紫外光固化涂料在建筑裝飾板上的應(yīng)用

目前市場上有一種產(chǎn)品，采用粉煤灰等回收廢料制成纖維增強型水泥預(yù)制材料板，再通過UV固化涂料進(jìn)行表面裝飾，制成仿大理石效果的建筑裝飾板，具有環(huán)保性好、顏色圖案豐富、立體感強、硬度高、抗劃傷、易清潔、不易燃等優(yōu)點。

可應(yīng)用于商場、地鐵、醫(yī)院等公共設(shè)施的建筑裝飾裝修，具有相當(dāng)強的性價比優(yōu)勢。

UV裝飾板與傳統(tǒng)的板材相比有以下幾點優(yōu)勢：表面光滑度高，鏡面高光效果明顯，不褪色。

通過對比實驗證明，UV裝飾板相比傳統(tǒng)板材的優(yōu)勢體現(xiàn)在：具有更優(yōu)異的理化性能，能經(jīng)久不失色，并解決了色差現(xiàn)象；環(huán)保健康，通?？酒犷惏宀暮婵竟袒螅圆粩嘤袚]發(fā)性物質(zhì)(VOC)釋放，UV裝飾板不但本身不含苯類易揮發(fā)性物質(zhì)，而且通過紫外光固化，形成致密固化膜，降低了基材中有害氣體的釋放量；漆膜豐滿，色彩豐富；耐刮擦、高硬度越磨越鮮亮；常溫固化，長期不變形；耐酸堿，抗腐蝕，UV板能抵御各種酸堿消毒液的腐蝕，可使用于潮濕地區(qū)等環(huán)境。

本文研制了一系列涂層配方，并對涂層的基本性能、耐磨性能、耐候性能等進(jìn)行了研究。該涂層體系包括：滲透液、封閉底漆、膩子、有色面漆、透明膠、罩光清漆。

1·實驗部分

1.1 主要原材料

環(huán)氧丙烯酸酯、氨基丙烯酸酯、聚酯丙烯酸酯、四官能聚氨酯丙烯酸酯、六官能聚氨酯丙烯酸酯、2-苯氧基乙基丙烯酸酯(POEA)、三羥甲基丙烷三丙烯酸酯(TMPTA)、三丙二醇二丙烯酸酯(TPGDA)、甲基丙烯酸羥乙酯(HEMA)、2-羥基-2-甲基-1-苯基-1-丙酮(1173)、1-羥基-環(huán)己基苯酮(184)、2,4,6-三甲基苯甲酰二苯基氧化膦(TPO)、異丙基硫雜蒽酮(ITX)、4-二甲氨基苯甲酸乙酯(EDAB)：常州華鈦化學(xué)股份有限公司；滑石粉、金紅石型鈦白粉、非浮性鋁銀漿、結(jié)晶型SiO2：工業(yè)品。

1.2 實驗設(shè)備

光固化機UV-102型：歐石曼科技發(fā)展有限公司；UV能量計，UV-INTEGRATOR型；NDJ-1旋轉(zhuǎn)式黏度計：上海森地科學(xué)儀器設(shè)備有限公司；SFJ-400D磨砂分散攪拌多用機：上海現(xiàn)代環(huán)境工程技術(shù)有限公司；耐磨性試驗機：天津材料試驗機廠。

1.3 涂料配制

將市售UV樹脂、活性稀釋劑以及引發(fā)劑和其他助劑按配方量混合，以1000r/min高速攪拌分散15～30min，物料分散均一，細(xì)度達(dá)到要求，將漆樣過濾備用。

1.4 漆膜固化

將漆樣輥涂施工在復(fù)合材料樣板上，在UV燈下固化，固化能量為300～800mJ/cm2，手指觸摸漆膜表面不粘手。

1.5 性能檢測

綜合性能測試，涂料黏度按GB/T1723—1993測定；漆膜硬度用鉛筆劃痕硬度儀按GB/T6739—1996測試；漆膜附著力用漆膜劃格器按GB/T9286—1998劃格法測定；漆膜光澤度按GB/T9754—1988測定，耐磨性按GB/T1768—1979測定。

2·配方示例及討論

2.1 滲透液

滲透液起到的作用是潤濕基材，提高漆膜與基材表面附著力，并且提高后續(xù)涂層對基材的成膜鋪展性。滲透液通常要求盡量薄涂施工，常在配方中選擇性加入一些揮發(fā)速度較快的溶劑，例如丙酮、乙醇、丁酮、醋酸乙酯等，配合適當(dāng)量的活性稀料。參考配方見表1。

表1 滲透液參考配方

2.2 UV封閉底漆和膩子

UV封閉底漆和UV膩子[1]都有需要在底材上很好的附著力，硬度高、易打磨。UV封閉底漆和UV膩子在通常的使用場合和作用方面稍有不同，

UV封閉底漆應(yīng)用于底材表面，起到封閉毛細(xì)孔的作用；UV膩子則一般用于厚涂施工，適用于表面平整度較差的基材，得到一個平整和光滑度較好的板材表面，層與層之間控制好固化程度，適當(dāng)打磨可以達(dá)到最好的層間附著效果。

UV封閉底漆與UV膩子相比，所含的填料較少，黏度也較低，可以向底材的細(xì)小管孔中滲透，對增進(jìn)涂層附著力有較好的幫助。

表2 UV封閉底漆和膩子參考配方

涂料配制好后，進(jìn)行高速攪拌，充分?jǐn)噭?，此過程中涂料溫度可能會升高，可以適量加入阻聚劑。

配方中的環(huán)氧丙烯酸酯在固化速率和附著性能方面表現(xiàn)較好，聚酯丙烯酸樹脂可改善涂層的韌性和抗沖擊性能，氨基丙烯酸酯具有硬度高，優(yōu)良的耐化學(xué)性和力學(xué)強度等優(yōu)點。

單體TPGDA起到稀釋體系黏度，并且其體積收縮小，不影響涂層附著力性能，皮膚刺激性低。TMPTA固化速度快，交聯(lián)密度大，黏度是多官能活性稀釋劑中最低的一種。

底漆和膩子經(jīng)過一段時間的放置，會出現(xiàn)分層沉底現(xiàn)象，可以加入一定量的防沉觸變劑，例如：膨潤土、氣相二氧化硅。

2.3 UV有色面漆

UV有色面漆需要提供裝飾性、保護(hù)性和功能性。要求涂膜豐滿度好、硬度高、耐磨性好、耐候性、耐化學(xué)性佳。其參考配方見表3。

表3 有色面漆參考配方

配方中使用的TPGDA稀釋能力強，可改善固化膜的柔韌性，HEMA帶有羥基，有利于提高對基材的附著力。配方中的鈦白粉和鋁粉的加量比較關(guān)鍵，加量少，會影響漆膜的遮蓋力，加量多，則遮蓋力太強，會影響漆膜的干性。

這需要根據(jù)施工現(xiàn)場的施工涂層厚度和光固化機燈管能量來進(jìn)行相應(yīng)地調(diào)整。有色面漆的黏度可以通過加入單體和適量的惰性溶劑來進(jìn)行調(diào)整以方便涂裝施工。在配方中加入一定量的珠光粉可以得到更好的閃光效果。

2.4 UV透明膠和罩光清漆

UV透明膠的作用是提高層間附著力，用于增強復(fù)合印花膜與UV面漆層的附著力。UV罩光清漆和有色面漆相比，主要區(qū)別在于前者不含無機填料，施工后獲得平整、光滑、飽滿的罩光效果。如果要獲得亞光或磨砂效果，可以添加適量的消光粉和耐磨填料，透明膠和罩光清漆參考配方見表4。

表4 透明膠和罩光清漆參考配方

配方中的環(huán)氧丙烯酸樹脂，雖然有固化速度快、硬度高、光澤高、耐化學(xué)品優(yōu)異等性能，但其耐光老化和耐黃變較差，不適用于耐候清漆涂層。清漆配方中加入六官能聚氨酯丙烯酸酯，提高了漆膜硬度和耐擦傷性。黃變和失光是罩光清漆較為重要的技術(shù)指標(biāo)，在配方中加入一定量的紫外線吸收劑[2-3]可以有效地改進(jìn)這方面的不足(見表5)。

表5 清漆膜老化實驗色差及失光

實驗數(shù)據(jù)顯示，加入紫外線吸收劑能使漆膜的失光和變色性能有一定程度改善。但是紫外線吸收劑加量也需要控制，過大的用量會影響到涂層本身的固化性能，降低了膜層固化強度，可能會有適得其反的作用。

3·制備UV裝飾板材基本工藝流程

基材表面砂磨平整，清除灰塵，涂覆一層UV滲透液，在溫度50℃的紅外照射條件下線下流平3min，然后再繼續(xù)涂覆一層厚度40μm的UV膩子，在60℃紅外照射條件下流平2min，進(jìn)入紫外光固化機光固化，固化能量300mJ/cm2，進(jìn)行打磨處理后，涂覆一層厚度為20μm的UV封閉底漆，在60℃紅外照射條件下流平2min，光固化，固化能量300mJ/cm2，進(jìn)行打磨處理后，涂覆一層30μm有色UV面漆，在60℃紅外照射條件下流平2min，光固化，固化能量800mJ/cm2，進(jìn)行打磨處理后，燙印一層印有花紋的轉(zhuǎn)印膜，涂覆一層10μmUV透明膠，在60℃紅外照射條件下流平2min，光固化，固化能量300mJ/cm2，再涂覆一層15μmUV罩光清漆，在60℃紅外照射條件下流平1min，光固化，固化能量300mJ/cm2，再涂覆一層15μmUV罩光清漆，在60℃紅外照射條件下流平1min，光固化，固化能量800mJ/cm2，完全固化，復(fù)合裝飾板示意圖見圖1。對上述漆樣分別測試了物理機械性能，數(shù)據(jù)如表6。

表6 涂料性能指標(biāo)

生產(chǎn)線上可采用滾涂和淋涂的涂裝方式，涂層厚度為10~100μm。紅外流平段將流平機溫度調(diào)至70~100℃，流平時間1~3min，使涂層中的揮發(fā)性溶劑充分揮發(fā)，紫外光固化時采用裝有3~20kW的高壓汞燈和金屬鹵素?zé)舻墓夤袒瘷C進(jìn)行涂層固化。

4·結(jié)語

隨著人們對環(huán)境保護(hù)、生態(tài)平衡及經(jīng)濟可持續(xù)發(fā)展等問題重視程度的提高，各國都在制定相關(guān)法規(guī)以限制VOC的排放，因此具有環(huán)保特性的UV光固化涂料的應(yīng)用還在迅速增長，在家電、塑料、地板、紙張印刷等方面已經(jīng)有了廣泛應(yīng)用。

許多研究者也在進(jìn)行大量的研究工作，進(jìn)一步拓寬UV涂料的應(yīng)用領(lǐng)域。本文提及的UV裝飾板材涂料是一個較新的發(fā)展方向，有必要繼續(xù)進(jìn)行大量的基礎(chǔ)性及應(yīng)用性方面的研究工作。

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審核編輯 黃昊宇