辐射固化是一项创新和快速发展的技术，应用于平面艺术(包括套印清漆和油墨)、涂料(包括木器和一般工业涂料)、粘合剂和电子产品等市场。该技术的主要特点是在几秒钟或更短的时间内立即固化，从而允许高生产率。除了高生产率，该工艺的其他好处包括节省空间，减少废物和低温处理。此外，辐射固化具有低排放、低能耗等生态效益。
辐射固化涂料配方的发展正在迅速推进，近年来有显著的性能改进。辐射固化涂料可以应用于大量的材料上，并在各种基材上表现出良好的附着力(表现出较高的表面硬度和光泽度)。188金宝搏bet官网在实现更多的环保产品方面，无溶剂配方的开发得到了广泛的推动。这种快速发展对辐射固化合成物提出了许多新的挑战和要求。在许多情况下，添加剂的使用有助于克服技术问题，改善或微调最终涂层的性能。
添加剂改善涂料性能
加性函数在本质上是非常具体的，它为涂层提供了一系列性能。例如，润湿和分散添加剂，增强颜料的均匀分布，流变添加剂改善涂料配方的流动行为，消泡剂防止气泡的包含。最终的表面性能，如滑润性，可重涂性，易清洁和平整性，都受到表面活性添加剂的强烈影响。这些添加剂向涂层/空气界面分离，并调整表面性能。这些添加剂赋予涂料的性能和性能取决于它们的化学成分和结构。
辐射固化系统的新添加剂
为了满足辐射固化技术所面临的新挑战，需要能够提供令人满意性能的新添加剂。要求可能从防滑/不打滑到高打滑，或从防粘附(易于清洁的性能)到良好的粘附性能(改进的可重涂性)。对于辐射固化涂料的快速硬化，表面活性添加剂需要有效地朝向涂料/空气界面。
在这篇文章中，我们介绍了一系列可交联的表面活性添加剂，用于辐射固化系统，这些添加剂被设计成在满足最终用户特定需求的广泛范围内精确调整表面性能。在开发添加剂时，需要考虑几个重要的参数。
化学成分
聚二甲基硅氧烷是表面活性添加剂的重要组成部分。聚二甲基硅氧烷与几乎所有有机材料都不相容，并且有很强的分离倾向于涂层/空气界面。188金宝搏bet官网由于纯聚二甲基硅氧烷在应用涂料中存在许多缺陷，因此必须对其进行有机改性，以提高其与多种聚合物粘合剂配方的相容性。聚硅氧烷的平衡混合和不同的改性决定了所获得的添加剂在不同涂层体系中的相容性和有效性。
聚合物体系结构
表面活性添加剂的结构是非常重要的。它强烈影响它的有效性和分离行为。常见的聚合物结构是线状aba结构共聚物或分枝梳状共聚物。随着新技术的应用，如宏观聚合物技术，其他结构，如ab结构嵌段共聚物成为可能。高支化或超支化聚合物在分离行为方面也具有优势。此外，与它们的线性对应物相比，它们拥有大量可以功能化的端基。
利用化学和技术的万能工具箱，设计了四种不同的添加剂，它们的性能可以根据特定的应用进行调整(图1)。
添加剂A (BYK-UV 3535)是一种无硅氧烷添加剂。它以亲水性聚醚为基础，具有超支化结构，增强了涂层/空气界面的分离。对于聚硅氧烷类添加剂，添加剂B、C和D(分别为BYK-UV 3576、BYK-UV 3575和BYK-UV 3505)的聚硅氧烷含量由低到高。聚硅氧烷基添加剂的活性不仅取决于它们的分子量，还取决于它们的分子结构。添加剂B和C具有相似的分子结构，可以用ABA的线性结构来表征，主要的区别是它们的硅氧烷含量。ABA结构可以在分子的两端功能化。
添加剂D基于聚硅氧烷大分子技术，这意味着它只能在分子的一端被功能化。添加剂D具有可以用AB结构表征的分子结构。B、C和D添加剂的聚硅氧烷部分首先用合适的聚醚/聚酯基团进行修饰，使它们在各种配方中兼容，然后它们的端基与许多uv反应基团功能化。多达4个uv活性基团确保了添加剂与粘合剂基体的交联，防止了迁移，并允许添加剂永久固定在表面，保证了持久的效果。当防滑和易于清洁/反涂鸦效果是目标时，这是特别可取的。
值得注意的是，新添加剂的生产选用了温和的工艺技术。这比传统的丙烯酸化技术有优势，并导致制造无色无味的产品。应用结果表明使用添加剂可以达到的性能描述如下。
兼容性
以聚硅氧烷为基础的添加剂，特别是含有较高聚硅氧烷含量的添加剂，被用于强烈降低表面张力或提供防滑、防损以及易于清洗的涂层性能。这些添加剂的一个缺点是，它们往往与涂料配方不兼容，并造成浑浊。在高剂量时，它们通常会引起与基材的粘附问题。新添加剂的结构和成分的精心设计，特别是在添加剂C和D的情况下，导致了添加剂与涂层系统的良好相容性而不损失性能。为了达到这一目的，添加剂被加入到脂肪族聚氨酯丙烯酸酯配方(0.3%用量)中，并与作为基准的市售高滑脱添加剂进行比较。浊度用目测法判断(1 = clear;5 =非常混浊)。结果如图2所示。
通过仔细调整修饰物的极性，并将它们排列在聚合物结构的核心内，可以提高相容性。
表面张力的影响
影响最终涂层质量的一个重要参数是表面张力——更具体地说，所涉及材料的表面张力差异，或所应用的涂层内部的差异，这些差异可能来自溶剂或水的蒸发，粘合剂的交联(单体/寡聚物组合)或外部来源，如灰尘颗粒。188金宝搏bet官网在涂层的应用或干燥时，这可能导致基材润湿不良，形成坑，形成Bénard细胞或流平不良。这些缺陷降低了涂层的光学外观及其保护基板的能力。使用新的添加剂，表面张力可以适当调整到所需的值。为了实现这一目标，添加剂以四种不同浓度加入到100%聚酯-丙烯酸酯体系中。用KRUSS处理器张力计采用杜Noüy环法测量液体涂层配方的表面张力。图3显示了液体配方的表面张力与四种添加剂的添加量的关系。
添加剂A不含聚硅氧烷，在整个用量范围内不影响表面张力。含聚硅氧烷添加剂的效果随聚硅氧烷含量的增加而增加。添加剂D基于聚硅氧烷宏观聚合物技术，含有最多的聚硅氧烷，非常有效，在0.1%的极低剂量下已经显著降低了表面张力。所有的产品消除了表面张力差异，并导致所获得的涂层的流平改善。
对表面滑移的影响
在许多情况下，应用要求涂层具有改进的表面滑移性能。当然，高表面滑移的表面更耐划伤和损坏，更耐阻塞，更不容易弄脏。可能还需要将表面滑移调整到特定的水平。例如，杂志套印清漆的表面滑移量不宜过高;否则杂志就不容易堆放。对于拼花地板，最好尽量减少表面滑移，防止人摔倒。为此，将用于测量表面张力的聚酯丙烯酸酯配方应用到玻璃基材上，并用汞蒸气灯(120 W/cm，带速5 m/min)固化。测量了滑动块在表面水平移动所需的力，给出了用于评估表面滑动的摩擦系数值。从减少的摩擦系数，滑移增加与控制相比，以百分比计算。负值表示防滑效果。 Results are depicted in Figure 4.
正如预期的那样，聚硅氧烷基表面添加剂的表面滑移增加，性能取决于聚硅氧烷的含量。添加剂B中聚硅氧烷含量较低，对表面滑移影响不大。使用添加剂C时，表面滑移的增加取决于添加量。在低剂量时，它的性能与添加剂B类似，而在高剂量时，它大大增加了表面滑移。添加剂D是一种以聚硅氧烷高分子技术为基础的添加剂，非常有效。在0.1%的低剂量下，它使表面滑移增加了约70%。这是由于高硅含量和高流动性结构，可以很容易地定位到涂层/空气界面。相比之下，不含聚硅氧烷的添加剂A对表面张力没有影响，与对照相比，表面滑移减少。在较高的剂量下，它会产生防滑效果。这可以用它的极性聚醚结构来解释。
对涂层表面能的影响及其易清洗性能
关于可再涂性和易清洁性能的一个重要特征是固化涂料的表面能，更具体地说，是表面能的极性和分散性部分。高极性部分通常意味着改进的再涂性，而低极性部分防止涂层污染。用接触角测角仪测定了添加量为0.3%的固化涂料的表面能。通过测量已知表面能的不同液体的接触角，应用Owens、Wendt、Rabel和Kaelble方法计算了固化涂层的极性和色散部分的表面能。结果如图5所示。
无聚硅氧烷添加剂A使表面能的极性部分略有增加，分散性部分略有减少。这个结果与图4中观察到的防滑效果是一致的。此外，添加A添加剂的聚酯丙烯酸酯涂料的再涂性能也得到了改善。为了达到这一目的，在含有添加剂a的聚酯丙烯酸酯涂层上涂抹了水性聚氨酯丙烯酸酯分散体。横切测试清楚地表明，与不含添加剂的涂层相比，涂层间的附着力有所改善。
聚硅氧烷基添加剂导致总表面能明显下降。这种减少完全是以极性部分为代价的。在聚硅氧烷含量最高的添加剂C和D的情况下，总表面的极性部分明显减少。表面能极性部分的低值与图4所示的滑移值一致，表明可以获得易于清洁的性质。事实上，使用这两种添加剂后，涂层表现出良好的易清洁性能(标记测试)和拒油性。必须注意的是，在非常活跃的添加剂D的情况下，在0.3%的低剂量下已经获得了易于清洁的性能。
带版本
在某些应用中，特别是在家具涂料中，胶带释放是可取的。它应该能够轻易地从表面上去除胶带和各种各样的贴纸，而不留下痕迹或损坏后者。聚硅氧烷类添加剂一般适用于提高释放效果。在图6中，显示了四种添加剂的评价(1 =好;5 =坏)。可见聚硅氧烷含量与胶带释放度之间的关系。添加剂D的聚硅氧烷含量最高，释放效果最好。聚硅氧烷含量越低，效果越差。添加剂A不含聚硅氧烷，不提供任何释放效果。
结论
一系列新的辐射固化添加剂已被开发出来，在各种配方(无溶剂、溶剂和水性)中具有更好的相容性，并覆盖了广泛的滑移范围。多功能化学和模块化分子方法使调整添加剂性能成为可能——从防滑/防滑到高滑移，从可重涂性到胶带释放和易于清洁，并改善找平。此外，新添加剂是无色、无味的，在广泛的配方中表现出改进的相容性，并在EB-和uv固化体系中可交联。
本文最初发表于Radtech报告2013年第3期。
