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一种光固化手感涂料的制备及性能研究,以弹性聚氨酯丙烯酸酯为主体,添加特殊改性脂肪族聚氨酯丙烯酸酯预聚物,中网信息,ChinaNews360.com
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一种光固化手感涂料的制备及性能研究,以弹性聚氨酯丙烯酸酯为主体,添加特殊改性脂肪族聚氨酯丙烯酸酯预聚物
2020年03月09日    阅读量:28997    新闻来源:中网信息 ChinaNews360.com  |  投稿

0 引言
UV 光固化涂料是 20 世纪末流行于欧美、日本等地的一种新型涂料,因其具有防止污染及节能效果,性能优良,固化快速,在多个领域被广泛地使用。UV光固化涂料固化时间短,可以大大提高劳动生产率;固化温度低,物件受热时间短,可以用于不适宜高温烘烤的材料;


无溶剂或只含少量溶剂,不含挥发性有机化合物(VOC),挥发量少,可以减少大气污染并节省能源,光固化涂料与热固化涂料相比,节省能源可达 90%以上。UV 光固化涂料最早应用于手机、DVD、随身听外壳的表面涂装处理,后来进一步扩展到化妆品、电视机及电脑等家用电器涂料在线coatingol.com


UV 涂料在成膜过程(即从液态转变为固态的施工过程) 中基本没有溶剂的挥发,实现 VOC 的零排放或低排放,可称为环境友好型涂料。


随着人们生活水平的提高,对日用品的外观要求也越来越高,一些经常用手触摸的部位要求具有弹性手感的效果,使人有一种肉厚爽滑的感觉,因此手感涂料应运而生。手感涂料又称为橡胶涂料、弹性涂料,喷涂于物体表面,呈亚光或半亚光状态,同时使得接触面变得更柔顺、平滑且有弹性。使用手感涂料之后,能够使外观不易出现划痕,并且手感涂料上的划痕能够自动修复。


本文所制备的光固化手感涂料,结合了 UV 光固化涂料和手感涂料的共同特点,既具有弹性手感的效果,又兼具光固化涂料固化速度快、节省能源、绿色环保、对人体无任何损害的优点。该涂料稳定性好,对ABS、PC、PMMA 等大部分塑胶基材具有很好的润湿效果,且附着力优异,手感爽滑,性能突出,工艺简单,实用性强,适合应用在化妆品、3C、汽车内饰等塑胶件的表面涂装。

1 试验部分
1.1 原材料及设备
弹性聚氨酯丙烯酸酯、4 官能特殊改性脂肪族聚氨酯丙烯酸酯预聚物、6 官能特殊改性脂肪族聚氨酯丙烯酸酯预聚物、硅改性 UV 低聚物、光引发剂 184、消光粉、流平剂及溶剂。
升降式搅拌机:奈镁克(上海)精密机械有限公司;


OSM-UV-3602 型 UV 光固化机:东莞欧西曼机械设备有限公司;电热鼓风干燥箱:上海一恒科技有限公司,涂膜铅笔划痕硬度仪、RCA 纸带摩擦试验机:东莞鸿翔仪器设备有限公司;Abrasion Tester Model 339 耐磨耗试验机;BPS-100CB 型恒温恒湿仪、电热恒温水浴锅:上海一恒科技有限公司。


1.2 涂料配方
光固化手感涂料的基本配方见表 1。
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1.3 涂料的制备
先将树脂、溶剂、助剂等组分按比例混合,高速搅
拌将其混匀,然后在搅拌状态下加入消光粉,继续搅拌
使其分散均匀,调整黏度,过滤,即制得涂料。
1.4 样板的制备
将 ABS、PC、PMMA 等基材表面用乙醇擦拭干净后进行涂料喷涂,室温静置 5 min,于 60 ℃下烘烤 5 ~10 min,使溶剂充分挥发,然后通过光固化机进行固化,干膜厚度为 25 ~ 30 μm。
1.5 性能测试
为了测试该光固化手感涂料在不同塑胶基材上的附着力及物理机械性能,将该涂料喷涂在 ABS、PC、PMMA、PC +ABS 和 ABS +PMMA 基 材 上 ,60 ℃烘 烤5 min 后进行 UV 固化(辐射光量为 800 mJ/cm2),性能测试结果见表 2。
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从表 2 可以看出,该涂料在各种塑胶基材上都具有良好的附着力、硬度及耐磨性,可满足市场需求。
表 3 为制备的光固化手感涂料在 ABS 基材上应达到的性能指标及实际检验结果。
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从表 3 可以看出,所研制的涂料附着力稳定,耐水和耐化学品性能优异,可以满足化妆品、3C、汽车内饰等塑胶件的表面涂装。


2 结果与讨论
2.1 弹性聚氨酯丙烯酸酯对涂膜性能的影响
弹性聚氨酯丙烯酸酯是光固化手感涂料的重要组成部分,对光固化手感涂料的手感及涂膜的物理机械性能具有重要的影响。它主要是由弹性聚酯二元醇制备而成,主链为多碳分子直链,主链分子呈卷曲状态,交联成膜后在外力的作用下,卷曲的分子可以被拉伸,展现出弹性,使得弹性和柔韧性俱佳;


同时因为分子中存在着氨酯键和丙烯酸官能团,因此具有较快的光固化速度,良好的附着力、柔韧性、耐磨性及突出的高弹性和伸长率[3]。本涂料中的主要成分———聚氨酯丙烯酸酯(PUA)在大分子结构中同时带有氨基甲酸酯和羧酸酯结构单元,因此聚氨酯丙烯酸酯光敏树脂综合了聚氨酯的高耐擦伤性、柔韧性、高撕裂强度和优异的低温性能以及丙烯酸树脂优良的光学性能和耐候性。弹性聚氨酯丙烯酸酯的添加量对涂膜手感和RCA 的影响见表 4 和图 1。


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由表 4 和图 1 可以看出,随着弹性聚氨酯丙烯酸酯添加量的增加,涂膜的手感越来越好,但是当其增加到 50%时,RCA 开始下降,因此将添加量控制在 50%左右,涂膜的手感及 RCA 保持最佳。


2.2 预聚物对涂膜性能的影响
预聚物是光固化涂料的主要成分,它的性能基本上决定了固化后材料的性能。由于聚氨酯丙烯酸酯具有氨酯键,可以在高聚物分子链间形成多种氢键,因而具有优异的机械耐磨性和柔韧性,断裂伸长率高,成为制备高柔韧性 UV 光油的首选树脂。


聚氨酯丙烯酸酯作为低聚物组分制得的 UV 固化涂料,具有优异的机械耐磨性和柔韧性,涂膜的耐化学品性好,对基材有较好的附着力。通过特殊改性的脂肪族聚氨酯丙烯酸酯预聚物,增加了固化膜的柔性,同时也提高了涂膜机械性能方面的影响力。


4 官能特殊改性脂肪族聚氨酯丙烯酸酯预聚物和6 官能特殊改性脂肪族聚氨酯丙烯酸酯预聚物在涂料中的作用不同。为了研究不同官能的特殊改性脂肪族聚氨酯丙烯酸酯预聚物对涂料的影响,对涂膜的手感、外观、消光粉的分散能力及附着力进行测试,检测结果见表 5。
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由表 5 可以看出,随着官能度的增加,UV 光油固化后的交联密度增加,强度提高,固化膜层结构中能自由旋转的链段变短,柔性下降,手感变差,同时外观及消光粉的分散能力也随之下降,但附着力有所提升。


2.3 硅改性 UV 低聚物对涂膜性能的影响
有机硅具有低表面张力、疏水性、高耐候性、耐化学品性、耐热性及优异的低温柔顺性等优点,有机硅对低聚物改性可赋予涂膜良好的耐化学品性和高机械强度,同时兼备表面性能,既可以保持材料的耐磨、抗撕裂等特点,又具有低温柔顺性好、表面张力低等优点。


本涂料所使用的硅改性 UV 低聚物作为辅助成分存在于光固化手感涂料中,参与光固化涂料的交联,具有较高的反应交联度,提高涂膜的耐刮伤性及耐化学品性,同时因为硅的存在,也可提高其涂膜的手感。

3 结语
制备此款光固化手感涂料,因弹性聚氨酯丙烯酸酯对涂膜的手感及性能有影响,故以其为主体树脂,通过不同官能度的特殊改性脂肪族聚氨酯丙烯酸酯预聚物作为辅树脂对附着力及机械性能进行调节,并添加了硅改性 UV 低聚物提高其耐化学品性。该涂料的涂膜厚度在 20 ~ 35 μm,不仅具有优良的综合性能,而且具有较为突出的柔韧性及爽滑感。


范 玉 1,黄 磊 1,张广强 1,郑秀娟 2
(1.鸥哈希化学(青岛)工业有限公司,山东 青岛 266431;2.青岛博正检验技术有限公司,山东 青岛 266555)

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