水性uv固化塗料有哪些特點
水性光固化塗料結合了傳統UV固化塗料和水性塗料的各自特點,相對於傳統油性光固化材料具有下列優點。
(1)水是最方便獲得、最廉價的原料,用水來代替活性稀釋劑稀釋低聚物,很容易調節黏度,可實現無活性稀釋劑配方;
(2)不用活性稀釋劑,就沒有VOC、刺激性及臭味等問題;
(3)可適用各種塗裝設備,特別對噴塗安全;
(4)可避免由於用活性稀釋劑所引起的固化體積收縮;
(5)可以實現薄塗層塗布,降低成本;
(6)塗裝設備和容器可以用水性清洗液清洗。
水性光固化材料除了上述優點外,還有壹個很突出的優點就是解決了傳統固化塗料的硬度和柔韌性之間的矛盾。從分子結構與性能的關系分析,只有高相對分子質量的物質才能具有高硬度和高柔韌性。傳統光固化塗料不能使用高相對分子質量的低聚物,同時加入大量低相對分子質量活性稀釋劑,因此難以兼顧硬度和柔韌性。而水性光固化塗料的低聚物是高相對分子質量的水性分散體,其黏度與高分子的相對分子質量無關,而只與固含量有關,因而在水性光固化塗料中可以使用高相對分子質量的低聚物,又不用低相對分子質量的活性稀釋劑,從而克服了光固化塗料高硬度和高柔韌性不能兼顧的矛盾。
水性光固化塗料也存在下列缺點:
(1)體系中存在水,光固化前,大多需進行幹燥除水,而水的高蒸發熱(40.6kJ/mol)導致能耗增加,也使生產時間延長,生產效率下降;
(2)水的高表面張力(72.8mN/m),不易浸潤基材,易引起塗布不均;對顏料潤濕性差,影響分散;
(3)固化膜的光澤較低,耐水性和耐洗滌性較差;
(4)體系的穩定性較差,對pH較為敏感;(5)水的凝固點(0℃)較高,在運輸和貯存過程中需添加防凍劑;水性體系容易滋生黴菌,需用防黴劑,使配方復雜化。
2水性光固化塗料的組成和分類
水性UV固化塗料是由水性低聚物、光引發劑、助劑和水組成,其中水性低聚物和光引發劑是最主要的成分。
2.1水性低聚物
水性低聚物是水性光固化塗料最重要的組成,它決定了固化膜的物理機械性能,如硬度、柔韌性、強度、耐磨性、附著力、耐化學品性等,也影響光固化速度。
水性低聚物從結構上看,壹要具有可以進行光聚合的基團,如丙烯酰氧基、甲基丙烯酰氧基、乙烯基、烯丙基等,由於丙烯酰氧基固化速度最快,所以為各類丙烯酸樹脂的主要品種。二要分子鏈上含有壹定數量的親水基團,如羧基、羥基、氨基、季銨基、醚基、酰胺基等。目前水性低聚物制備時大多在油性低聚物中引入親水基團,如羧基、季銨基、聚乙二醇鏈等方式,使油性低聚物轉變成水性低聚物。
2.2水性光引發劑
光引發劑是光固化塗料的重要組成,它決定了光固化塗料的固化速度。對水性光固化塗料,它要求光引發劑與水性低聚物相容性好,在水介質中光活性高,引發效率高,同時與其他光引發劑壹樣要求低揮發性、無毒、無味、無色等。用於水性光固化塗料的光引發劑可分為水分散型和水溶性兩大類,目前常規光固化塗料所用光引發劑大多為油溶性的,在水中不溶或溶解度很小,不適用於水性光固化塗料,所以近年來水性光引發劑的研究和開發也成為熱門課題,並取得了可喜的進展。不少水性光引發劑是在原來油溶性光引發劑結構中引入陰離子、陽離子或親水性的非離子基,使其變成水溶性;或將油溶性光引發劑變成穩定的水乳液或水分散體。
2.3水性光固化塗料分類
水性光固化塗料分為乳液、水分散型和水溶性3類,見表5。
(1)乳液型:早期采用外加乳化劑,低聚物不含親水基團,靠機械作用,使低聚物分散於水中,得到低聚物乳液。但由於乳化劑加入,影響了固化膜的耐水性和光澤,力學性能也大幅下降,材料對pH值也敏感。現在多采用自乳化型,即在低聚物中引入親水基團(如羧基、聚乙二醇),在水中有自乳化作用,不用外加乳化劑,固化後可提高耐水性和光澤。
(2)水分散型:利用低聚物中親水基團和疏水基團巧妙平衡,在水中分散後,低聚物形成穩定的水分散體。
(3)水溶型:低聚物含有足夠量的羧基鹽或季銨鹽基團,成為水溶性材料。