Vol 138No 14
・16・化 工 新 型 材 料
N EW CH EMICAL MA TERIAL S 第38卷第4期2010年4月
作者簡(jiǎn)介:柳宇航(1986-),男,碩士,研究方向?yàn)楣δ芨叻肿硬牧�。�?lián)系人:王振
紫外光固化陰極電泳涂料研究進(jìn)展
柳宇航 孫 寧3
(五邑大學(xué)化學(xué)與環(huán)境工程系,江門(mén)529020)
摘 要 介紹了UV 固化陰極電泳涂料的優(yōu)良特性及其應(yīng)用前景,綜述了國(guó)內(nèi)外關(guān)于UV 固化陰極電泳涂料的研究進(jìn)展,其中包括基體樹(shù)脂、光引發(fā)劑和涂裝固化工藝的近期研究狀況,并對(duì)今后UV 固化陰極電泳涂料研究過(guò)程中的熱點(diǎn)問(wèn)題以及未來(lái)的研究趨勢(shì)作了展望。
關(guān)鍵詞 陰極電泳涂料,紫外光固化,水性涂料
Progress in UV curable cathodic electrophoretic coatings
Liu Yuhang Sun Ning
(Depart ment of Chemical &Environmental Engineering ,Wuyi University ,Jiangmen 529020)
Abstract The characterizations and f uture applications of UV curable cathodic electrophoretic coatings were intro 2
duced.The recent development of UV curable cathodic electrophoretic coatings was reviewed ,including the matrix resin ,photoinitiator and coating 2curing process.The hot topics and the f uture trends in the f uture research were also briefly de 2scribed.
K ey w ords
cathodic electrophoretic coating ,UV 2curing ,water 2based coating ,development 電泳涂料因具有漆膜均勻、硬度高、透明性好、低污染和節(jié)能等優(yōu)點(diǎn),而廣泛應(yīng)用于五金零部件和家電等的涂裝,在汽車(chē)生產(chǎn)中更是獨(dú)占鰲頭。陽(yáng)極電泳涂料在應(yīng)用領(lǐng)域有一定的發(fā)展,但相比之下陰極電泳涂料改性或摻雜后具有更優(yōu)異的防腐能力、更高的泳透力、不溶解被涂物和電泳槽液穩(wěn)定等特點(diǎn),而備受關(guān)注[123]。
目前陰極電泳涂料的固化方式以熱固化為主,固化溫度一般在140~180℃,而對(duì)于很多帶有塑料或橡膠的金屬零部件以及熱敏性材料而言,高溫?zé)峁袒苛暇蜔o(wú)法達(dá)到其要求,解決的方法之一就是在涂料固化上研發(fā)低溫固化工藝
[4]
紫外光(UV )固化是利用涂膜樹(shù)脂在紫外光照射下發(fā)生聚合架橋反應(yīng),在低溫的條件下短時(shí)間內(nèi)就能完成的固化工藝。由于UV 固化技術(shù)完全符合“3E ”原則[5],即:節(jié)約能源(Ener 2
gy ),生態(tài)環(huán)境保護(hù)(Ecology ),經(jīng)濟(jì)(Economy ),因而在短時(shí)間
內(nèi)得到較快發(fā)展。
UV 固化電泳涂料[6]具有光固化性能,同時(shí)結(jié)合電泳涂裝
技術(shù),因此,它既能滿(mǎn)足產(chǎn)品進(jìn)行電泳涂裝的加工要求,又能解決涂裝材料受涂膜固化溫度的影響問(wèn)題。集UV 固化與電泳涂裝兩優(yōu)點(diǎn)于一身的UV 固化陰極電泳涂料有著極大的應(yīng)用發(fā)展前景。
1 UV 固化陰極電泳涂料基體樹(shù)脂的研究
在UV 固化陰極電泳涂料中,基體樹(shù)脂的結(jié)構(gòu)不僅影響著體系黏度和泳透率,而且影響到光固化反應(yīng)活性,而這些都是進(jìn)行電泳涂裝及光固化工藝所要考慮的因素,同時(shí)也是成膜后漆膜各方性能優(yōu)劣的重要依據(jù)[728]。目前,國(guó)內(nèi)外研究的紫外光固化陰極電泳涂料基體樹(shù)脂主要集中在丙烯酸樹(shù)脂、環(huán)氧丙烯酸樹(shù)脂和聚氨酯丙烯酸樹(shù)脂這三類(lèi)。
111 丙烯酸樹(shù)脂
丙烯酸樹(shù)脂涂膜耐候性好,光澤度高,而且綜合性?xún)r(jià)比高,因而科學(xué)研究及實(shí)際應(yīng)用價(jià)值高。Masao Fukuda 等[9]利用多種丙烯酸單體合成了具有多丙烯酰基官能團(tuán)的丙烯酸樹(shù)脂,電泳涂裝UV 固化后的漆膜硬度高,表面光澤。
申屠寶卿等[10211]通過(guò)自由基共聚合得到丙烯酸樹(shù)脂,然后用甲基丙烯酸異氰酸乙酯(MOI )對(duì)其改性,合成了帶有N ,
N 2二甲胺基的光固化陰極電泳漆基體樹(shù)脂。實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn),樹(shù)脂
分子鏈上引入甲基丙烯酸2N ,N 2二甲胺乙酯(DMA EMA )后,其水分散有較大改善,穩(wěn)定性提高。
劉仁等[12]以甲基丙烯酸二甲胺乙酯(DMA EMA )、甲基丙烯酸羥乙酯(H EMA )等單體制備得到陽(yáng)離子型丙烯酸樹(shù)脂,再利用含異氰酸根的不飽和單體對(duì)其進(jìn)行接枝改性,合成的UV 固化陰極電泳涂料耐酸堿性能優(yōu)異。
1.2 環(huán)氧丙烯酸樹(shù)脂
環(huán)氧類(lèi)陰極電泳樹(shù)脂具有化學(xué)穩(wěn)定性好、漆膜附著力強(qiáng)及優(yōu)良的電絕緣性等特性,因而研究應(yīng)用廣泛。Kim Y B 等[13]利用甲基丙烯酸酯(MAA )和環(huán)氧氨基酯(EA )等共聚,以季戊四醇三丙烯酸酯(PETA )進(jìn)行改性,制得了具有多官能度的改性環(huán)氧樹(shù)脂,研究證明該樹(shù)脂交聯(lián)固化后具有優(yōu)異的
第4期柳宇航等:紫外光固化陰極電泳涂料研究進(jìn)展
抗溶劑性。
安豐磊等[14]利用丙烯酸2β2羥乙酯(H EA)對(duì)異氰酸酯(TDI)半封閉,制得含異氰酸根的不飽和單體,并接枝到酸化胺化環(huán)氧樹(shù)脂(E2552NR3)上,得到具有多官能度的水性感光極佳的UV固化陰極電泳漆膜,在后續(xù)的研究中[15],發(fā)現(xiàn)該新型陰極電泳涂料具有良好的水溶性和穩(wěn)定性。
113 聚氨酯丙烯酸樹(shù)脂
聚氨酯涂料具有優(yōu)良的耐磨性和優(yōu)異的耐化學(xué)藥品性等優(yōu)點(diǎn)而獲得廣泛應(yīng)用,其中水性聚氨酯由于綠色環(huán)保,更是目前涂料界的研究熱點(diǎn)[16]。
楊洪[17]采用帶叔胺基的丙烯酸酯類(lèi)單體共聚得含叔胺基樹(shù)脂,并通過(guò)早前研究[18]的光穩(wěn)定性良好的異佛爾酮二異氰酸酯(IPDI)與甲基丙烯酸2β2羥乙酯(H EA)的半加成物對(duì)丙烯酸樹(shù)脂改性,得到具有良好附著力和柔韌性的基體樹(shù)脂,涂裝固化后漆膜無(wú)黃變、耐老化性能好,作為戶(hù)外涂料使用具有很大的優(yōu)勢(shì)。
之后,楊洪等[19]利用丙烯酸酯類(lèi)單體聚合并改性得到了具有側(cè)鏈羥基的聚合并改性得到了具有側(cè)鏈羥基的聚氨酯丙烯酸樹(shù)脂,并研究了共聚反應(yīng)的影響因素,發(fā)現(xiàn)復(fù)合型催化劑具有更好的催化作用,所得的聚氨酯丙烯酸酯光固化陰極電泳漆綜合性能良好。
2 UV固化陰極電泳涂料中光引發(fā)劑的研究光引發(fā)劑是UV固化系列涂料中重要組成成分之一,在UV固化陰極電泳涂料中,光引發(fā)劑應(yīng)該具有良好的油溶性,電泳涂裝中光引發(fā)劑必須與基體樹(shù)脂高度相容,同時(shí)為確保在UV固化前的閃蒸過(guò)程中沒(méi)有光引發(fā)劑的損失,它也要具有較低的揮發(fā)度和良好的熱穩(wěn)定性。近年來(lái)對(duì)其研究的報(bào)道也較多,新型的光引發(fā)劑提高了自身引發(fā)性能,同時(shí)也改善了漆膜的相關(guān)性能[20]。
211 小分子類(lèi)光引發(fā)劑
小分子光引發(fā)劑研究深入,價(jià)廉易得,符合一般的性能要求,因而在UV固化陰極電泳涂料中應(yīng)用較多,但為了得到性能更好、應(yīng)用更廣泛的光引發(fā)劑,研究開(kāi)發(fā)新的光引發(fā)劑的工作仍在繼續(xù)。
為提高光引發(fā)效率,J ung2Dae Cho等[21]在光引發(fā)劑體系中添加了光敏劑2,42二乙基硫雜蒽酮(DETX),在實(shí)驗(yàn)研究中發(fā)現(xiàn),新型的復(fù)合光引發(fā)劑可大幅降低光聚合反應(yīng)的活化能,從而縮短固化時(shí)間,同時(shí)固化交聯(lián)度提高。
Tamabe J等[22]利用多種化合物合成了一類(lèi)肟酯小分子,用于光聚合反應(yīng)中,研究發(fā)現(xiàn)其具有良好的熱穩(wěn)定性及油溶性,同時(shí)便于貯存,光固化反應(yīng)效率高。
2.2 高分子光引發(fā)劑
高分子化的光引發(fā)劑是近幾年研究發(fā)展起來(lái)的,它即克服了小分子型的光引發(fā)劑在保存過(guò)程中容易揮發(fā)和遷移的缺點(diǎn),同時(shí)增加在UV固化陰極電泳涂料中的油溶性,是光引發(fā)劑的未來(lái)發(fā)展趨勢(shì)之一。
Hyun2Sung Do等[23]用42(42氯苯甲�；�)苯甲酸222(丙烯酰氧)乙基酯(P236)等單體合成了高分子光引發(fā)劑,大幅提高光引發(fā)劑的油溶性,后續(xù)研究表明,高分子化的光引發(fā)劑克服了小分子光引發(fā)劑殘留遷移致使漆膜泛黃和老化的弊病,同時(shí)光引發(fā)劑高分子化,提高了其熱穩(wěn)定性,降低揮發(fā),從而減少了環(huán)境污染。
Wei J un等[24]用3,52二氨基242氯二苯甲酮(DACBP)和苯酚合成了一種新型光引發(fā)劑DA PBP,然后利用DA PBP分別合成了不帶有叔胺基側(cè)鏈的高分子光引發(fā)劑PUSO和帶有叔胺基側(cè)鏈的高分子光引發(fā)劑PUSOA。研究中用電子自旋共振光譜(ESR)和聚氨酯丙烯酸光聚合反應(yīng)平行對(duì)比實(shí)驗(yàn)進(jìn)行表征,發(fā)現(xiàn)PUSOA活化效率最高,光聚合交聯(lián)度最高。
3 UV固化電泳涂料的涂裝固化工藝研究最終漆膜的性能,不僅受到涂料組成成分的制約,而且受到涂料涂裝固化工藝的影響,這一點(diǎn)在電泳涂料中尤為突出[25]。UV固化陰極電泳涂料相比于一般的陰極電泳涂料和一般的UV固化涂料,在工藝參數(shù)及工藝流程上都有不同之處。
311 電泳涂裝工藝
由于UV固化陰極電泳涂料中基體樹(shù)脂的結(jié)構(gòu)與一般陰極電泳涂料樹(shù)脂不一樣,因此在電泳涂裝過(guò)程中,主要工藝參數(shù)(電泳電壓和電泳時(shí)間)是有所不同的。
劉仁等[12]研究發(fā)現(xiàn)在固含量為10%的UV陰極電泳涂料工作液中,電泳電壓80V,電泳時(shí)間90s時(shí),得到膜厚18μm 外觀及性能良好的漆膜,而在相同固含量的一般陰極電泳涂料中無(wú)法達(dá)到。
Kim Y B等[13]在電泳平行對(duì)比實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn),添加季戊四醇三丙烯酸酯(PETA)聚結(jié)劑后,電泳沉積率比沒(méi)加入的高,研究證實(shí)在陰極電泳涂料基體樹(shù)脂中加入一電導(dǎo)率,增強(qiáng)泳透率。
安豐磊等[14]研究電泳涂裝工藝中發(fā)現(xiàn),電泳電壓為80V,電泳時(shí)間為100s時(shí),就能得到膜厚20μm、光滑平整的漆膜,與一般陰極電泳涂料實(shí)驗(yàn)對(duì)比,降低了能耗,提高了生產(chǎn)效率。