在直接接触金属的应用中，为增强成形性和附着力而设计的丙烯酸产品| 2011-04-04

这项工作调查和报告了丙烯酸单体和寡聚物的性能结果，当经过典型的最终使用测试时，旨在测量涂层的柔韧性和粘附特性。对具有促进黏附特性的低聚物单独或与单体酸功能黏附促进剂组合进行测试，以确定用于给定基底的最佳低聚物类型。并确定了正确的黏附促进剂添加量，以获得最佳的性能结果。此外，还探讨了低聚物类型与耐湿性的关系。

在罐头制造业的另一个重大发展涉及消除双酚A (BPA)涂料用于食品包装应用。强调了聚酯丙烯酸酯低聚物的性能优势，并与双A环氧丙烯酸酯低聚物进行了比较。这项研究中使用的每一种配方实际上都不含BPA。

实验

表1点击放大

在过去的几年里出现了一个应用领域，需要使用辐射固化涂料应用于各种金属表面。要求达到通常的划痕和耐磨性标准。但这项任务变得更加困难，因为当应用于各种具有不同表面特性的金属基材时，这些涂层需要粘附，而这些表面特性可能会对粘附产生负面影响。此外，如果这些涂料用于罐头和刚性包装，不仅需要附着力，还需要一定程度的灵活性，以承受最终金属容器的制造过程的严格要求。当考虑与食品包装或用于室外的管道涂层相关的蒸馏过程时，耐热性和防潮性也是因素。

两组专利产品已被开发以满足这些困难的标准。第一种是一系列磷酸酯单体，最适合作为添加剂使用。它们的功能范围从单一到三重不同水平的酸含量。为了便于讨论，它们被描述为酸功能单体或AFMs。第二组最好的描述是高分子量的功能性丙烯酸低聚物，其有粘附启动子反应到主链中。低聚物是双功能的，为了获得最佳的粘附效果，应由最终组合物的30-50%组成。为了便于讨论，这些被称为粘附促进低聚物或APOs。表1提供了这些组件的清单。

应用及养护条件

所选条件代表金属装饰行业中常用的条件。理想情况下，薄膜厚度应保持在最小的成本，但同时要足够厚，性能性能不受影响。这是在标称薄膜厚度下达到的。此外，所引用的固化条件对于这些应用是相当常见的，因为应用了薄透明，不需要特殊的填充灯泡。辐射计类型和获得的结果也被报告，以避免任何影响薄膜性能的条件差异，从而确保最终使用测试结果的一致性。应用固化条件如下。

用零棒涂覆的涂层可产生0.2-0.3密尔(5-7微米)的薄膜厚度。

使用400 w/中压汞弧灯在100 fpm (350 Mj/平方英尺)的输送速度下进行固化。cm UVA, Power Puck辐射计商标)。

无bpa配方的选择

表2点击放大

配方

由于所引用的明显好处，选择PEA作为该配方的主要成分(表3)。本研究选择的单体包括三丙二醇二丙烯酸酯(TPGDA)，二丙二醇二丙烯酸酯DPGDA)和3摩尔乙氧基化三甲基丙烷三丙烯酸酯(3EO TMPTA)。TPGDA是一种低挥发性和低粘度的单体，由于成本原因通常用于自由基聚合。

表3点击放大

DPGDA也是一种经济的反应性单体，可以取代正己烷二醇二丙烯酸酯(HDDA)。它具有良好的降粘性能，更易于使用，与HDDA的5相比，其主要刺激指数(PII)为2。乙氧基化TMPTA还因为其低皮肤刺激性而被选中，并且它提供了更高的交联和增强的表面固化的额外好处。用于这些配方的光引发剂是聚合α -羟基苯酮与2-羟基-2甲基-1-苯-1丙烷共混。使用表面活性剂以确保基材的适当润湿。基础配方的粘度为300 cps @ 25°C。

基材和最终使用测试

所有金属测试板均来自Q-Panel。在涂层之前，用溶剂(MEK)清洗面板以去除表面污染。常用的基材包括铝、镀锡钢(TPS)和冷轧钢(CRS)。

对固化膜进行的试验如下:

交叉接合- ASTM D 3359-使用610胶带;

抗反向冲击- ASTM D 2794;而且

耐溶剂性- ASTM D 5402。

选择交叉接合，因为它关系到给定的涂层与基材的亲和力。反向冲击是有趣的，因为它不仅关系到附着力，还关系到涂层的灵活性，并提供了成型能力的指示。耐MEK性能可以快速显示涂层固化的好坏。

表4点击放大

Acid-Functional单体

作为一个家族，这些产品最好被描述为酸酯。AFM50是一种单功能促进粘附的单体，可对金属基材提供优异的粘附性。AFM51和AFM53是AFM50的三功能版本。它们提供相同的黏附促进性能;然而，由于它们的三重功能，它们提供了更快的固化反应和更高的硬度。由于其高酸值，这些产品不建议用于含有叔胺的配方。建议使用重量3%至7%的剂量。酸值范围为120-195 mg KOH/g。表4列出了单体的物理性质。

图1点击放大

AFM附着力测试

每种单体分别以3、7和10%的水平添加到基础配方中。一旦完全混合，涂层被应用到每个金属基板上，并按规定固化。固化后，让测试板在室温下平衡一小时，然后进行跨舱口胶带附着力测试。“对照”配方不含粘附促进剂。

每个AFM的趋势是一致的。随着AFM浓度的增加，附着力提高。结果还表明，它相对容易粘附在铝上。与CRS的粘连难度较大，与TPS的粘连难度最大。当检查每种AFM的粘附性能时，AMF53产生了最佳的整体结果。最佳添加量为7% ~ 10%。图1详细说明了测试结果。

AFM反向冲击测试

图2点击放大

除了附着力外，涂层承受严格加工的能力也是至关重要的。粘附在平料上相对容易。然而，金属片最终成形为一个罐头体，可以结束或封闭的塑料或玻璃容器。反向冲击试验是预测固化后成形性能的一种可行方法。图2显示了结果。

RI在TPS面板上进行了测试，因为这种衬底被证明是最难粘附的。顾名思义，反向冲击测试需要在涂覆测试面板的反面落下一个重量。随着重物下落高度的增加，测试板和涂层的冲击力和变形量也随之增大。然后检查冲击区域是否有开裂或涂层附着损失的迹象。报告检测不到涂层损坏的最高力。数据表明，随着AFM浓度的增加，力也随之增加。AMF53的综合性能最好，在最困难的衬底上表现出最大的RI值。

表5点击放大

促粘寡聚物(APOs)

APOs可以被描述为高mw丙烯酸酯功能丙烯酸酯。由于具有高Mw，它们的粘度在60°C下从3,000 cps到8,000 cps不等。这些APOs含有促进粘附的材料，这些材料被反应成低聚物结构的主干;因此，它们受湿度敏感性的影响较小。APOs不能作为添加剂使用，但应占最终配方的30-50%。由于它们没有酸的功能，它们可以与胺结合使用，不像AFMs。低聚物之间的另一个明显区别是颜色。APO 20的加德纳色为4，而APO 21和22的APHA色分别为34和70。表5列出了测试的apo的物理性质。

APO粘附结果

图3点击放大

每种APOs以10 - 50%的浓度添加到基础配方中。选择镀锡钢(TPS)作为测试基材，因为它已被证明是最难粘附的基材。涂层是在前面概述的条件下应用和固化的。测试了抗MEK性能、反向冲击性能和跨舱口附着力。图3显示了与APO浓度相关的性能。相关数据对于每个APO都是典型的。随着APO水平的增加，粘附性和反冲击性能提高。具有良好附着力的最佳添加量为30%。随着APO的增加，反向影响继续上升。

表6点击放大

耐湿性测试

DTM应用的另一个重要要求是涂层在暴露于水时保持其性能的能力。这种接触可能发生在包装的加工阶段或户外使用时。涂层必须保持附着力，同时没有软化或表面侵蚀的迹象。表6说明了用于该测试的公式。

在这种情况下，APOs与聚氨酯丙烯酸酯低聚物结合进行了测试。所用APO为APO 20或APO 22，添加量分别为20%和30%。“对照”为配方A，不含APO。每一层涂层都以12微米的薄膜厚度应用于铣削铝，并按前面描述的那样固化。

表7点击放大

另一种衡量配方或单个成分抗水分降解能力的方法是进行加速风化测试。在这种情况下，“整齐”的寡聚物被放置在QUV测试箱中。固化板在固化后立即进行测试，间隔100小时至500小时QUV暴露。记录黄度指数(YI)和保光率。YI测量暴露在阳光下涂层的退化，而保光度测量材料的抗微裂纹(热和光效应)或与水分暴露影响相关的表面侵蚀。表7详细说明了QUV试验箱的循环条件以及所使用的测量设备和试验的规格

图4点击放大

方法采用。

QUV测试板准备

此测试不同于前面概述的条件，因为单个组件是单独测试的，而不是作为基础配方的添加剂。这将更好地显示碱基低聚物的性能。为了提高测量YI的能力，将只含有光引发剂(PI)的低聚物以1.5-1.75 mils的薄膜厚度应用于白色基底涂层板上。固化条件也被改变，以更好地匹配波长吸收特性的PI。表8详细说明了具体条件。