2023-08-14
 
水性UV涂料涂装设备选型要点!
2023年08月14日   阅读量:2417

水性UV涂料继承和发展了传统UV涂料和水性涂料两者的特点,具有安全环保、节能高效、黏度可调、可实现薄涂层涂布、成本较低等优点。值得注意的是,水性UV 树脂是高分子量的水性分散体,可通过水使其粘度得到适当的调节,从而避免了活性稀释剂的危害,解决了传统UV 涂料的硬度和柔韧性难以兼顾的矛盾。近十年来,此种涂料得到快速的发展,并已成为涂料发展的一个主要方向涂料在线coatingol.com


水性UV的种类

水性UV 树脂是指可溶于水或可用水分散的UV树脂,分子中含有一定量的羧基、羟基、氨基、醚基或酰胺基等亲水基团,以及丙烯酰基、甲基丙烯酰基或烯丙基等不饱和基团。


目前,水性UV 树脂主要有水性聚丙烯酸酯、水性聚酯丙烯酸酯、水性环氧丙烯酸酯和水性聚氨酯丙烯酸酯。


水性聚丙烯酸酯水性聚丙烯酸酯价廉,耐黄性能差 ,对各种不同基材都有较好的附着力,但机械强度和硬度较低,耐酸碱性差。因此,水性聚丙烯酸酯在实际应用中一般不作主体树脂,只为改善光固化涂料、油墨的某些性能而配合使用。水性聚丙烯酸酯一般是先由丙烯酸与各种丙烯酸酯聚合,丙烯酸引入的部分羧基与丙烯酸羟乙酯的羟基或甲基丙烯酸缩水甘油酯的环氧基反应,从而引入具有光活性的碳碳双键,然后用有机胺将羧基盐化而得。

水性聚酯丙烯酸酯 水性聚酯丙烯酸酯容易制得,价格低廉,且漆膜丰满,光泽度好,柔软性好,但耐黄性能差 ,一般采用二元醇与偏苯三甲酸酐( 或均苯四甲酸二酐) 反应,再与丙烯酸发生酯化反应,引入羧基,引入羧基,最后用胺中和成水性聚酯丙烯酸酯盐。


水性环氧丙烯酸酯

水性环氧丙烯酸酯具有价格低、涂膜硬度高、附着力好、光泽度高和耐化学药品性好等优点,但也存在传统双酚A 型环氧树脂的脆性、耐黄变性差等缺点。许多学者选择物理力学性能、抗黄变性优异的脂肪族环氧树脂替代传统双酚A 环氧树脂作为水性UV 环氧丙烯酸酯的基体,大大提高了树脂的综合性能。一般先采用丙烯酸将环氧树脂酯化得到环氧丙烯酸酯( EA) ,利用环氧丙烯酸酯中的羟基和酸酐反应( 如顺酐、偏苯三酸酐等) 引入亲水基团,再用有机胺中和得到水性环氧丙烯酸酯树脂( EB) ,合成方法见图1。

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水性聚氨酯丙烯酸酯

水性聚氨酯丙烯酸酯类光固化体系,因具有良好的耐磨性、耐化学品性、耐低温性和柔韧性等而备受关注,是目前研究最多,也是商品化最多的水性UV树脂,见表1。近年来,国外一些公司,如Bayer,AKZONOBEL,BASF 等,在水性UV 聚氨酯丙烯酸酯的性能改善上取得了较大的突破,部分产品性能达到汽车涂料的要求,在各种汽车涂料中得到应用,如汽车底漆、面漆和罩光清漆等。

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以二异氰酸酯为原料,聚酯或聚醚二元醇为软段扩链剂,含羧基的二元醇( 如二羟甲基丙酸) 为亲水扩链剂,丙烯酸羟基酯为封端剂,通过多步缩聚反应能制得可固化的聚氨酯丙烯酸酯,再用氨或有机胺中和成盐,就得到水性UV 聚氨酯丙烯酸酯( WPUA) ,合成方法如图2 所示。

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水性UV 树脂新进展

超支化体系

作为一种新型聚合物,超支化聚合物呈球形结构,拥有大量的活性端基,分子链间不缠绕。超支化聚合物具有易溶解、低熔点、低黏度、高反应活性等优点,因此可以引入丙烯酰基团和亲水基团,合成水性光固化低聚物,为水性UV 树脂的制备开辟一条新途径。Asif 等人采用富含端羟基的超支化聚酯BoltornTMHn与琥珀酸酐和IPDI-HEA 预聚体反应,最后用有机胺中,得到可UV 固化的水性超支化聚酯( WHPUA) ,如图3 所示。研究表明,树脂的光固化速率迅速,物理性能较好,随着硬段( IPDIHEA)含量的增加,树脂的玻璃化温度提高,硬度和拉伸强度也随之提高,但断裂伸长率下降。

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苏林等以多元酸酐和单官能团环氧化物为原料,先制得超支化聚酯,通过引入甲基丙烯酸缩水甘油酯( GMA) 与超支化聚合物的端羟基和羧基进一步反应,最后加入三乙胺( TEA) 中和成盐,得到可UV固化的水性超支化聚酯。结果表明,水性超支化树脂末端羧基含量越多,水溶性越好; 树脂的固化速率随着末端双键的增多而加快。


有机/无机杂化体系

水性UV 光固化有机/无机杂化体系是水性UV树脂和无机材料的有效复合,将无机材料的高耐磨性、高耐候性等优点引入树脂当中,提高固化膜的综合性能。通过直接分散法、溶胶-凝胶法或插层法等在UV 固化体系中引入纳米SiO2或蒙脱土等无机粒子,即能制得光固化有机/无机杂化体系,此外还可以将有机硅单体引入到水性UV 低聚物分子链中。采用二端羟丁基聚二甲基硅氧烷( PDMS) 在聚氨酯软链段中引入聚硅氧烷基团,并用丙烯酸单体适当稀释,得到有机/无机杂化乳液( Si-PUA) 。树脂配成涂料经固化后,漆膜物理性能良好,并且具有高的接触角和耐水性。以自制的多羟基超支化聚氨酯、丁二酸酐、硅烷偶联剂KH560、甲基丙烯酸缩水甘油酯( GMA) 和甲基丙烯酸羟乙酯等为原料,制得超支化杂化聚氨酯和光固化超支化聚氨酯,然后按照不同比例与正硅酸乙酯和钛酸正丁酯共混水解,制得光固化超支化聚氨酯的SiO2 /TiO2有机无机杂化溶胶。结果表明,随着无机物含量的增加,杂化涂层的摆杆硬度增大,表面粗糙度变大,SiO2杂化涂层的表面质量比TiO2杂化涂层好。


双重固化体系

为了解决水性UV 树脂三维固化难、对厚涂层和有色体系固化难的缺点,并提高涂膜的综合性能,研究者们开发研究了光固化与其他固化体系相结合的双重固化体系。光固化/热固化、光固化/氧化还原固化、自由基光固化/阳离子光固化和光固化/湿固化等是目前常见的双重固化体系,并有部分体系已经得到应用,如UV 电子保护胶是一种光固化/氧化还原或光固化/湿固化双重固化体系。在聚丙烯酸乳液中引入功能单体乙酰乙酸基甲基丙烯酸乙酯( AMME) ,并在低温下通过迈克尔加成反应引入光固化基团,合成热固化/UV 固化水性聚丙烯酸酯。在60 ℃的恒温干燥、2 × 5. 6 kW的高压汞灯照射的条件下,树脂成膜后硬度达3H,耐酒精擦拭达158 次,耐碱性达24 h。


环氧丙烯酸酯/聚氨酯丙烯酸酯复合体系

环氧丙烯酸酯涂膜具有硬度高、附着力好、光泽度高和耐化学药品性好的优点,但柔韧性差,脆性大。水性聚氨酯丙烯酸酯具有耐磨性良好、柔韧性好等特点,但耐候性差。采用化学改性、物理共混或杂化的方法将两种树脂有效复合,可以改善单一树脂的性能,发挥二者的优势,从而研制出兼具二者优点的高性能光固化体系。先用丙烯酸将环氧树脂E44 中的环氧基酯化得到EA; 然后用TDI、聚四氢呋喃二醇( PTMG) 、DMPA 和HEMA 合成了水性UV 聚氨酯丙烯酸酯; 最后将两者按不同比例混合,水/乙醇作为引发剂,水性聚氨酯阴离子型水性聚氨酯丙烯酸酯为乳化剂,经乳化得到紫外光固化环氧丙烯酸酯/聚氨酯丙烯酸酯复合乳液。结果表明,改性使涂膜的柔韧性得到很大的改善,而对其它的性能影响较小。


大分子或可聚合型光引发剂

多数光引发剂为芳基烷基酮类小分子,光固化后不能完全分解,残留小分子或光解产物会迁移到涂层表面,引起黄变或臭味,影响固化膜的性能及其应用。研究者通过在超支化聚合物中引入光引发基团、丙烯酰基团和亲水基团,合成了水性大分子可聚合光引发剂,克服小分子光引发剂的弊病。安徽理工大学的王战思等先以丙烯酸甲酯和二乙醇胺为原料,反应合成一种AB2型单体MB,再与作为核心的三羟甲基丙烷( TMP) 反应合成端羟基超支化聚胺酯,然后用马来酸酐改性成含有端羧基的超支化聚胺酯,最后采用光引发剂1173 对端羧基超支化聚胺酯进行封端改性,制备出两种可聚合超支化大分子光引发剂HPAE-1-MA-1173 和HPAE-2-MA-1173 ( 如图4所示) 。研究结果表明,产物的紫外吸收较1173 产生最大吸收红移,但是光引发速率较小分子光引发剂1173 慢。

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随着国家、地方环保政策的推行,生产精细化程度的提高以及人工、原材料成本的上升,设备涂装已经成为家具生产转型升级的一种必然途径!但是,不同的涂装设备加工的特性不同,对家具板件的要求、涂料的选择都不同,而且不同的设备还存在一定的加工局限。涂装设备与搭配选购遵循以下原则,就可以放心买买买!


根据家具产品的特性进行选择

产品为平板式的可以选用辊涂设备、淋涂设备、往复式喷涂设备;产品如果是小件异性底材,则可以考虑静电涂装设备;如果产品已经装好且为立面,可以选择机器手臂进行喷涂。同时,涂装施工也要根据涂料种类、涂膜光泽不同,选用不同等级的无尘环境。

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涂装设备加工的适用性

现在的家具企业都是按订单进行生产,而且定制化的产品越来越多,小批量、多品种的加工方式与批量化的生产需求形成了矛盾。因此,在选择涂装设备时一定要充分考虑设备的适用性和局限性,并且要与企业自身的生产实际相结合,必要时涂装设备可以与人工涂装相结合,来满足家具涂装的需求。

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设备的相互搭配要合理

各种不同的设备的搭接和连续性时非常重要的,有的设备效率低,有的设备效率高,在时间与空间的分配上要考虑他们的差异性。只有合理、科学的地搭配,才会使若干设备有机组合成一个很有默契的生产线,发挥最大的效能!

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设备安装位置的确定不同设备安装时对位置的要求也不同,主要是不同的设备对场地、空间要求不同。同时还要考虑涂装设备作业的时间要与其它工序的紧密衔接,设备加工的半成品、成品家具堆放的场地要求,这样才能充分的发挥设备的涂装效率,确保生产过程顺畅进行!


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