低氣味UV光固化木器涂料的制備

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    摘要:通過結(jié)合歐盟RoHS指令中測試項(xiàng)目及標(biāo)準(zhǔn)限值、REACH法規(guī)和生產(chǎn)實(shí)踐，對家具（UV）紫外光固化涂料做了大量的技術(shù)研發(fā)工作，通過對樹脂、光引發(fā)劑等原料的篩選，研制了低氣味UV光固化木器涂料。
    關(guān)鍵詞:低氣味；UV涂料；樹脂；光引發(fā)劑

    0·前言
    近年來紫外光固化涂料在木制品家具、木門領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用，在未來的幾年里也會(huì)得到越來越多家具、木門企業(yè)的青睞。展辰公司的家具、木門UV涂料月產(chǎn)量從原來的幾噸到現(xiàn)在的上百噸，等等跡象表明UV光固化涂料在整個(gè)木制品行業(yè)會(huì)是一個(gè)突飛猛進(jìn)的發(fā)展。
    筆者近期通過結(jié)合歐盟RoHS指令中測試項(xiàng)目及標(biāo)準(zhǔn)限值、REACH法規(guī)和生產(chǎn)實(shí)踐，對家具(UV)紫外光固化涂料做了大量的技術(shù)研發(fā)工作，研制了低氣味UV光固化木器涂料。
    1·試驗(yàn)部分
    1.1試驗(yàn)材料
    樹脂：環(huán)氧丙烯酸酯621-100、改性雙酚A環(huán)氧丙烯酸酯188、芳香族聚氨酯丙烯酸酯6145-100；單體：乙氧基化-1,6-己二醇二丙烯酸酯(EO-HDDA)；乙氧化三羥甲基丙烷三丙烯酸酯(EO-TMPTA)；丙烯酸-2-羥基乙酯(HEMA)；光引發(fā)劑：IHT-PI907、184、IHT-PI6022、IHT-PIPBZ、IHT-PI917、1173；助劑：消泡劑BYK-8800、流平劑TEGO-410。
    1.2試驗(yàn)設(shè)備
    攪拌分散機(jī)，UV輥涂機(jī)，鉛筆硬度計(jì)，百格刀，鏡向光澤儀，紫外光固化機(jī)(1伽燈3汞燈)，LC-10AT島津高效液相色譜儀(PAD)，德國Vario EL元素分析儀，XT-5顯微熔點(diǎn)儀。
    1.3試驗(yàn)部分
    1.3.1參考配方
    本試驗(yàn)的配方，在沒有特殊性能要求下，均按表1進(jìn)行試驗(yàn)。
                   表1 低氣味UV家具漆參考配方

    1.3.2配方生產(chǎn)過程
    按表1配方表進(jìn)行配料，投入1～4號原料在高速速率1 500 r/min下分散25 min，投入5、7號原料中速速率1 200 r/min下分散8 min，投入6、8號原料中速速率1 200 r/min下分散10 min，送檢；用輥涂機(jī)涂布竹炭低氣味UV涂料于基材上(施工工藝：密度板/復(fù)合板/貼皮板/貼紙板→UV膩?zhàn)?rarr;固化全干砂光→UV低氣味UV涂料)。在320 mJ/cm2(2汞燈)的光強(qiáng)下，按傳送線速度為20 m/min進(jìn)行固化成膜，然后對成膜后的涂料進(jìn)行試驗(yàn)。涂布量在(30±5)g/m2范圍內(nèi)半干固化輥涂兩遍。
    1.3.3試驗(yàn)過程與探討
    1.3.3.1樹脂的選擇
    按照表1的配方，用907、184、6022、PBZ、917、1173等光引發(fā)劑進(jìn)行試驗(yàn)，分別用樹脂621-100、188、6145-100進(jìn)行試驗(yàn)對比，對其黏度、耐熱性穩(wěn)定性、流平性、固化速度、附著力進(jìn)行試驗(yàn)檢測，具體結(jié)果見表2。

表2 不同樹脂的性能要求

    通過以上試驗(yàn)數(shù)據(jù)表明，188改性環(huán)氧丙烯酸酯樹脂黏度最低，6145-100脂肪族聚氨酯丙烯酸酯樹脂黏度最高，621-100環(huán)氧丙烯酸酯附著力優(yōu)于188改性環(huán)氧丙烯酸酯。綜合其二者的優(yōu)越性，用621-100、6145-100效果比較的好，完全能夠通過相關(guān)的耐熱性和對于附著力的要求。
    1.3.3.2單體的選擇
    單體選擇主要是對于基材的潤濕分散性及耐黃變性的選擇。光引發(fā)劑選用北京英力公司的907、6022、PBZ、917及常州華鈦公司的184、1173搭配作光引發(fā)劑。按照表1用621-100，6145-100搭配用EO-HDDA、EO-TMPTA、HEMA幾種單體進(jìn)行試驗(yàn)檢測相關(guān)的施工黏度及成膜后的附著力，具體結(jié)果見表3。
                  表3 單體試驗(yàn)結(jié)果對比表

表3所測的兩個(gè)指標(biāo)黏度及附著力的數(shù)據(jù)結(jié)果，實(shí)際上驗(yàn)證了單體與基材潤濕分散的性能，可以看出乙氧基化的單體及甲基丙烯酸羥乙酯潤濕性能好，比較適合作光固化家具涂料的稀釋活性單體，對于顏料潤濕分散和固化過程的結(jié)果具有重要作用。
    1.3.3.3光引發(fā)劑的選擇
    光引發(fā)劑是UV涂料中的關(guān)鍵組成部分，其作用在于傳遞紫外線光子的能量，迅速引發(fā)單體和低聚物的交聯(lián)聚合，促進(jìn)體系的液固轉(zhuǎn)換過程。根據(jù)引發(fā)機(jī)理，光引發(fā)劑可分為自由基和陽離子兩大類型。
    紫外線分為：真空紫外線(VacuumUV，波長為10～200 nm)、短波紫外線(UV-C，波長為200～290 nm)、中波紫外線(UV-B，波長為290～320 nm)、長波紫外線(UV-A，波長為320～400 nm)、可見光(Visiblelight，波長為400～760 nm)。紫外線(UV)用于工業(yè)生產(chǎn)，國際上一般使用的是長波UV(UV-A)，傳統(tǒng)的1173與184引發(fā)劑在此波長的吸收范圍會(huì)被遮擋而不被吸收引發(fā)。所以需要根據(jù)不同的涂料配方來選擇不同的光引發(fā)劑。同時(shí)，結(jié)合原料廠家的試驗(yàn)數(shù)據(jù)，總結(jié)出規(guī)律性的認(rèn)識，形成了一個(gè)化合物在配方、光固化過程中產(chǎn)生苯的機(jī)制，有的化合物在受陽光照前就含有苯，光照后并不增加，說明苯是在制造過程中殘留物污染所致，如果以苯為原料，最終都很難徹底去除干凈。有的化合物光照前不含苯，但光照后苯含量增加，說明該化合物受光不穩(wěn)定，會(huì)分解出自由苯分子。有的光引發(fā)劑在光照后產(chǎn)生的碎片具有揮發(fā)性，造成氣味和毒性。通過多遍試驗(yàn)得出以下結(jié)果。
    (1)光引發(fā)劑(見表4)

表4 光引發(fā)劑

    (2)測試方法
    ①氣味
    將樣品用UV輥涂機(jī)涂布在PT紙上，涂布面積為2 dm2,經(jīng)紫外線固化機(jī)固化后，60℃恒溫30 min。評價(jià)其氣味大小。評價(jià)值為0～5，數(shù)值越小表示氣味越低。固化條件：單燈固化(功率1 000 W)，燈距：16 cm；帶速：4 m/min，膜厚9μm。
    ②苯含量測試
    按照YC/T2007-2006標(biāo)準(zhǔn)方法測試固化后試樣的苯含量，單位mg/m2。
    2·結(jié)果與討論
    2.1最終試驗(yàn)配方(見表5)

表5 最終試驗(yàn)配方

2.2試驗(yàn)結(jié)果
    (1)氣味評價(jià)(見表6)

 表6 氣味評價(jià)

表7 苯含量測試結(jié)果

2.3試驗(yàn)結(jié)論
    (1)固化前氣味：184≥PBZ≥1173＞907＞917＞6022
    (2)固化后氣味：184≥1173≥PBZ＞907＞917＞6022
    (3)使用6022的配方檢測苯含量達(dá)標(biāo)。
    3·結(jié)語
    選擇環(huán)氧丙烯酸酯和芳香族聚氨酯丙烯酸酯的低聚物附著力、耐熱穩(wěn)定性較好，選擇乙氧基化的單體及甲基丙烯酸羥乙酯的潤濕性也是比較樂觀的，主要研究在于選擇光引發(fā)劑苯含量指標(biāo)低于0.01mg/m2的原料在涂料施工前、施工后苯含量≤0.003mg/m2效果的功能性產(chǎn)品，同時(shí)針對不同的基材不同施工工藝(噴涂、輥涂、淋涂)也需要在施工黏度上作出相應(yīng)的調(diào)整。