已经UV固化涂料在工业设置自1960年代。图形行业是第一个采用这种技术,高光泽涂料在卡片上。今天,有许多工业应用,利用紫外线固化干燥的方法或聚合涂料或油墨。只有在过去五年左右,商业紫外线固化已经从工厂到田野。地板涂料的一个主要应用现场应用所用的涂料。今天,地板涂料对混凝土、木材、塑料和商业化的瓷砖都是在某些阶段。本文将介绍基本的UV固化,并提供光固化材料的结构性质关系。188金宝搏bet官网几个出发点配方固化混凝土涂料也将提供。
UV固化基础知识
优势UV固化也被称为辐射固化或能量固化。它利用电磁波谱的紫外线(UV)部分,200 - 400纳米(图1),身体干燥或固化涂料。(涂料实际聚合或养护过程中分子量的增加)。工业规模,灯,发出紫外线取代干燥炉,干燥发生在几分之一秒。快速治疗紫外线固化的速度并不是唯一的好处。干燥的物理空间和能源需求也大大减少和传统干燥机制。因为紫外光固化涂料固体100%,挥发性有机化合物的仪器,也许不久也非常低,通常VOC含量不到5%。因为溶剂不通常用于紫外光固化系统、吸入和可燃性危险实际上是不存在的。
紫外线(hn)必须吸收涂层的固化或聚合发生。这一步是通过光(π)反应形成自由基(π˙)。这些自由基与涂层的双键反应(一般丙烯酸酯双键,图2)形成新的自由基(PIR˙)一个起始步骤。传播步骤导致涂层通过链式反应分子量增加,额外的丙烯酸酯双键(R2)。随着分子量的增加,涂层变得不那么流体或移动,并开始凝固。链转移步骤控制分子量增加终止一个连锁反应,并转移自由基开始新的连锁反应。终止阶段结束所有反应和停止分子量增加。图3显示了这些不同的自由基链式聚合过程的步骤。
在自由基聚合中,涂料成为交联,因为丙烯酸酯分子包含多个双键。丙烯酸酯分子中双键的数目称为其丙烯酸酯功能。例如,如果一个分子包含两个丙烯酸酯双键,它是双官能的。涂料的交联度表明紧密聚合物网络是相互关联的。这种交联密度影响涂层性能。一个高度交联涂层会很难和化学抗性;少交联涂层将灵活和柔软。涂料配方的重量每双键预测交联密度,因此涂层性能。表1说明了这个概念。计算每双键的重量除以平均分子量的平均功能涂料的配方。 (It should be noted that this is only a predictive tool, and that factors other than crosslink density also affect coating properties.)
治愈速度
治愈速度直线速度所需的涂层性能。所需的涂层性能可以随涂层的最终用途。套印清漆,这可能是10 - 20 MEK双摩擦。木地板涂料,这可能是200 + MEK双重摩擦和海岸70 D硬度。为食品包装涂料,这可能是一个迁移水平的不到50磅。在大多数情况下,涂料的丙烯酸酯双键不完全消耗。消耗80 - 90%是典型的自玻璃化涂料的流动性限制的自由基反应的后期。因为有多种丙烯酸酯双键在制定大多数组件,这些消费利率并不一定表明原材料不聚合物网络的一部分。188金宝搏bet官网
正如在前一节中所讨论的,治愈速度是影响体重每双键的配方。重量/双键越低(或每个分子丙烯酸酯双键越多),治愈速度越高。治愈速度也受到影响的现象称为氧抑制。分子氧是一种活性非常强的材料,可以反应剂和聚合物自由基形成过氧化自由基,从而延缓自由基连锁反应。严重的氧抑制表现为一层薄薄的unpolymerized(液体)材料的涂层。不太严重的结果是减少了涂层性能,如降低硬度和耐化学性。
以几种不同的方式可以减轻氧抑制。使用惰性氛围,如氮、清除血液中的氧固化过程。紫外灯强度更高,更高水平的光增加剂的浓度和聚合物的激进分子和oxygen-based减少氧气抑制过氧化自由基。短的波长的光吸收尤其有用。最后,胺增效剂可以添加到制定消耗氧气,从而减少它的影响。
氧抑制主要是一个表面固化的现象,由于溶解氧迅速消耗,不轻易更换。通过,或深,治疗影响涂料的其他问题,并通常表现为缺乏或减少附着力和耐溶剂性下降。通过治疗来缓解问题,光长波长的吸收。剂的浓度通常应该降低通过治疗为好。(紫外线不能完全吸收表面的涂层,这可能发生在高水平的光)。
吸收不同波长的光的组合,通常被用来克服这些色素吸光度的问题。对于每个配方,不同类型和组合的光应该评估,和阶梯研究剂浓度应该运行优化涂料的治愈。
光固化原材料188金宝搏bet官网
丙烯酸酯低聚物原材料:有两种主要类型的丙烯酸酯低聚物和单体。188金宝搏bet官网寡聚物也被称为预聚物,通常是高分子量(500 - 5000)。他们提供的涂层的整体性能。涂层性能如硬度、耐磨和抗划伤,化学和耐溶剂性,灵活性,和韧性大大影响低聚物的选择。丙烯酸酯双键的数量/低聚物分子(丙烯酸酯功能)从2 - 6不等。寡聚物分为三个主要类的化学骨干:环氧丙烯酸酯、聚氨酯丙烯酸酯和聚酯丙烯酸酯。
环氧丙烯酸酯为硬涂层,耐化学和温度,叶面光滑,和快速固化。基于环氧丙烯酸酯涂料天气不佳,因为它们芳香的性格。这种低聚物通常是粘度最高,成本最低,几乎都是双官能的。图8显示了最常用的环氧丙烯酸酯。
聚氨酯丙烯酸酯涂料的韧性和耐磨性。他们的硬度和弹性各不相同,取决于其组成和丙烯酸酯功能(2 - 6)。聚氨酯丙烯酸酯是中度到高粘度,为涂料提供温和的治疗速度。脂肪族聚氨酯丙烯酸酯涂料提供最好的耐候性。
表2总结了不同低聚物的属性类相对的基础上。这是一般的总结,可以有实质性的偏差,这取决于特定的低聚物。
丙烯酸酯单体
自寡聚物的分子量很高,他们是有相当的粘性,一般要求单体粘度稀释剂来获得所需的应用程序。单体也被称为活性稀释剂,因为它们含有双键和反应在自由基聚合成为聚合物的一部分。由于单体成为涂料,涂料的弹性或硬度可以影响单体的选择。他们通常是低分子量和粘度。丙烯酸酯功能不同1 - 6,他们通常分类的功能。
每个分子包含一个单功能的单体丙烯酸酯双键。他们是lowest-viscosity单体和低聚物的最佳粘度还原剂。单功能的单体交联密度减少,导致弹性涂料更好的衬底附着力。因为他们只有一个丙烯酸酯双键,他们减少配方的治疗速度,可能会导致潜在的可推断出的未反应的单体。
Tri -和更高设计单体通常高粘度,并不是有效的降低低聚物的粘度。他们增加涂层的固化速度,但也可以传授脆性涂层。增加交联密度通常提高硬度、耐磨和抗划伤,化学和耐溶剂性。
健康和安全
丙烯酸酯功能原料无毒,在室温下非常低的波动性。188金宝搏bet官网因此,吸入风险很低,通常没有必要和呼吸保护。丙烯酸酯可能会刺激皮肤和眼睛,所以保护等安全眼镜和手套是必需的。此外,可能需要防止接触紫外线,是由着色安全眼镜和防晒霜暴露在外的皮肤区域。
光固化涂料
涂料基础知识光固化涂料必须包含一些基本材料,以进行有效的治疗或聚合。188金宝搏bet官网额外的材料也需要获得所188金宝搏bet官网需的涂层美学。涂层金字塔常被用来演示这些材料的使用(图10)。188金宝搏bet官网188金宝搏bet官网材料在金字塔的底部通常比材料组成的配方在金字塔的顶端。金字塔的底部包含低聚物,正如前面所讨论的,提供大量的涂层性能。下一个金字塔的单体,主要是用于获得所需的应用程序的粘度。添加剂用于提高涂料性能和/或改变涂层的外观。在传统的涂料,这些添加剂可以消光剂、填充剂、润湿/水准代理,去沫剂或艾滋病。颜料也可以添加到配方颜色或特殊效果。需要的光吸收紫外线和自由基的形式。
光固化混凝土涂层必须低粘度,约150 cP,允许空气释放申请的1 - 7毫升涂层厚度。这低粘度的要求限制了选择配方和/或低聚物的浓度。单体的选择也变得更加重要,因为配方将包含大量稀释单体。结合剂应该用于确保表面和通过治疗。流、平整和润湿剂和消泡器涂层美学可能是必要的。见表4为一个通用的起点制定具体的光固化涂料。
低聚物的影响选择混凝土涂层性能评估使用实际的起点配方如表4所示。环氧丙烯酸酯(EA)、聚氨酯丙烯酸酯(UA)和聚酯丙烯酸酯(豌豆豌豆1和2)低聚物进行评估。之所以选择这些寡聚物,因为他们的低粘度和有益的属性混凝土涂料。各种涂层性能,如治疗速度,光泽,附着力,硬度、弹性、耐化学性和耐磨性进行了测量。这些涂料性能与低聚物的结构元素。
实验的细节
188金宝搏bet官网光滑的混凝土块(4 x 6 x 1英寸)从天井获得混凝土产品,Inc .,湿擦干,然后擦干净表面涂层。寡聚物、单体、光得到从Cytec产业公司和作为收到。添加剂是来自汽巴和空气产品,被用作收到。
涂料是治愈使用实验室从藏紫外线治疗单位,公司,由一个移动养护单位(斗牛犬15 - 3000)配备了250瓦每英寸中等压力连续波氙灯。它是安装在皮带输送机系统变量速度(测力计),以方便实验室的工作。养护单位使用390皮带从国际光辐射计校准技术。
程序
英斯特朗4467年模型是用来确定一个拉伸性能上6 - 7密耳厚,所用的电影包含4%的低聚物2-hydroxy-2-methyl-1-phenyl-propanone剂。
涂料是由混合搅拌下所有组件表4所示,除了涂料性能和消泡剂的低聚物。低聚物,一夜之间被加热在65°C到降低粘度,然后添加风潮下,其次是消泡器。由此产生的配方的粘度测量25°C使用Brookfield DV-II +粘度计配备了# 21轴。UA和豌豆2配方的粘度调整增加粘度减少单体的7%,和EA配方调整后增加了5%。最终粘度被以同样的方式如前所述。
涂料是应用于混凝土块# 25迈耶线绕杆,获得5 - 7毫升的涂层厚度,测量与Gardco湿膜计。
涂料被治愈在不同曝光(mJ / cm2),对应于不同的行走速度(每分钟英尺,fpm)。获得所需的最小接触mar-free所确定的表面用木压舌板治愈速度记录。涂层性能治愈速度然后确定如表5所示。此外,所有涂料都治愈919 mJ /平方厘米(20 fpm),为了比较涂层性能速度相同的治疗。
结果
低聚物的拉伸性能给出了在表6中,和寡聚物的应力-应变特性是画在图11所示。涂层性能如表7所示。
讨论
表6和图11所示的应力-应变特性表明,环氧丙烯酸酯和聚氨酯丙烯酸酯比两个聚酯丙烯酸酯。环氧丙烯酸酯已经修改更加灵活比标准的双酚a环氧丙烯酸酯本文,这反映在它的拉伸性能不同于典型的环氧丙烯酸酯的性质。聚氨酯丙烯酸酯显示出韧性预期低聚物的类。两个聚酯丙烯酸酯显示预期的结果。
相对耐候性和低聚物成本表9所示。如果混凝土涂料将会暴露在阳光下,需要优秀的耐候性,聚氨酯丙烯酸酯低聚物的选择,虽然在更高的成本。这两个聚酯丙烯酸酯可以在需要的地方使用耐候性不极端,和更好的成本比聚氨酯丙烯酸酯。环氧丙烯酸酯树脂只能用于耐候性的地方不是一个问题。
结论
三个类低聚物的评估混凝土涂料。混凝土涂层的低粘度要求最大限度地减少低聚物的选择对最终性能的影响,和所有类低聚物为涂料提供高光泽和良好的化学和耐溶剂性。然而,豌豆在合理的治疗速度,提供更好的硬度以及良好的耐候性和成本上妥协。豌豆1提供了属性的最佳组合:治愈速度、附着力、硬度、耐气候性和成本。确认
作者要感谢吉姆史密斯,库尔特·威拉德和安琪拉卡马克,所有Cytec Industries Inc .,其援助的涂料的制备和评价。
本文提出了涂料系列2009 FSCT进步:“涂层”的世界混凝土2月2日举行,2009年在拉斯维加斯,NV。
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