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- xc970529674 2016-01-03 11:13:32
- 目前用于装饰的玻璃涂料主要是溶剂型的自干漆和烤漆 , 存在溶剂挥发 , 污染严重 , 且固化时间长的缺点。紫外光固化涂料具有固化速率快、能耗低、污染低等优点 , 近年来在塑料、纸张、木材、金属、皮革等的表面涂装、罩光方面发展迅速 [ 1 ] 。本文研制的光固化玻璃涂料使用聚氨酯丙烯酸酯作为预聚物 , 配合单体 , 通过配方优化 , 得到性能优良的光固化玻璃涂料。 1 实验部分 1. 1 原材料及仪器设备 实验所用的预聚物聚氨酯丙烯酸酯、三缩丙二醇二丙烯酸酯 ( TPGDA) 、己二醇二丙烯酸酯 (HDDA) 、三羟甲基丙烷三丙烯酸酯 (TMPTA) 、光引发剂 1173, 均为东莞贸桥公司提供。 2 kW 高压汞灯 , 市售 ; 0 ~ 100 μ m 湿膜制备器 , 上海现代环境工程有限公司出品。 1. 2 涂膜的制备 将聚氨酯丙烯酸酯、稀释单体、光引发剂和其他助剂按一定比例混合 , 用分散机分散均匀。选用 100 mm × 50 mm × 2 mm 的玻璃试片 , 先用乙酸乙酯清洗玻璃表面 , 然后用湿膜制备器涂布在试片上 , 膜厚约为 100 μ m 。用 2 kW 的高压汞灯照射一定时间 , 使其固化成膜。 由于玻璃表面非常光滑 , 一般涂料很难在其表面附着 , 必须添加合适的附着力促进剂 [ 4 ] 。如果涂料体系中没有添加附着力促进剂 , 无论怎么配比 , 固化后的涂膜附着力都非常差 , 划格后用粘胶带撕下时 , 漆膜全部脱离玻璃表面。所以选用合适的附着力促进剂就显得尤为重要。目前市场上的附着力促进剂主要有 3 大类。diyi类为树脂类附着力促进剂 ; 第二类为硅烷偶联剂类附着力促进剂 ; 第三类为钛酸酯偶联剂类附着力促进剂。选用不同种类的附着力促进剂 , 添加量都为 0 1 5% 时 , 从表 3 可以看出硅烷类的效果明显优于其他两种。一般认为无机底材亲水的极性表面在环境中极容易吸附上一层水膜 , 当加有少量硅烷偶联剂的涂料 , 在涂布施工后 , 硅烷向涂料与底材的界面迁移 , 此时遇到无机表面的水分 , 可水解生成硅醇基 , 进而和玻璃表面上的羟基形成氢键或缩合成 Si — O — Si 共价键 [ 5 ] , 使漆膜能在玻璃表面产生优良的附着力。 3 结 论 (1) 单体对体系的影响是非常重要的 , 在综合考虑附着力、固化速度、表面硬度等综合性能的前提下 , 确定预聚物与单体的配比为 7 ∶ 3 ( 质量比 ) 。 (2) 选择合适的硅烷偶联剂和适当的添加量 , 可以大大提高漆膜在玻璃上的附着力。 (3) 在固定的辐射距离条件下 , 通过实验 , 辐射时间以 30 s 为宜。 (4) 红外光谱表明 , 聚氨酯丙烯酸酯涂料的固化机理为丙烯酸酯所含双键的自由基聚合反应。
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与传统的材料相比,在紫外线照射下固化的涂料和胶粘剂拥有很多的优点。它们的溶剂含量远远低于传统的产品,甚至为零。固化时间快,经常在一秒以内,由此大大提高了中间处理的速度。此外,由于固化过程不需要外部热源,这样大大降低热应力对基材的影响。
固化材料的力学性能影响因数
反应单体的数量
反应单体的种类
紫外光的强度
波长
照射时间
安东帕的MCR系列流变仪能够提供精确和可靠的测量,甚至可以测量Z快的紫外固化反应。MCR流变仪配置帕尔贴温控和玻璃底板组合,同时结合帕尔贴温控上罩,这样可以实现准确的温度控制,并隔绝外界条件对样品温度的影响。
为了实现流变数据与紫外照射时间的精确匹配,紫外光源是直接由流变仪软件控制,能够根据反应组分的特性定制多元化的照射方案(持续照射,重复照射以及初始照射)。
1 、流变仪和紫外光源
测试采用安东帕的MCR流变仪,配置帕尔帖控温系统和可更换的玻璃底板,让样品从底部接受紫外照射。同时,为了实现样品精确的温度控制以及紫外线防护,我们使用了主动式的帕尔贴控温上罩。
测试时的紫外光强度可以通过调节光圈值来实现,光圈值代表紫外强度12W/cm2,1%光圈值代表紫外强度0.12W/cm2。紫外波长谱(如下图)的改变可以通过不同的滤光器来实现。
图. 1 紫外光源波长谱图
2、测试参数
经过对所有固化过程的研究,恒定频率,恒定应变的振荡测试Z能反映紫外固化的过程。我们可以通过控制测量过程法向力值保持为0N(±滞后值)来补偿样品可能发生的收缩或者膨胀。
需要设置至少两个测量段,diyi个测量段,不带紫外照射下测试10~30秒,获取样品固化前的测量数据,第二个测量段,除了流变测量参数外,还包含紫外光源信号设定。
3、结论
图2是紫外固化胶在紫外线强度从1%增加到50%复合模量|G*|的变化曲线。虚线表示紫外照射开始;前30秒的测量作为参考。三个试验均显示紫外照射下复合模量出现快速增加,区别在于不同的紫外强度:紫外强度越高,固化反应越快,复合模量越早达到终值,甚至可以观察到对固化后材料硬度的细微影响。
图. 2 紫外强度对紫外固化胶的影响
图3是三种不同的紫外固化涂料在两个不同的紫外强度(空心点对应强度1%,实心点对应强度10%)下的测试曲线。流变仪软件自动算出凝胶点(见下表)。
图. 3 两种紫外固化涂料在不同紫外强度下的固化曲线
涂料包含了不同份数的反应引发剂,紫外照射持续10s就可以触发反应。这次关掉照射,还可以继续固化。紫外照射的强度从1%增加到10%,固化反应时间大概缩短至原来的1/5。从图上看,涂料1和2的曲线非常相似,就连固化后的特性也很接近。
通过MCR流变仪结合帕尔贴控温玻璃单元和紫外光源研究各种照射(如,动态力学热图像分析)对材料的影响是可行的。
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