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高耐磨UV啞光涂料消光粉的影響

?2020-05-27
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利用UV或EB能量輻射固化液體涂層材料的機理現在已經眾所周知了。工業涂料的應用在基材上改善某些表面性能(低光澤、耐沾污)和某些機械性能，如耐磨性或抗劃傷。表面和機械性能是
       利用UV或EB能量輻射固化液體涂層材料的機理現在已經眾所周知了。工業涂料的應用在基材上改善某些表面性能(低光澤、耐沾污)和某些機械性能，如耐磨性或抗劃傷。表面和機械性能是樹脂、引發劑、填料和添加劑的精心選擇和組合控制的，還必須考慮基材的附著力和uv固化配方的粘度，根據最終用途，工業涂料可能需要改善多個性能特征。
但工業涂料的配方需要權衡取舍，可通過添加一些填料來控制配方的耐磨性，這通常會增加配方的粘度。消光劑可以用來控制光澤度，但它們通常會對最終涂層的耐磨性產生負面影響。耐磨性和抗劃傷性是許多涂層應用的關鍵，但提高其中一種性能的參數可能會降低另一種性能。添加超細聚酰胺粉末似乎是一種簡單的方法，可以達到性能的平衡，獲得部分或全部的機械性能和表面性能，同時保持良好的基材附著力和低粘度配方。本文介紹了超細聚酰胺粉末、超細共聚酰胺粉體和二氧化硅添加劑在制備紫外光固化體系時的行為。研究了紫外光固化配方的粘度、光固化改性、光澤度控制、涂層的摩擦性能、涂層內添加劑的分散性和耐磨性。
實驗
光固化配方
       基礎的聚氨酯丙烯酸酯配方(表1)由丙烯酸單體的混合物組成，如丙烯酸異冰片酯、1,6己二醇二丙烯酸酯、二季戊四醇五丙烯酸酯和乙氧基化三羥甲基丙烷三丙烯酸酯與聚氨酯丙烯酸低聚物。此配方推薦用于剛性和柔性塑料基材上的面漆。在加入超細聚酰胺粉末之前，該體系的關鍵特性是與塑料基材的良好附著力以及硬度和柔韌性的良好結合。超細聚酰胺粉末是由十二內酰胺和/或己內酰胺直接聚合而成的聚合物和共聚物。這種獨特的工藝生產出具有特定尺寸、比表面積和熔點的微孔球形珠。平均粒徑（APS）為5至60微米。這些超細聚酰胺粉體的結構、形狀、較窄的粒徑分布和性能使其與涂料工業中使用的其他粉體或添加劑有顯著的不同。對于本研究中使用的每個等級粒徑分布非常窄，平均粒徑為10微米（表2提供了這些聚酰胺等級和二氧化硅A的典型物理性能）。在本研究中，采用超細聚酰胺粉末和二氧化硅的濃度梯度，按總配方的重量從1份到10份。

應用/固化
       將可UV固化的配方應用于玻璃板、柔性塑料基材或帶有校準涂布棒的BaF2晶體上，以獲得厚度為12、24或35μm的涂層。通過以5 m/min的速度操作紫外光，將其短時間（3次）暴露在中壓汞燈（IST-80 W/cm）的輻射下，樣品位置的最大光強度采用輻射測量法（國際光IL390）測量。所有實驗均在室溫下進行。
在光聚合過程中聚酰胺粉末的影響
        通過繪制1-（A1/A0）作為曝光時間的函數（圖1），可以從最初（A0）和給定曝光時間（A1）之后的紅外光譜吸光度的值獲得轉換-時間曲線。利用實時FTIR光譜儀（Bruker Optics IFS 66）直接記錄了薄膜中超快反應的時間-轉換曲線，這一技術非常適合于薄膜中超快反應的動力學分析。在這些實驗中，樣品位置的光強度是在340mw/cm2下測量的。
 

光聚合動力學研究超細聚酰胺粉末的影響
        采用FT (RTIR)光譜法研究了超細聚酰胺粉末對紫外光固化配方的影響。如圖1所示，轉化率隨時間的變化曲線，超細聚酰胺粉末（超細聚酰胺12粉末重量的10%）對光聚合動力學沒有影響。對超細共聚酰胺粉末3501 EXD（10%重量）也得到了相同的結果。
以30 m/min（相當于100 mJ/cm~2）的速度在紫外線燈下一次通過證明可以聚合配方F0中75%以上的丙烯酸酯雙鍵，并且在以5 m/min（相當于2 J/cm~2）的速度三次通過后聚合超過98%（圖2）。

聚酰胺粉末對涂層抗滑性的影響
        圖3所示的一個非常簡單的裝置用于評估涂層表面的滑動性。將300g橡膠鞋底（6x6 cm）置于紫外線固化膜上。然后逐漸傾斜樣品，直到開始向下移動，并測量角度θ。角度越大，表面就越不光滑。配方F0的角度約為30°。超細聚酰胺12或共聚酰胺6/12粉末的加入使角度降低到25°。二氧化硅濃度為10%時，角度下降到18°。二氧化硅材料的性能與超細聚酰胺粉末不同。

結論
        超細聚酰胺粉末可用于改善某些工業涂料的性能，而不會影響其他性能或降低光聚合過程。我們發現，在較低的添加量下，超細聚酰胺粉末可以提高UV固化工業涂料的耐磨性，降低光澤，對配方粘度和涂層摩擦的影響最小，而其他添加劑對耐磨性和涂層摩擦都有負面影響。在測試的配方中，耐磨性提高了約20%，而在一些非紫外線固化的體系中，耐磨性得到了更大的提高。配方組成、固化條件或聚酰胺顆粒在表面的密度可以解釋這一結果。在研究紫外光固化體系中，超細熱塑性粉末的引入是提高涂層耐磨性的主要原因。總而言之，超細聚酰胺粉末在消光的同時可以提高這些涂料的耐磨性、耐刮性。
 

◇ 譯自ARKEMA公開資料
◇Orgasol為Arkema公司注冊商標