涂层固化。它可以通过自由基或阳离子机制。许多型号和类型的UV固化设备可从许多供应商。典型的固化系统由高压电源、控制面板和固化头组成。两种类型的灯通常用于紫外光固化，即普通电弧灯和微波灯。这种灯的光谱输出可以通过在灯中掺杂各种微量金属来调节。每个灯都有以纳米波长测量的特定输出。配方的挑战是使光引发剂的吸收与灯的光谱输出相匹配，以固化涂层，特别是在高填充/着色系统中。理想的结果是一个高度交联的薄膜，可以满足几个市场标准。此外，UV涂料是环保的-大多数系统通常是无溶剂的，所以排放(VOC/VHAPs)和可燃性不是一个问题。
水性紫外光固化聚氨酯外涂料
- 高生产力;
- 突出风化，连在清晰;
- 一个组件;
- 高弹性，即使在低温下;
- 优异的耐化学性;
- 坚韧，耐划伤;
- 各种应用方法;
- 物理干燥性能;
- 高紫外线反应性;
- 出水快;
- 适用于透明和着色涂料;
- VOC极低，环保;
- 减少排放;而且
- 处理起来更安全。
耐候性木制品涂料
术语木制品是用来定义广泛的制造组件的建筑行业。这些组件用于室内和室外应用，如窗户、门和成型。根据最终用途的不同，内部和外部涂料可能有完全不同的性能要求。例如，一些高端窗户制造商对外窗玻璃的耐久性提供10年保修期。所使用的面漆通常是非常高性能的涂料，因为它们要求非常高的耐候性、保光性和柔韧性。双组份(2K)聚氨酯因其高性能而被使用。
环境法规在不断变化，以减少工厂排放和配方涂料的VOCs。这些命令可以在联邦、州甚至地方一级执行。例如，南海岸空气质量管理区(SCAQMD)对透明和有色密封剂、面漆和底漆规定了规则1136。挥发性有机化合物限值将降至250克/升。表3说明了一些组织建议。
木制品制造商要求他们的涂料供应商提供低voc、高生产力和高性能的涂料。基于UV-PUDs的木器涂料的配方低于150 g/L，具有优异的应用和性能性能。
阳光固化涂料
UV涂料主要用于OEM工厂应用，需要非常快的生产速度和优越的性能。最近的工作是开发WB UV涂料配方，可以在自然阳光下进行UV固化。这项技术正在探索在DIY外部木器涂料市场的潜在应用。除木器涂料外，该技术还可应用于其他市场领域，如外部混凝土涂料。太阳发出的紫外线辐射在UVA, UVB和UVC波段，但由于大气臭氧层的吸收，到达地球表面的紫外线辐射中98.7%是UVA。5由于UV pud的高分子量，有可能配制出既物理干燥又与太阳直接的UVA辐射光聚合的涂层。这是通过使用WB UV PUDs与在315-400 nm之间的UVA范围内具有不同吸收峰的选定光引发剂组合来实现的。
阳光固化涂料肯定有其局限性，特别是需要在阳光直射下进行光聚合。根据在宾夕法尼亚州匹兹堡多云条件下进行的发育筛选，发育表面硬度所需的阳光直射量非常低。
采用不同的固化方法进行了表面硬度和硬度性能的实验。制备了一种配方，包括uv固化PUD、热塑性PUD、光引发剂以及用于水基配方的典型表面活性剂和消泡剂。该配方的固体体积约为24%，VOC小于1磅/加仑。液体涂层在8密尔湿的情况下应用于玻璃板，导致1.5-2.0密尔干(约37微米)。对几块玻璃板进行涂覆，以评估各种固化方法，如下所示:
- 高强度灯发射UVA、UVB和UVC(水银灯);
- 低强度灯只发射UVA(曝光时间4分钟);
- 美国宾夕法尼亚州匹兹堡市的阳光直射(水平曝光);而且
- 黑暗的房间，没有灯光。
图2显示了用摆式硬度计测定涂层膜表面硬度的特性。令人惊讶的是，在包括阳光固化在内的各种紫外线固化方法下，1天、3天和5天的表面硬度非常相似。暗室面板显示了没有紫外线照射对硬度的显著影响。阳光固化面板的硬度在5天后继续显著增加，而其他紫外线固化方法的硬度增加很小。
除了硬度特性外，还评估了耐溶剂性，结果显示各种uv固化方法的性能非常相似。与紫外线固化的薄膜相比，放置在暗室中的薄膜显示出明显较低的耐溶剂性。
风化装置
风化研究的方法、规范和时间如下:
QUV-A加速风化试验机- ASTM G-154-06，周期7
总时长2000小时
灯泡类型:UVA - 340灯泡
辐照度:1.55
条件:
8小时紫外线@ 60°C
0.25小时无光无温度控制喷水
喷淋时水7l /min
3.75 h凝结@ 50°C
阳光固化涂料配方
设计并实施了一个项目，以评估各种阳光固化WB UV木器涂料的风化性能。主要目的是使用一种专为外木器涂层设计的新型QUV测试涂层性能。为了评估紫外线吸收剂(UV- as)、受阻胺光清除剂(HALs)和/或粘合剂的效果，进行了几种配方变化。测试板由3英寸× 12英寸的松树基材组成，这些基材用商业木材防腐剂进行了预处理。涂料用刷子涂上，并在测试前在阳光直射下固化至少7天。测试涂料仅由透明配方组成，并对UV-As, HALs和粘合剂进行了变化。此外，还测试了一些商业白色污渍的混合和过涂。对每种配方的以下涂层系统进行了评估:
- 三层透明-自密封;
- 一层商业白色染色，然后两层透明;而且
- 两层商业白色染色，添加25%的透明涂料。
表4给出了测试的uv固化透明涂料系统的概述。
风化试验结果
五种涂层系统每500小时进行一次评估。图6显示了直接在松木基质上的透明涂料的60°%的保光度。从图6中可以看出，不同涂料的保光泽度差异明显。没有任何UV-As或HALs的控制系统(A)的保光性能最差。涂层系统B和D表现出中等的保光性能。以UV pud为基础，选择uva和HALs的涂层体系C和E表现出优异的保光性能。
系统B, C和E提供了优秀的不黄变性能，表明delta E在2000小时曝光后的结果。透明涂料被应用在白色污渍上，以评估透明涂料的实际发黄，而不是木材基材。系统A和系统D表现出最差的整体性能，特别是糟糕的渗透性能，如第四栏所示。
应该注意的是，第5栏中木材开裂的等级仅基于木材基材，可能不是实际涂层的因素。一组重复的面板被送到佛罗里达，以评估自然风化为期两年。绩效结果将每3个月进行一次评估和报告。
结论
UV固化水分散体具有非常高的分子量，能够在没有UV的情况下形成薄膜，并且需要更少的自由基交联才能获得所需的性能。这一特性为包括阳光固化在内的各种传统和独特的固化方法提供了可能性。新型水性uv固化无共溶剂pud具有优异的外部风化性能，高灵活性，并提高了对木材和塑料等难处理基材的附着力。透明和着色涂层都是可能的。
基于uv固化pud的配方易于修改，以满足各种应用方法，如常规喷涂，无气喷涂，真空镀膜和滚涂。传统的水性添加剂可用于改善表面润湿性、消泡性、抗阻塞性和表面外观性能。
根据加速风化试验，明确建议加入紫外线吸收剂和光稳定剂。不同类型的紫外线吸收剂和/或光稳定剂在整体风化性能方面存在差异，应在配方中进行测试。
环境法规在不断变化，以减少工厂排放和配方涂料的VOCs。基于uv固化pud的涂料可以满足这些新的严格的环境法规。
本文在2009年洛杉矶RadTech UV/EB West展上发表。
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