生物基材料在UV光固化涂料中的应用研究.pdf
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1、涂层技术 COATING TECHNOLOGY生物基材料在UV光固化涂料中的应用研究段晓俊,罗建华,李彩霞,梁文康,朱延安(嘉宝莉化工集团股份有限公司,广东江门 529085)Application of Bio-Based Materials in UV CurableCoatings摘要:本研究通过对比不同生物基UV树脂对颜/填料的分散、漆膜固化、打磨性、硬度及耐黄变性的影响,优选出的HU251反应活性和耐黄变性能较其他几款生物基材料更优,并得出HU251在UV清底漆、UV白底漆和UV亚光清面漆中的最优添加比例。关键词:生物基;光固化;涂料中图分类号:TQ630.7文献标识码:A文章编号:
2、2096-8639(2023)09-0033-06Duan Xiaojun,Luo Jianhua,Li Caixia,Liang Wenkang,Zhu Yanan(Carpoly Chemical Group Co.,Ltd.,Jiangmen,Guangdong 529085,China)0 引言生物基材料,一般是指利用可再生生物质为原料,包括农作物及其废弃物,如秸秆等,通过生物、化学以及物理方法制造出的新材料,具有绿色环保、节能减排、原料可再生等优势。随着国内外关于“碳达峰”和“碳中和”的推进,以及“碳足迹”概念的兴起,宜家家居率先对其商品所用涂料提出了生物基碳的含量要求。宜家要求在
3、2022 年其产品所用涂料中生物基碳的含量达到 5%,2023 年需进一步达到 15%。宜家家居所用的涂料主要为水性涂料和UV涂料。用植物油制造的生物基 UV 树脂已有商品化产品,且生物基碳含量可达到60%以上1-6,而水性涂料所用的树脂商品化产品仅有少量的聚氨酯/丙烯酸杂合乳液PUA或聚氨酯分散体PUD,且生物基碳的含量普遍30%,因此,UV 涂料相对水性涂料更容易达到生物基碳的含量目标。1 实验部分1.1 原料B-106 植物油改性聚丙烯酸酯树脂:广东博兴新材料科技有限公司;4218 植物油改性聚丙烯酸酯树脂、4313 植物油改性聚丙烯酸酯树脂:广东科田化学材料有限公司;6301B 植物油
4、改性聚丙烯酸酯树脂、TPGDA 三丙二醇二丙烯酸酯:江苏三木科技材料有限公司;6216 植物油改性聚丙烯酸酯树脂、621A-80环氧丙烯酸酯树脂:长兴化学有限公司;HU251 植物Abstract:The effects of different bio-based UV curable resin on pigment/filler dispersibility,curing behavior,sanding,hardness and yellowing resistance of UV curable coatings are investigated.It is revealed tha
5、t HU251 can enable better activity and yellowing resistance as compared withother bio-based materials.The optimized content of HU251 in UV curable primer is determined.Keywords:bio-based materials;UV curing;coatings33涂层技术 COATING TECHNOLOGY油改性聚丙烯酸酯树脂、HU166 聚酯丙烯酸酯树脂、HU1001 改性环氧丙烯酸酯树脂:嘉宝莉化工集团股份有限公司;1
6、000目滑石粉:猴圣化工;NT-606钛白粉:宁波新福钛白粉有限公司;1173光引发剂、819光引发剂:天津久日新材料股份有限公司;SYLOIDRAD 2105 消光粉:美国格雷斯公司;TEGO-920 消泡剂:德国赢创公司;DISPERBYK-2009分散剂:德国毕克公司。以上均为工业级。1.2 参考配方不同生物基材料UV光固化涂料参考配方见表1。表1 不同生物基材料UV光固化涂料参考配方Tab.1 Formula of UV curable coatings based ondifferent bio-based material1.3 分析与测试1.3.1 黏度测试将待测样品温度调整至
7、25,用 Brookfield 旋转黏度计测试。1.3.2 干性测试在玻璃板上用100 m刮膜器刮涂UV 涂料,依据GB/T 17282020测试漆膜达到指触干和指压干时所需的能量。1.3.3 打磨性测试选用桦木贴面木板,辊涂 UV 涂料 3 次,每次涂布量为 2025 g/m2,固化能量为 300 mJ/cm2,用 320 目砂纸,600 N 的力,10 cm 的长度往复打磨 20 次,观察起粉情况和砂纸被粘附情况。1.3.4 硬度测试在玻璃板上用 100 m 刮膜器刮涂 UV 涂料,以300 mJ/cm2的能量固化,依据 GB/T 67392006 用铅笔硬度计测试漆膜硬度。1.3.5 耐
8、黄变测试依据GB/T 239872009进行耐黄变测试,平行测试自然光下的耐黄变特性。1.3.6 附着力测试选用桦木贴面木板,辊涂UV附着腻子一次,涂布量为35 g/m2,固化能量为300 mJ/cm2。用320目砂纸打磨至平整无亮点,用20 m刮膜器刮涂UV白底漆,经400 mJ/cm2固化后依据GB/T 92862021测试附着力。1.3.7 光泽测试依据GB/T 97542007进行光泽测试。1.3.8 抗划伤测试依据GB/T 92792017进行划痕测试。2结果与讨论用于UV光固化木器涂料的生物基材料大多数采用环氧大豆油制得。利用环氧大豆油的环氧基和丙烯酸的羧基反应得到环氧大豆油丙烯酸
9、酯。部分产品会用环氧树脂、异氰酸酯等进行进一步改性,实现对其反应活性、硬度、耐黄变等性能的调节,但改性比例越高,生物基碳的含量越低。部分用于 UV 涂料的市场化生物基材料的参数见表2。表2 不同生物基材料的基本参数Tab.2 Basic parameters of different bio-based mateial由于环氧大豆油丙烯酸酯树脂与聚酯丙烯酸酯的特性相近,在配方中可部分替代聚酯丙烯酸酯,而在配方中也常需添加高反应活性、高硬度的环氧丙烯 酸 酯 树 脂,因 此,表 2 中 的 聚 酯 丙 烯 酸 酯 树 脂HU166 和环氧丙烯酸酯树脂 621A-80 作为对照组。本研究主要探究生
10、物基材料对颜/填料的分散特性、漆膜干性、打磨性、硬度、耐黄变等制造、施工和漆膜性能的影响。型号HU166621A-80B-106HU2516301B62614313黏度/(mPas)40 00038 00038 00030 00025 00030 00027 500酸值/(mg KOHkg-1)3.32.52.31.82.52.71.9生物基碳含量/%0065.072.577.580.083.7原料生物基材料/对照组HU1001TPGDANT-606SYLOID RAD 21051 000目滑石粉1173819TEO-920DISPERBYK-2009w/%5.045.01.841.80350
11、30015030050100.200.8段晓俊,等:生物基材料在UV光固化涂料中的应用研究34涂层技术 COATING TECHNOLOGY2.1 不同生物基材料对UV涂料颜/填料的影响UV 涂料的配方中常需添加一定比例的颜/填料。作为白色颜料的钛白粉,在UV涂料中不易沉降,但与不同材料配伍时的黏度有明显差异,因此,通过测试黏度来判断材料针对钛白粉的分散特性。对于滑石粉、透明粉或碳酸钙等填料,相对于对黏度的影响,不同材料对其沉降特性的影响更明显,因此,通过测试 25 和 50 贮存 7 d 后的沉降情况来判断材料针对填料的分散特性。不同生物基材料对颜/填料分散特性的影响见表3。表3 不同生物基
12、材料对颜/填料分散特性的影响Tab.3 Effect of different bio-based material on pigment/filler dispersibility由表 3 可看出,填料防沉性与钛白分散性有较强的关联,对照组 621A-80 的填料防沉性最好,但分散钛白的黏度最高。6301B 和 6261 分散钛白粉时黏度较低,但其分散填料时会产生硬沉淀。B-106和4313对填料防沉有所改善,但仍有轻微硬沉淀或软沉淀,且其分散钛白粉时黏度较高。HU251 对钛白和填料的分散特性与对照组的聚酯丙烯酸酯HU166相当,对填料的防沉性较好,分散钛白后黏度适中。从表 3 中的数据推
13、测生物基 UV 树脂的酸值越高,越容易造成填料沉淀。2.2 不同生物基材料对漆膜固化的影响通过 UV 光固化机照射后的固化情况是影响 UV涂料施工及漆膜性能的第一关,判断漆膜固化情况最常用也直观的方法便是测试漆膜干性。影响漆膜干性最重要的因素是材料的反应活性,反应活性越高,漆膜越容易实现固化。不同生物基材料对漆膜固化的影响实验数据见表4。从表 4 可知,621A-80 固化所需的能量最低;HU251、B-106 固 化 所 需 的 能 量 与 HU166 相 当;6301B、6261、4313 固化所需的能力比 HU166 高。从表 4 中的数据推测生物基 UV 树脂的生物基碳含量越高,固化所
14、需的能量越高。2.3 不同生物基材料对漆膜打磨性的影响UV 涂料的两个重要特点是性价比高和施工效率高。打磨是影响 UV 涂装生产效率最主要的过程,若UV涂料的打磨性不佳,更换砂纸的频率较高,将直接影响施工效率,因此,打磨性是影响UV涂料施工性能的重要特性。影响打磨性的关键因素包括漆膜固化情况和材料本身的黏弹特性,当漆膜固化不佳或材料本身黏弹性较强时不易打磨,表现为不出粉且粘砂纸,进而影响施工效率。不同生物基材料对漆膜打磨性的影响实验数据见表5。表5 不同生物基材料对漆膜打磨性的影响Tab.5 Effect of different bio-based material on sandingpe
15、rformance of coatings从表 5 可知,621A-80 的打磨性最好;B-106、HU251 的漆膜打磨性与 HU166 的漆膜相当;6301B、6261、4313 的漆膜打磨性则比 HU166 的漆膜差。不同生物基材料对打磨性的影响与对固化的影响规律一致,随生物基UV树脂的生物基碳含量的提高,打磨树脂HU166621A-80B-106HU2516301B62614313填料防沉性25 贮存7 d轻微软沉淀未沉淀轻微软沉淀轻微软沉淀硬沉淀硬沉淀软沉淀50 贮存7 d轻微软沉淀未沉淀软沉淀轻微软沉淀硬沉淀硬沉淀轻微硬沉淀钛白分散性黏度/cp2 2003 0502 7002 35
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