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紫外光固化涂料附着力促进剂的研制

2016-9-20 9:57:54点击:

  摘要:为了解决紫外光固化涂料附着力差的问题,以丙烯酸羟乙酯或甲基丙烯酸羟乙酯与五氧化二磷为原料在一定条件下进行亲电加成反应制得可紫外光固化的含磷酸基团的附着力促进剂。采用酸值跟踪测试确定总反应时间为3.5h。对产品进行红外光谱分析,表明反应物中的羟基已经完全反应以及产物中磷酸基团与CC双键的形成。对比了自制产品与市售产品在不同板材上的性能,结果表明这两种产品对紫外光固化涂料与金属、玻璃、木材等极性基材都具有很好的附着促进作用,并确定了自制产品的优势。

  关键词:五氧化二磷;紫外光固化;附着力促进剂

  0引言

  紫外光固化涂料与传统涂料相比,不含任何有机溶剂或惰性稀释剂,固化时不需加热,具有对环境污染少、能耗低、效率高、化学稳定性好、适用性好等特点,是一种高效节能环保型现代化涂料,已广泛应用于各个领域[1-2]。随着各种光敏涂料的开发应用,紫外线固化涂料配方设计的关键之一便是如何提高其与各种基材的附着力,因为良好的附着力是涂膜获得良好加工性能、耐介质性能及户外耐候性能的前提[3]。所以如何通过提高涂料的附着力来提高涂膜的性质是我们大家所关注的问题。一般情况下是通过添加各种附着力促进剂来改善其附着力。选用合适的附着力促进剂增强涂膜与基材的有效接触,使用具有活性官能团的附着力促进剂与基材表面形成较强的化学键合等方法能够获得良好的附着力及综合性能。由于本研究所得的促进剂是具有CC单官能团与双官能团的复合产物,所以能够较好地应付光固化时的体积收缩性及收缩内应力等问题[4]。由于国内外较少报道这方面的文章,所以本文对理论研究及实际应用都有一定的作用。

  1试验部分

  1.1主要原料与试剂

  P2O5,分析纯,天津市化学试剂六厂;HEMA、HEA,分析纯,天津市博迪化工;基料底漆UV303,市售。

  1.2主要仪器设备

  2结果与讨论

  2.1产物的分析测试及结构表征

  在加料过程中我们确定了反应物的物质的量比n(—OH)∶n(P2O5)=3∶1,目的是为了得到单双官能度1∶1的混合产物。如以HEA为原料完全反应的理论产物[6]反应式如下:

以HEA为原料完全反应的理论产物反应式

  以HEA为原料完全反应的理论产物反应式

  四口烧瓶、超级恒温水浴锅、强力电动搅拌器、冷凝回流管、酸值滴定仪、NDJ-79旋转黏度计、红外光谱仪、紫外光固化仪、电热鼓风干燥箱、电子分析天平。

  1.3含磷促进剂的合成工艺[5]

  图1产物的红外光谱图

  从图1可以看出,在3440cm-1无吸收峰,说明HEMA中的—OH已经基本反应完全。2959.4cm-1为甲基与亚甲基的C—H的伸缩振动峰。1720.0cm-1处的强吸收峰为α,β不饱和酸酯的CO伸缩振动特征峰以及P—OH特征峰,由于吸收峰的位置相近,吸收峰得到了加强。1635.6cm-1处的吸收峰为预聚物结构上双键的特征峰。1171.7cm-1处的吸收峰为有氢键的PO。1032.7cm-1处的强吸收峰是P—O—C的伸缩振动特征峰,说明结构中存在磷酸酯基团。在960~1000cm-1间较宽的吸收峰也为P—O—H特征峰。

  2.2自制产品与市售附着力促进剂的性能比较

  经过大量的试验,推选出效果相对比较好的市售附着力促进剂与自制产品进行对比,其中促进剂添加量是占体系总质量的百分比。固化膜附着力性能的对比如图2、图3。

图2自制产品性能测试图

  图2自制产品性能测试图

  将0.3mol的HEMA与一定量的阻聚剂对甲氧苯酚加入到烧瓶中,搅拌均匀加热到55℃,慢慢在1h内分批加完0.1mol的P2O5,将混合体系升温到80~85℃,继续反应2.5h,即为所需的附着力促进剂,产品为浅棕色黏稠液体。在反应后期根据酸值的跟踪测试来显示反应的程度,最后所得产品的酸值约316。

  1.4产品性能指标

  由上述工艺合成出来的产品性能指标见表1。

  表1产物的性能指标

表1产物的性能指标

  1.5固化膜的制备与测试

  以市售底漆UV303为基料,在其他条件相同的情况下把促进剂按照固体成分的0、1%、2%、3%、5%添加到其中搅拌均匀。涂布后把涂膜在紫外光照射下固化成膜,固化速度为5m/min;待固化膜冷却后,按照GB9286—88涂膜的划格试验法测试涂膜的附着力,划格总数为10×10格。

  从上面的反应式可以推断出产物的主要基团,利用红外测试仪WQF-410来证实推断。红外光谱测试结果见图1。

图1产物的红外光谱图

  图1产物的红外光谱图

  图2自制产品性能测试图

图3市售产品性能测试图

  图3市售产品性能测试图

  由图2、图3可以看出,这两种促进剂在光固化涂料中的效果比较明显,而且对附着力的提高基本差不多,尤其是在铝板中的效果更好,附着力可以从未加之前的5级增加到添加后的0级,主要是促进剂中的反应性基团容易与活性强且价态高的Al发生微腐蚀和螯合作用,但整体看来自制产品的性能稍优于市售产品。为了效果明显且不影响涂料的其他性能,促进剂的添加量一般在1%~2%为好。从图2、图3可以看出,此种促进剂适合于金属等极性基材。试验也比较了以HEA与HEMA为原料的产品,结果表明前种产品的效果稍差些,这是由于HEMA产品中多了个甲基,所以在紫外光快速固化的情况下甲基可以抵抗内应力的收缩,从而更有效地提高附着力。此外,经过试验知道此种促进剂可以适合于常温或者加热固化的涂料,效果也比较明显。

  3结论

  以HEA、HEMA、P2O5等为原料,利用分步加料法合成带磷酸基团的附着力促进剂,具有操作简便、能耗低和产品收率高等特点。此种附着力促进剂尤其适合用于紫外光固化的涂料中,因为在引发剂与紫外光照射的条件下促进剂中的CC双键能够与涂料中的双键交联固化成膜嵌入其中,而其中的磷酸基团能够与极性的基材产生强烈的化学键合作用,所以对金属、玻璃、木板等极性基材有着很好的附着促进作用。其适宜添加量一般占涂料固体分含量的1%~2%。

  来源:涂料涂装资讯网