新一代水性紫外光固化树脂| PCI杂志

在木器涂料市场，今天使用许多不同的涂料系统:

1包水性丙烯酸和聚氨酯，
1包硝化纤维基产品，
1、2包酸固化漆(也可与硝化纤维结合使用)，
2包聚氨酯(基于醇酸或丙烯酸)，
2包装不饱和聚酯和
光固化树脂。
紫外光固化涂料因其优异的耐化学性和快速固化时间在该领域具有重要意义。随着有机溶剂排放的立法变得越来越严格，用这种技术配制无溶剂漆的生态方面是有益的。
现有的uv固化系统满足了木材涂料市场的许多一般需求，包括以下内容。
优异的反应性(> 10 m/min/1 Hg灯)
耐化学性高(DIN 68861，至少1B节)
令人满意的灵活性
低黄变效果(也适合户外应用)
早出砂性好
良好的堆叠
不同的光泽等级
易于修复已涂覆的表面
冷检稳定性
但是这些无溶剂uv漆很难满足两个要求。
首先，许多低粘度应用(特别是喷涂和真空技术)是困难的。为了将粘度降低到所需的水平，需要大量的活性稀释剂，这将影响和改变漆的性能，并导致在喷涂应用过程中产生危险的气溶胶，因为大多数活性稀释剂具有敏化潜力。
100%材料的开芯涂层是不可能的。因此，10年前，人们发现水是一种降低非挥发性物质含量并将粘度调整到适当应用水平的解决方案，而无需添加有机溶剂或活性稀释剂。

水性uv固化树脂的历史

第一代:外部乳化产品

通过添加外部(未加入到聚合物中)表面活性剂(乳化剂)和高剪切力，可以使传统的uv固化树脂可溶于水。这些乳剂具有相对较高的固体含量，但它们对ph值变化和剪切应力非常敏感，例如在研磨过程中。

第二代:立体(非离子)稳定产品

为了避免外部乳化剂，聚乙二醇结构被纳入聚合物。由于聚合物骨架中的这些永久亲水结构，与传统的uv树脂相比，这些类型的产品表现出非常差的耐化学性。

第三代:与水性分散体混合

物理干燥分散体(在大多数情况下:丙烯酸分散体)与紫外线固化，亲水低聚物/聚合物的共混物。uv固化组分通过非uv固化的丙烯酸分散体稳定在水相中。

由于整个体系中可固化化合物的用量较少，这类产品的交联密度不是很高，因此对化学品的耐腐蚀性不如常规UV产品。

第四代:自乳化，离子稳定的分散体

已知自乳化产物可以通过将离子基团整合到聚合物的主链中，使整个聚合物在与相反的离子中和后具有水溶性。这样的产品具有非常好的乳化性能:它们非常剪切稳定，由于它们的颗粒尺寸小，它们有很长的保质期。

考虑到上面列出的木材市场对uv固化涂料的所有基本要求，我们得出结论，由羧基(阴离子)基团稳定的聚氨酯丙烯酸酯应该是最佳的解决方案。图1显示了这种聚合物的结构示意图。

通过仔细选择所使用的原材料，可以合成用于室外应用和物理干燥类型的不发黄产品。分散体剪切稳定;此外，冻结/解冻稳定性是优秀的。因此，在树脂中研磨颜料是可能的，可以避免颜料糊。

通过这些新产品，我们检验了基于该技术的水性uv固化产品是否能为木器涂料带来一些好处。

新型水性产品与常规(100%或溶剂型)uv固化系统的比较

低粘度应用水性产品，各种低粘度应用(特别是喷涂)是可能的。粘度调整可以很容易地用水来完成，而不改变涂层的性质，而用活性稀释剂降低漆的粘度将更多地改变聚合物的性质，而不是活性稀释剂的性质。如与溶剂型系统，闪脱步骤是必要的水性漆在固化过程之前。

反应性、耐化学性和可砂性

反应性(> 10 m/min/1 Hg灯)、耐化学性(容易满足DIN 68861、1B的要求)和可砂性没有太大差异。对不同水性实验室产品的比较表明，抗性(例如抗丙酮攻击)取决于聚合物的主链和聚合物的交联密度。

摩擦和耐磨性

有趣的是，与100%聚醚丙烯酸酯相比，对于水性类型只需要一半数量的消光剂就可以达到相同的光泽等级。

此外，新产品的耐磨性似乎从一个更高的水平开始，只有做大量的常规类型的配方工作才能达到。

粘附和弹性

与非水性产品相比，新产品最显著的优势是不仅在木材上，而且在金属和塑料上都具有优异的粘附性能。由于聚合物的平均分子量较高，交联密度降低，新产品固化后的体积收缩率较低。结合聚合物骨架中的促进粘附结构(聚氨酯结构，离子基团)，这导致在不同基材上具有非常好的附着力。

也可以将良好的硬度和耐磨性与足够的弹性结合起来，在“硬币测试”中取得优异的结果。出于同样的原因，很明显这些产品可以用于底漆和面漆配方。为了使传统uv树脂在基材上具有良好的附着力，通常需要与促进附着力的添加剂或树脂进行组合。

生态学和毒理学方面

与水性产品一起工作，可以配制零VOC漆(即使用于喷涂应用)。有时，添加少量有机溶剂来改善流平或基材润湿是有用的，即使这样VOC含量也会显著降低，并有助于uv技术的环保形象。

新的紫外线分散体已经测试了它们对皮肤和眼睛的刺激潜力，并已被证明是无刺激性的(聚合物具有较高的平均分子量，不包含任何残留单体;根据EC指南91/325进行分类)。因此，基于此类产品的漆没有标签，喷涂时不会产生损害健康的气溶胶。

基于活性稀释剂或有机溶剂的产品必须贴上标签，因为活性单体或有机溶剂具有潜在的刺激作用。

循环再造及经济方面

使用湿中湿法可以对所有漆系统进行过度喷涂的回收，但这种方法非常关键，在许多情况下不可行。

水载系统的另一种方法是收集皮带上的过度喷雾，并用刀片将其清除。以这种方式收集的漆材料然后用水重新乳化，经过一些额外的处理(过滤)后，回收的材料可以重复使用。

新的分散体在高稀释时也很稳定，因此使用超滤装置也可以对这些产品的过度喷雾回收:过度喷雾由喷涂室中的水幕收集。高度稀释的漆被送入超滤筒，超滤筒能够将小的水分子从较大的聚合物液滴中分离出来。稀释后的漆通过膜循环，直到达到初始固体含量，产生的水滤液被带回喷涂室用于水幕。

回收后的漆料无需进一步处理即可重复使用(令人惊讶的是，不需要再添加添加剂或额外的光引发剂)。

图2显示了回收机制的原理。

表1给出了超滤过程产生的水滤液的组成。

通过超滤工艺的过度喷雾循环的经济和生态后果可以用一个工业例子来说明。在工业椅子涂装线中，漆系由溶剂型uv漆改为水性uv漆。采用新型水性体系，提高了涂层的附着力、耐磨性和泛黄效果。

根据表2提供的数据，最终用户计算出的摊销时间仅为两年，尽管他必须投资于超滤装置和安装提供脱盐水的设备。

与非紫外光固化树脂的组合

新型水性分散体与其他水性体系非常兼容，可以与丙烯酸分散体、水性聚氨酯或醇酸乳液相结合。因此，可以实现uv固化涂料的新性能，例如通过与丙烯酸酯(Viacryl®)或醇酸酯(Resydrol®)结合而获得更好的户外耐腐蚀性，或通过与聚氨酯分散体(Daotan®)混合而获得对塑料和金属的优异附着力，如表3所示。