五金底材用UV树脂固化涂料的配方设计
采用丙烯酸酯化的聚酯、二丙烯酸酯齐聚体、CAB551-0.01树脂为主要成膜物，以Irgacure184为光引发剂，研制成五金底材用UV树脂固化涂料。讨论了预聚体结构、光引发剂及稀释剂等对涂层性能的影响，以及五金底材用UV树脂固化涂料常见问题的解决。所配制涂料的综合性能良好，具有广阔的应用前景。
关键词：紫外光固化涂料；配方设计；五金底材
0引言
紫外光固化涂料以高能量的紫外光为涂料固化的能源，通过光引发剂吸收紫外光，产生活性自由基，进而引发可光固化的树脂发生一系列聚合反应，使涂膜固化。其固化速度快、能量利用率高、节省能源、涂料100%反应成膜、无溶剂挥发污染，是新一代环保型涂料。它具有高强度、高硬度、高耐磨性、高光泽、高耐溶剂性等性能，在许多表面涂装领域得到应用。本文以丙烯酸酯化的聚酯、二丙烯酸酯齐聚体、CAB551-0.01树脂为主要成膜物开发出可快速固化、综合性能优良的五金底材用UV树脂固化涂料，并研究了预聚体结构、光引发剂及稀释剂等对涂层性能的影响，涂料广泛用于五金底材制品的表面涂装。
1试验部分
1.1原材料
树脂：丙烯酸酯化的聚酯、二丙烯酸酯齐聚体、CAB551-0.01，国产；
光引发剂：Irgacure184，国产；
单体：三甲基丙烯酸酯单体、三官能度功能单体，国产；
助剂：TegoRad2200，国产；
溶剂：季戊四醇三丙烯酸酯、丙烯酸乙酯，国产。
1.2仪器设备
VFS-230高速分散机、涂-4#杯、QXPISO刮板细度计、QCJ漆膜冲击试验仪、WGG60光泽度计、高温高湿机、UV树脂机，国产；QUV树脂耐候测试仪、7-IBB-C-CRCA纸带耐磨仪、PIG-10膜厚仪、JM-IV磨耗仪，进口。
1.3涂料配方
1.4固化条件
在UV树脂机上进行漆膜固化，采用1支中压汞灯强光（120W/cm）照射。固化过程中无氮气保护。
1.5测试方法
黏度：在25℃，用旋转黏度计测量。
固化速率：用临界固化速率表示。临界固化速率定义为：使漆膜表面达到完全固化时传送带的允许速度。
附着力：将涂层切割成1mm×1mm方格，用600#胶带测试。
光泽：用光泽度计测定涂膜60°时的光泽，取平均值。
耐磨性：在一定负载下经规定的磨转次数后，以漆膜的失重量（mg）表示。
硬度：用标准铅笔测试涂膜硬度。
柔韧性：测试涂膜在弯曲后不断裂的最小弯曲直径。
耐冲击性：用落球式涂膜冲击试验仪测试漆膜的耐冲击性。
耐老化性：将涂料喷涂于金属铝板上，在一支UV树脂灯下强光照射至完全固化后，放入QUV树脂耐候测试仪中，经过一段时间之后，检测涂膜的失光情况。
1.6涂料及其涂膜性能
2.1树脂、单体的选择
在设计五金UV树脂固化涂料配方时，除考虑其整体的固化、转化速率外，还应考虑主体树脂、单体的选择，因此表1配方中我们多数选择了酸性的齐聚物。主体树脂：搭配提供最基本的配方骨架，保证基本的附着力、拉伸率。丙烯酸酯化的聚酯，低黏度、固化速度快，主要提供固化膜良好的柔韧性和一定黏附力。二丙烯酸酯齐聚体提供硬度、快速固化性能和良好的附着性，但其过高的脆性又限制了它在配方中的用量不能过高，加之在体系中又不可能完全转化，因此配方中单官能度活性稀释剂的用量不能太高，这将导致涂料黏度过大，所以配方中选择了大量能降低黏度的单体。一方面降低黏度，一方面促进涂膜的流平，获得表面更加平整的固化膜。丙烯酸酯的官能单体和齐聚物能改善底材的润湿性，且能提供配方的可调整性（高固含量），降低配方黏度而不影响其性能。三甲基丙烯酸酯单体属于酸性单体，丙烯酸乙酯对基材有侵蚀性，可提高附着力。在整体配方中，三官能度功能单体与丙烯酸类预聚体树脂有良好的相容性，具有低黏度、高固化速度，可提高固化膜的柔韧性，增强附着力，并赋予漆膜良好的耐磨性、硬度及光泽。季戊四醇三丙烯酸酯用于提高交联密度、快速固化，柔韧性佳，也作为活性稀释剂。带有羟基的多元丙烯酸酯本身黏度较大，羟基可赋予固化膜一定的附着力促进作用，多官能特性可弥补PUA聚合的活性不足，并提高固化膜的交联密度，增加涂料的封闭性能。
2.2CAB在光固化体系中的应用
对CAB551-0.01（醋酸丁酸纤维素）的应用，存在不同的见解。实际上，CAB促进流平是在溶剂挥发过程中进行的，成膜后会分布在膜的表面，那主要还是在干燥的前半段过程，在溶剂挥发后的半段UV树脂固化过程中，还必须要有干燥梯度，否则容易出现收缩导致的流平性不良问题。选用CAB，主要是看重其在UV树脂涂料中的混溶性，其次是其本身含交联性双键，可以微弱地参与UV树脂聚合，与UV树脂涂料形成一个整体。
2.3光引发剂的选择
光引发剂能吸收紫外线能量，产生游离基，再引发低聚物及单体实现聚合、交联，使体系固化成膜。选择光引发剂应从光引发效率、价格、污染、毒性、稳定性等方面考虑。夺氢型光引发剂黄变系数较大，一般应选择裂解型光引发剂。实验中采用Irgacure184，可以有效提高涂膜的耐黄变性。光引发剂用量对涂料固化性能和贮存期有较大影响。当其质量分数小于2%时，固化速率与其质量分数成正比；当其质量分数大于2%时，固化速率与其质量分数的关系不大。但其质量分数超过4%时，涂料贮存期下降。