Radiation-Curable组件| 2015-02-01 | PCI杂志

硬,防刮,acrylate-based组件用于涂料,塑料基板在一个广泛的应用范围,从电子、通信、半导体和光学数据存储,汽车、航空航天和医疗设备。就像应用程序广泛和多样化,各种塑料可以使用增加了随着时间的推移,现在包括材料如聚乙烯teraphthalate (PET),聚(甲基丙烯酸甲酯)(PMMA)和聚碳酸酯(PC)。

本文描述了一系列高功能的光固化产品,包括固体100%低聚物和水性聚氨酯分散体,可以制定优秀的划痕和磨损性能以及风化性能,支持使用外部涂层的应用程序。

材料评价

高功能性聚氨酯

脂肪族聚氨酯丙烯酸酯(UA)聚酯主体结构进行调查。这种类型的低聚物一直被认为是有一个化学结构,表现出优异的耐久性,受到严厉的环境暴露,自然产生或加速风化条件。高交联密度通常增加涂层的硬度和抗划伤。因此,低聚物为本研究选择丙烯酸酯功能从6到9单元每个分子,为这项工作的目的,被确定为CN9006, CN9026, CN9025 CN9013。

水性低聚物

数据也提出了一个家庭的固化聚氨酯分散体,提供一个比较的物理性能与耐磨性能。这些乳液确认为PRO12874 CN9500 CN9501。

聚氨酯丙烯酸酯硬外套

这次调查的第一部分着重于一系列功能强大的脂肪族聚氨酯和评估他们的保护涂层性能在各种基板。表1提供了一个简短的描述低聚物和它们的属性。

泰伯烟雾测试

最初的寡聚物的性能被泰伯阴霾量化测试,使用泰伯轮,评估表面磨耗的影响在阴霾的变化为一个明确的涂层。应用程序的描述图1中提供了条件和性能结果。

随着这些寡聚物粘度相差很大,丙酮是添加到每个允许良好的膜厚度控制。剂(PI)被添加到允许UV固化。每个混合应用于透明的衬底和UV固化去除溶剂后,产生干膜厚度为75微米。环氧丙烯酸酯(CN120)低聚物也测试,进行对比。

光传输特性被测量之前和之后的泰伯测试。光传导的下降百分比报告为三角洲阴霾。结果显示一个戏剧性的耐磨性不足的环氧丙烯酸酯(CN120)相比,聚氨酯丙烯酸酯(UA)低聚物的家庭。这个结果是由于部分聚氨酯丙烯酸酯的功能越高,导致改善表面治疗。然而,更好的聚氨酯丙烯酸酯材料的灵活性也是一个因素。

其他测试进行了量化每个低聚物的硬度特性,和结果列在表2。玻璃化转变温度(Tg)治愈的硬度的电影是一个很好的指标。通常情况下,收益率更高的玻璃温度具有较高表面硬度的电影。然而,高硬度并不总是等同于良好的耐磨性。钢丝绒阻力数据证明这种效果。寡聚物有降低Tg值通过Tg值较高的钢丝绒测试而失败了。

泰伯测试通过减肥

而泰伯烟雾测试量化表面划痕和耐磨特性的涂料或电影,泰伯耐磨性测试措施大部分属性。测试通常是在厚涂层使用更激进的泰伯磨耗轮(CS17代替CS10)。配方中的低聚物进行了测试,其中包括低功能、单体,以更好地控制膜厚度,提高韧性属性。图2总结了基本配方,泰伯试验条件和泰伯减肥结果为每个低聚物配方。测试在进行50-micron-thick治愈电影应用于铝测试板。

再一次,可怜的环氧丙烯酸酯低聚物的耐磨性是指出,减肥后的140毫克500泰伯周期。相比之下,聚氨酯丙烯酸酯低聚物表现出大幅降低体重。这也是值得注意的,高性能低聚物(CN9013)了贫穷的结果比6的功能。这将表明硬度高和交联密度并不总是开车好的耐磨性,因为固化涂膜的弹性和韧性属性也影响耐磨性能。换句话说,抵抗磨损的能力是控制通过硬度和脆性的缺乏。这个概念还支持CN9026的出色的表现,这是化学用于增强灵活性。

耐候性测试

有效的保护屏障涂料必须有优秀的划痕和耐磨性,并不能降低暴露在恶劣的环境条件。当高功能寡聚物用于增强的抗划伤、开裂的涂料可能的结果,特别是在厚膜部分。UA寡聚物被应用于衬底的薄膜厚度5、10和15微米。然后治愈样本受到加速实验室QUV风化^®测试室。QUV测试条件多样,包括8 h的紫外线辐射的周期60°C,紧随其后的是4 h黑凝结在40°C。测试室装有UVA 340灯。UVA 340灯的光谱输出范围从300 - 400 nm和集中在340海里。这盏灯最接近阳光的发射光谱复制。泛黄的程度和电影的保光性测定作为时间的函数,结果都被记录下来。

自从UA寡聚物测试有一个脂肪族结构,不改变颜色或增加随着时间的推移,发现发黄。每个涂层的光泽也测量,低聚物之间的差异被发现。在每种情况下观察失去光泽,这是由于micro-fracturing硬外套。压裂的严重性与丙烯酸酯功能和膜厚度。低聚物的功能和涂层的厚度增加,破碎的程度增加。的例外是寡聚物改性提高了灵活性结合高丙烯酸酯功能,特别是CN9026和CN9025。

没有观察到压裂CN9025低聚物的5000 h后暴露在5微米膜厚度。压裂后指出1500 h后10微米厚度和只有700 h暴露在15微米。膜厚度的CN9026低聚物无论表现良好,并没有观察到任何压裂膜厚度5000 h的暴露后,完整的测试时间。这些结果如表3所示。

聚氨酯丙烯酸酯硬模总结

高的脂肪族聚氨酯丙烯酸酯功能导致涂膜有良好的耐磨性能。更高的功能收益率更高的交联密度,一般来说,是可取的。然而,提高交联密度的缺点可以减少耐磨性和微观裂纹的增加治愈的电影在风化曝光,尤其是当涂层厚度超过5微米。这些限制可以通过修改控制主体结构传授提高灵活性,或者添加lower-functionality丙烯酸酯制定降低交联密度。这些调整提高电影的延性性能,使其更具延展性,导致治愈电影有更好的耐磨性和微观裂纹倾向在风化作用较低。

底物风化保护

保护涂层衬底

障碍的一个重要属性涂料是防止退化的能力最终产品上涂层的应用。检查这个功能防刮硬模是应用于聚酯(PET)电影和暴露在2000 h的QUV。指出,光稳定剂添加到硬涂层配方。这个测试和之前的风化数据之间的区别是什么? E是追踪QUV接触而不是黄色度(易)。这是一个总颜色变化的测量。阅读被在250微米厚的宠物,没有硬模应用。这样宠物的退化可以被监视和涂层相比股票证明保护宠物的涂层基质的有效性。基本配方,治疗和应用参数详细的表4中。

? E测试结果

涂布宠物样本期间表现良好这种测试无论级别或类型的添加光稳定剂。所有的涂层宠物样本最大? E QUV大约2.0 2000 h后的风险。相比之下,? E的裸宠物样本1300 h后是4.5,达到2000 h后值为8.5曝光,这表明显著变色。详细的结果呈现在图3。

保光性相同的宠物电影(涂层和裸)也监控QUV曝光时间的函数。光稳定剂的有效性可以观察到在图4。

涂布宠物没有光稳定剂显示,保光性的原始值的70%,而宠物涂有光stabilizer-containing制定保留86%的初始接触后光泽。最后,裸露的宠物表现很差和维护只有3%的初始光泽值。

底物的保护

裸的透光率属性宠物和涂层的宠物,有和没有添加受阻胺光稳定剂(HALS),测量使用UV / Vis作为时间的函数在2000 h QUV曝光。测试结果(图5)演示所用的涂料配方的能力保护宠物从降解底物。的保护特性添加光稳定剂的增强。

基体性能的观察

某些等级的宠物将降低暴露在热、光和水分长时间。制定适当的涂层可以减少退化和为宠物提供一个保护穿层。哈尔斯和吸光可以进一步加强保护。

所用的聚氨酯分散硬外套

水性低聚物测试

一系列的固化聚氨酯分散体(UV-PUD)评估划痕和耐磨性能的测试与应用程序相关的。表5列出了水性UV-PUD寡聚物连同相应的液体属性为每个测试。典型的固体含量对许多UV-PUD材料市场上35%或更少,和典型的粘度大于20 cps。应该注意的是,低聚物测试固体含量平均40%,粘度范围的cps 8 - 15日。高固体含量加上较低的粘度在制定工业涂料提供了更多的自由度。

应用程序性能的水性UV-PUD寡聚物

每个UV-PUD寡聚物是使用标准的工业添加剂给制定好的成膜性能和测试各种应用参数,包括弹性、硬度、耐磨性、防沾污性、耐水性和耐候性。每个调整到35%的固体含量提供了一个一致的基础的比较。

每个制定UV-PUD低聚物应用于衬底在150微米的湿膜厚度,导致大约50微米的干膜厚度。实验室干燥过程在室温下(30分钟之后30分钟60°C)之前确保所有水被UV固化。干燥条件生产情况将取决于所使用的设备,但通常10分钟温度在50 - 60°C的范围是充分的。

图6显示了每个UV-PUD使用的实验方法。相对排名每个属性的最终使用性能测试显示。所有的寡聚物表现良好的防沾污性,耐水性和耐溶剂性测试。控制UV-PUD(一种广泛使用的商用UV-PUD产品)被发现缺乏灵活性和QUV泛黄的抵抗,但是是可以接受的硬度和耐磨性。

UV-PUD的寡聚物展示优秀的耐水性。例如,没有治愈的电影增白后直接接触热水。还值得注意的是,QUV加速风化结果为脂肪族聚氨酯相媲美。

表面划痕测试

鉴于CN9501(手3)显示了良好的耐磨性、防沾污性和优异的抗湿性,它被选为比较竞争控制表面抗划伤。

图7描述了表面划痕试验方法。保光性是衡量负载从100年的100 g - 500 g - g增量。在每个负载样品收到50磨损周期与白色的研磨垫(3 m ScotchBrite)。控制材料有更穷的抗磨和显示,光泽更重大损失比CN9501样本。这布丁保持相对较高的光泽度测试的持续时间。

耐磨性

而表面划痕试验提供信息固化涂膜的表面性质,泰伯耐磨性测试评估大部分耐磨涂层的属性。CN9501和控制UV-PUD被泰伯磨损测试使用CS17泰伯轮,与体重测量每200周期(总数1000周期)。这个协议使用一个更激进的研磨介质相比,使用的研磨垫表面划痕试验,使这个测试明显更严厉。根据减肥结果如图8所示,CN9501比控制更多的耐磨料磨损材料。

总结

划痕和耐磨性

脂肪族聚氨酯丙烯酸酯功能导致治愈高电影拥有优良的耐磨性能。
低聚物的功能导致交联密度高,硬度增加。然而,根据制定的灵活性涂料、高功能可能会导致固化涂膜的微观裂纹在风化过程中,特别是当涂层厚度超过5微米。
可以采用两种方法来改善薄膜弹性和韧性性能提高耐磨性和地址微观裂纹高功能寡聚物:修改主体结构赋予更好的灵活性;和/或添加lower-functionality丙烯酸酯的配方以减少膜的交联密度。

障碍表现