塑料在我们日常生活中的使用越来越多。在汽车市场上，三分之一的汽车零部件已经由塑料制成，oem的目标是在未来几年将汽车的平均重量降低10-15%，以提高燃油效率，减少环境足迹。对于美容和护肤市场，超过70%的化妆品瓶盖采用塑料(原生、生物基或可回收类型)作为主要基底。由于塑料易于加工，电子和电信市场几十年来一直使用塑料作为主要衬底。因此，对各种塑料基材的高性能、高效和增值涂料的需求不断增长。然而，由于其低表面能以及对温度和溶剂的敏感性，许多塑料难以涂覆，这使得用于此类基材的涂层系统的开发对配方商和原材料供应商具有挑战性。
在这方面，能量固化涂料技术已经被证明可以克服传统涂料的局限性，通过提供更高的固化涂料的整体性能，包括划痕、磨损和耐污性。
能量固化涂料由丙烯酸酯功能化树脂(低聚物和单体)组成，暴露在紫外光或电子束下瞬间聚合或固化，从而提高生产效率，节约能源成本和更紧凑、节省空间的工业生产线。能量固化树脂可以是100%固体材料，也可以用溶剂稀释以方便应用。水基UV系统也存在，但不是本文的主题。
由于塑料件上的涂料大多是喷涂的，所以使用溶剂来降低粘度。由于溶剂中含有挥发性有机化合物，应尽量限制使用。低粘度、能量固化低聚物的发展可以减少甚至消除喷雾应用中的溶剂。
本文将演示如何配制UV涂料:
- 汽车内饰用UV溶剂型透明、哑光和钢琴黑涂料;
- 用于3C(计算机、通信和消费电子)和化妆品应用的UV溶剂型金属单涂层;而且
- 100% UV透明涂料，用于塑料基材的喷涂应用。
用于喷涂的UV溶剂型涂料
辐射固化技术越来越多地应用于汽车、化妆品包装、音频/视频和许多其他应用中广泛的塑料基材涂层。如果配方产品直接应用于塑料基材上，与表面的附着力当然是一个关键特性。
用于上述应用的涂料都要经过非常严格的测试，旨在评估它们是否适合满足行业对高性能涂料的需求，提供高划伤、磨损、化学、染色甚至耐沸水性能。
通过高交联体系获得高电阻性能，通常使用低聚物和/或具有高丙烯酸酯功能的单体。但是，高交联密度可能导致附着力差。因此，找到需求之间的最佳权衡是关键。
汽车内饰用溶剂型UV透明涂料
在过去的几年里，汽车内饰行业出现了一股从压铸金属转向塑料的强劲动力，因为后者可以降低车辆的整体重量，这有助于降低燃料消耗和CO2排放，同时传递伟大而不同的美学效果。随着人们对塑料的兴趣日益浓厚，汽车制造商正在寻找性能、坚固性、良好的触觉和美学效果以及更好的生产力的塑料涂层。能量固化涂料满足了所有要求，使原始设备制造商和供应商(Tier 1和Tier 2)都能从提高划痕、磨损、污渍和耐化学性中受益;由于暴露在紫外线下几乎可以瞬间治愈，也提高了生产效率。
Allnex最近开发了一种新的脂肪族聚氨酯丙烯酸酯，以应对汽车内饰行业的挑战。为了制备uv固化涂料，将聚氨酯丙烯酸酯进一步与高tg单体、己烷二醇二丙烯酸酯和羟基烷基苯酚共混作为光引发剂。对于喷涂应用，使用溶剂混合物使配方达到适合喷涂的粘度。当固体含量为70%时，粘度为40mpa。s(25°C)。
该配方应用于不同的塑料基材:ABS, PC和ABS/PC。使用湿膜，使溶剂闪灭后(60°C下5分钟)，干膜厚度为20 g/m²。对于UV固化，使用了约2000 mJ/cm²的能级。只有在涂层与基材完全粘附的情况下，才测试其电阻性能。根据VW PV3964的防晒霜和护手霜测试被用作测试的参考，因为这些测试代表了一些最严格的测试，以及根据VW TL 226的湿度测试。
如表1所示，基于新型四功能聚氨酯丙烯酸酯的配方在各种基材上具有良好的附着力，并能通过PC上的所有耐化学性测试，包括通常难以获得的耐湿度测试。这表明汽车内饰的所有基本要求都可以满足。
UV溶剂型哑光涂料(汽车内饰用)
通常，出于美观和安全的原因，哑光表面优于高光泽涂层。哑光涂层的挑战是保持良好的抗划伤和其他性能。在表2中，70%固体粘度为40 mPa的配方。s(25°C)。有必要根据基材的功能调整填充量(消光剂等);在聚碳酸酯涂层上使用了其他和更多的消光剂，以在60°时达到5以下的光泽。
耐化学性和耐湿性测试结果表明，使用根治性树脂溶液，在不增加光泽度或表面损伤的情况下，满足了汽车内饰的要求。
UV溶剂型钢琴黑
汽车内外饰件的关键表面效果——如仪表板上的饰条、中控台周围和车门饰件——是光滑的“钢琴黑”，参考了黑色钢琴键上使用的颜色。
虽然钢琴黑因其诱人的外观而受到越来越多的欢迎，但它也有一些缺点。由于其高光泽的表面，涂有钢琴黑的表面经常会有指纹痕迹，而且很容易被划伤。
在涂料工业中，采用氧化细颗粒炭黑颜料是制备深喷黑涂料的关键。汽车工业需要最高喷色度的黑色颜料和蓝色底色。小颗粒炭黑满足这些要求。然而，在紫外光固化涂料中，炭黑吸收紫外光，降低固化。颗粒越细，吸收紫外线的能力越强。因此，挑战是在给定层厚的喷流性和涂层的完全UV固化之间找到最佳妥协，优化性能。两种不同的颜料进行了评估:一种颜料黑7 (PB 7)，粒径为47 nm，相对着色强度为88% (ASTM D 3265)，一种颜料黑6 (PB 6)，粒径为95 nm，相对着色强度为26%。最后，通过使用pb6可以找到最佳的折衷方案。在表3中给出了溶剂基UV配方，喷雾粘度为45 mPa，固体含量为70%。s在25°C)。炭黑(PB6)固体浓度为3.2%。
该配方应用于不同的塑料基材:ABS, PC和ABS/PC。使用湿膜，使溶剂闪灭后(60°C下5分钟)，干燥膜厚度为15 g/m²。对于UV固化，使用了约2000 mJ/cm²的能级。采用Ga灯(深固化)和Hg灯(表面固化)相结合的方法可获得最佳效果。
该配方在所有基材上的附着力都很好。埃里克森(划痕/粘附)在极限，但在化学测试后有所增加，可能是由于额外的热“处理”。涂层表面没有受到攻击。
该配方表现出良好的钢琴黑效果，并粘附在所有三种测试基材上。它还通过了耐沸水(80°C下60分钟)和耐湿度(80°C, 95% RH下72小时)测试。
UV溶剂型金属单涂层
金属色，尤其是银色，很受欢迎，给办公室和家用电器、消费电子产品(音频、视频、手机、相机)和水龙头等塑料零件和外壳带来了额外的市场价值。金属漆通常由溶剂型传统热塑性丙烯酸(TPA)或双组分聚氨酯(2KPU)金属底漆(例如含铝薄片)制成。在某些情况下，为了提高耐久性，划痕和耐化学性，还需要涂上一层透明的UV面漆。
溶剂型(SB) UV配方是为这种类型的应用开发的，以帮助规避以下挑战:
- 获得基材上的附着力，这也意味着通过充分选择低聚物和单体来限制固化后的涂层收缩。涂层应该在顶部有足够的交联密度，以提供耐化学和耐机械性能(例如手机涂层)。
- 通过添加氧化一酰基膦(TPO)等长波固化光引发剂，确保底层完全紫外光固化，因为金属颜料对短波紫外光有很强的干扰。为了保证表面的完美固化，减少氧抑制作用，需要添加表面固化光引发剂。
- 金属颜料取向。UV低聚物和单体由于分子量低，金属色素取向效果有限;单体尤其应限制数量。攻击性单体应避免，因为它们攻击金属颜料并改变其色调。
- 金属色素基配方的稳定性较低，需要良好的罐内稳定剂(自由基清除剂)。
- 金属涂层可以显示有限的磨损和耐热水性。
为了获得良好的金属颜料取向，重要的是配方的固体含量不能太高。在表4中，给出了溶剂基UV配方，喷雾粘度(15 mPa)下固体含量为38%。s在25°C)。固体上的金属色素浓度为8.6%。
该配方应用于不同的塑料基材:ABS, PC和ABS/PC。应用湿膜，使溶剂闪灭后(60°C下3分钟)，干膜厚度为15 g/m²。对于UV固化，使用了约500 mJ/cm²的能级。该配方显示出良好的金属效果，并粘附在所有三种类型的基片测试。它还通过了耐沸水(80°C下60分钟)和耐湿度(80°C, 95% RH下96小时)测试。
如前所述，耐磨损是金属单衣的一大挑战。RCA磨损测试仪通常作为标准用于汽车，家电，手机，塑料和涂料行业。它使用一卷廉价的一次性磨纸。由于RCA磨损测试仪测试的小点，非平坦的表面，或有小的字母或图形也可以测试。RCA为300，这代表了非常好的耐磨性。
100% UV透明涂料用于喷涂应用
为了避免或最大限度地减少VOCs的排放，遵守新的政府环境法规，并响应涂料市场客户对可持续发展解决方案日益强烈的需求，开发了一种低粘度六功能聚氨酯丙烯酸酯。在表5中，给出了在50°C和60°C之间的温度下可喷涂的100%紫外线配方。
将20 g/m²的干膜厚度应用于不同的塑料基材上:ABS、PC和ABS/PC。UV固化使用的能量水平约为1,000 mJ/cm²。只有在涂层与基材完全粘附的情况下，才测试其电阻性能。
在使用的不同基材上附着力都很好，表5中的配方产生了中等硬度的涂层(波斯氏硬度为254秒)，具有良好的耐磨性和抗划伤性。耐“沸腾”水(80°C下1小时)和耐乙醇性能良好。只有聚碳酸酯的耐化学性仍然是一个挑战，尤其是对通常用于评估化妆品包装的G1溶液的耐化学性。
结论与展望
Allnex最近的能量固化树脂开发响应了对不同领域塑料涂料的合适低聚物日益增长的需求，如消费电子产品、化妆品包装和汽车内饰，以满足不同规格和美学要求。由于这些涂料通常是喷涂的，所以使用溶剂来降低粘度。然而，allnex正在进行开发，以允许以更高的固体含量喷洒，以降低VOC的排放，以实现可持续的环境。正在开发用于喷涂100% uv固化涂料的低粘度低聚物。在更高的温度下喷涂这些100%固体涂层，允许更多的配方自由，以满足市场需求。
