辐射固化市场近年来有了长足的发展,辐射固化已经应用在很多领域,比如光电子、涂料、油墨等行业,以取代传统的热处理的溶剂型涂料、油墨和胶黏剂。本文的重点是辐射固化产品中的紫外光(UV)固化涂料,它是辐射固化技术最主要的应用领域。
UV固化涂料技术最重要的优势在于更高的生产效率和更低的能耗,快速的固化速度,室温环境下的操作,尽可能低的VOC(挥发性有机化合物),高质量的最终产品。对于其最终应用领域而言,在美国最大的应用领域是印刷,包括印刷油墨和套印油墨,其次是工业涂料、光电子和胶黏剂。在欧洲最大的应用领域是木器涂料和家具涂料,然后是印刷油墨。在日本,最大的应用领域是电子和光纤,其次是印刷油墨和胶黏剂。
早在20世纪70年代初,我国就开始了对UV固化涂料的研究。上海、北京建立了几条家具UV固化涂料生产线,但因原材料缺乏、光源和固化设备不配套而下马。UV固化涂料在我国真正的发展始于20世纪90年代,二十多年来,这一领域中的研究与产品品种得到了长足的发展,已形成了产业规模。1993年,我国正式成立了辐射固化分会,在亚洲是仅次于日本拥有此协会的国家,现已有会员单位200多个。我国已成为仅次于美国和日本的UV固化产品生产和应用大国。
在过去的几年中,我国UV固化涂料在光纤涂层、CD涂层/DVD黏合剂、信用卡、木材、饮料罐、食品包装、杂志封面、医疗器械和汽车行业中均获得十分迅速的发展。但对UV固化防腐涂料的研究还很少,只有王德锋等人报道了UV固化防腐涂料的研制。据不完全统计,全世界每年生产的钢铁有30%遭受腐蚀,其中10%的钢铁将变成废铁。金属腐蚀造成的经济损失在英国每年达几亿英磅,在美国约占国民生产总值的4.2%,在我国约占国民生产总值的4%,超过了火灾、风灾和地震造成损失的总和。UV固化技术由于其环保、低能耗、固化速度快等特点,将其应用到金属防腐领域,具有巨大的现实意义,能大大提高耐腐蚀产品的生产效率、降低成本、改善对环境的污染等。2·UV固化涂料在金属防腐蚀应用中存在的问题
在目前市场上,使用在金属防腐方面的UV固化涂料还较少,但在轻防腐重装饰的部分领域,如金属标牌装饰、易拉罐加工、金属饰板制造、铝合金门窗保护及钢管临时涂装保护等方面,UV固化涂料有较广泛的应用。
UV固化涂料在金属防腐蚀应用中面临的首要问题就是附着力问题。一般UV固化涂料的涂层对金属的附着力不佳,若未添加特殊功能的附着力促进剂,常规UV固化涂料很难获得较理想的附着力。其次是涂层的固化问题。这是由于防腐涂料体系中加有较多的颜填料,它们具有强烈的吸光和反射作用,很多对光引发剂有效的紫外射线被屏蔽掉,导致体系固化速率大大降低,甚至不固化,要达到高遮盖力较难。本文将着重对以上两点进行分析,提出合理的解决方案,希望以此促进UV固化涂料在金属防腐蚀领域的应用研究。
2.1UV固化涂料在金属基材上的附着力问题
涂料附着力形成机理一般是由以下理论表述:第一,润湿性和表面能;第二,界面热力学;第三,接触角和临界表面张力。也可以简单地表述为当不相似的两种材料达到“紧密”接触时,在空气中的两个自由表面消失,形成新的界面。界面相互作用的性质决定了涂料和底材之间成键的强度,这种相互作用的程度基本由一相被另一相的润湿性决定,使用液体涂料时,液相的流动性也有很大帮助,因此润湿可被看作涂料和底材的密切接触。为了保持涂层与底材的附着力,除了保证初步的润湿外,在涂膜形成后的完全润湿和固化后仍保持键合情况不变是很重要的。
UV固化涂料与传统的热固化或自干涂料相比,具有固化快、污染少、节能及适合流水线生产等优点,但是其对金属基材的附着较为困难。这是因为:一方面UV固化涂料的固化速度快,而且丙烯酸酯类单体聚合时体积收缩过大,使得固化时漆膜产生的内应力来不及释放;另一方面金属基材与涂料之间物理化学作用的形成较为困难,没有非金属基材容易。通常情况下,通过添加各种助剂来改善涂膜与基材之间的附着力,但对于比较特殊的金属基材来说,则需要综合考虑影响附着力的各种因素。
2.1.1主体树脂的选择
随着UV固化产品的广泛应用,光活性齐聚物的种类也层出不穷,主要有:
不饱和聚酯(unsaturated poly ester,UPE):这是最早用于光固化材料的低聚物,由于其光固化速度慢,表干性能差,涂层不够柔软,聚酯主链上大量酯基耐酸碱性差,现在已经很少使用。
环氧丙烯酸酯(epoxy acrylate,EA):这是目前应用最广泛、用量最大的光固化低聚物,按结构类型不同,可分为双酚A环氧丙烯酸酯、酚醛环氧丙烯酸酯、环氧化油丙烯酸酯和改性环氧丙烯酸酯。