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        UV光固化水性聚氨酯树脂发展简述

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        UV光固化水性聚氨酯树脂发展简述

        发布日期:2019-04-25 作者: 点击:

        一、水性UV光固化简述

        1.常规光固化涂料与水性UV光固化的比较


        常规UV

        水性UV

        分散介质

        使用溶剂或活性稀释剂

        以廉价的水为溶剂

        VOC排放

        大量VOC排放及少量残留

        接近零VOC,以水调粘或清洗

        使用性

        收缩率大(影响附着力),成本较高

        低收缩,低固含、低粘度(适合于薄涂、喷涂工艺),低成本

        安全性能

        毒性、刺激性、臭味

        低毒性,不易燃烧,安全性好

        2.水性UV存在的难点共同存在的难题:氧阻聚作用或有色体系引起固化不完全。

        (1)水的蒸发热高(40.6KJ/mol)

        ---预干燥能耗大、时间长、效率降低(嘉宝莉公司在年初推出的“微波红外耦合干燥技术”成功解决了水性漆干燥问题。)

        ---易引起吸收性基材的收缩变形(纸张、层压板等)

        (2)水的表面张力大(72.8mN/m)

        ---不易润湿基材,易引起涂布不均(缩孔、气泡等弊病)

        ---对颜料润湿性差,影响分散

        (3)需添加某些助剂,产生一定量VOC

        ---助溶剂(增加溶解度,提高稳定;降低粘度,改善流平)

        ---防冻剂(水的凝固点较高(0℃),防止低温时凝固)

        ---防霉剂(避免水性体系易滋生霉菌)

        (4)体系的稳定性较差

        ---对pH较敏感;长时间储存过程中易出现沉淀

        (5)光泽及硬度较低、耐水性和耐洗涤性较差等性能缺陷

        3.水性UV光固化发展历程

        水性UV涂料一般由水性低聚物、光引发剂、助剂和水组成。

        就乳化方式来说,水性UV的发展可分为三个阶段:

        (1)第一代 外乳化型

        基本工艺

        通过外加表面活性剂(乳化剂),并辅以高剪切力,将传统的光固化树脂乳化

        产品特点

        生产工艺简便,乳液粒径较大(0.7~3μm)

        应用进展

        稳定性差,受多种因素影响(如酸碱性、电解质、过度剪切应力、低温等);乳化剂的残留使干膜的质量受影响

        (2)第二代 非离子基自乳化型

        基本工艺

        聚合物中引入一定量的聚乙二醇等亲水链段

        产品特点

        树脂本身具有亲水性,稳定性较好

        应用进展

        长链的聚醚链段使成膜偏软,并且由于聚合物骨架上有亲水性结构,产品的耐水性和耐化性较差

        (3)第三代 离子基自乳化型

        基本工艺

        聚合物中引入亲水基团,经中和使其离子化后,亲水增强,赋予整个聚合物水溶性

        产品特点

        自乳化,润湿性佳,稳定性好,性能佳

        应用进展

        品种较多,未来发展的主要方向

        二、水性UV光固化聚氨酯

        1.分类

        UV光固化根据所引入的离子基团(亲水扩链剂)不同,可分为三大类:

        (1)阴离子型 (Z主要)

        a.羧酸型(-COOH):二羟甲基丙酸, 酒石酸等二元羧酸扩链剂;或二羟基半酯,一般是以低分子量三元醇或低聚物三醇(如甘油、低分子量聚醚三醇)与二元酸酐反应得到含羧基的二羟基化合物,所述酸酐有马来酸酐、苯酐、丁二酸酐、戊二酸酐等;

        b.磺酸基(-SO3H):1,4-丁二醇-2-磺酸钠, 乙二胺基乙磺酸钠等,磺酸盐的强离子特性,不需挥发性胺类中和剂和有机共溶剂,即可使合成的PUA 很容易分散于水中。中和剂(成盐剂)一般为氨水或叔胺,如三乙胺、三乙醇胺、二甲基氨基乙醇、丁基乙醇胺等。

        (2)阳离子型

        有氨基、季铵基等,可选择的离子化基团范围较窄,一般在主链中引入叔胺基团,然后季胺盐化,从而达到聚氨酯丙烯酸可在水中稳定分散甚至水溶的目的。如N-甲基二乙醇胺和三乙醇胺等含叔胺基团扩链剂,所使用中和剂(成盐剂)一般为盐酸、乙酸或环氧氯丙烷等烷基化试剂。

        (3)非离子型

        分子链中由含氧基团组成的醚基/羟基/羧酸酯、嵌段聚醚(如聚乙二醇链段)和醛基等亲水基团时,水溶性也会有一定的提高,甚至达到水溶性,但一般与离子型一起使用,组成混合型聚氨酯水性体系。

        根据外观类型也可分为三类:

        (1)水溶液型 、(2)分散液型、(3)乳液型

        名称

        水溶液型solutions

        分散液型dispersions

        乳液型emulsions

        状态

        溶解~胶体

        分散

        分散

        外观

        全透明

        半透明,乳白

        白浊

        粒径

        <1nm

        1-100nm

        >100nm

        分子量

        1000-10000

        数千-20万

        >5000

        2合成中溶剂的使用

        在聚氨酯预聚物合成过程中,有时需要加入少量有机溶剂,以降低粘度,利于预聚体的分散,及后期乳化得到稳定的微细粒径乳液,该方法即为通常所说的丙酮法。

        可采用的溶剂有丙酮、甲乙酮、二氧六环、N,N-二甲基甲酰胺、N-甲基吡咯烷酮(有基因毒性)等水溶性(亲水性)有机溶剂和甲苯等憎水性溶剂。考虑到成本、操作性等因素,Z常用的是丙酮和甲乙酮。

        一般来说,在制备出稳定的乳液后,可通过减压蒸馏除去低、中沸点溶剂,减少乳液中溶剂的残留和气味。若溶剂用量很少,可不必除去。水性聚氨酯干燥时,残留的少量低沸点溶剂的挥发可加快胶膜的干燥时间,而少量高沸点溶剂的存在可使胶膜平滑,这在涂料工业中较常用。

        3.主要合成路线

        4.聚氨酯丙烯酸酯接枝丙烯酸酯杂化体系

        近年来,UV光固化利用丙烯酸酯体系与聚氨酯体系进行接枝改性,得到化学杂化体系,使性能上有较好的互补甚至协同的效果,显示出了较好的应用前景。

        该类型树脂多数用HEMA或GMA和其它丙烯酸酯单体共聚,得到含羟基或环氧基的丙烯酸酯低聚物,再与聚氨酯半加成物接枝改性,或与未经中和的羧酸型聚氨酯低聚物反应,Z终引入丙烯酰基,反应式分别如下:

        (1)杂化体系1

        (2)杂化体系2

        UV光固化在绿色环保的大环境下,UV光固化涂料工业对VOC限制逐年严格,同时,在保持涂料的高性能和市场竞争力等多重因素促进下,高性价比的水性UV涂料陆续面向市场,必将得到极大的推广。

        预计未来在家具木器漆、汽车内饰涂料、皮革涂饰、塑胶罩光和印刷油墨等领域,水性UV树脂将会得到空前的发展。

        本文网址:http://www.neproit.com/news/417.html

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