UV固化涂料固化后黄变的研究探讨

    1试验部分

    1.1主要仪器和试剂

    电子天平:精确到0.01g，由METTLER提供;DISPERMAT高速分散机:由VMA－GETZMANN提供;分光光度仪SP62－162:由X－Rite提供;全自动UV固化机HDUV－503:由宏大涂装提供。三官能UV树脂、三官能UV单体、六官能UV单体:沙多玛(广州)化学有限公司;六官能UV树脂A、六官能UV树脂B:氰特表面技术(上海)有限公司;SR351:沙多玛(广州)化学有限公司;TPO(RUNTECURE1108):常州华钛化学有限公司;Irgacure184、Irgacure754、Tinuvin400、Tinuvin123、EFKA－3299:BASF;消光粉:上海外电国际贸易有限公司:聚酰胺－聚乙烯混合蜡浆:公隆物资有限公司(帝司巴隆);分散剂:市售;混合溶剂:陶氏化学。

    1.2HS基料的配制

    按表1所示配方配制HS基料。

表1 HS基料配方

    1.3UV清漆的配制及喷涂

    按表2所示配方配制清漆。

表2 UV清漆配方

    先在PC白色底材上喷涂白底漆，并采用分光光度仪测试白底漆(未过UV)的L值为:95.54，a值为:－1.25，b值为:－0.48。以上清漆加入30%UV专用稀释剂稀释后，喷涂于白底漆上，70℃烘烤3～5min，过UV固化机(UVA的能量为800mJ/cm2左右，下同)后备用。

1.4配制加入紫外光吸收剂和受阻胺光稳定剂的清漆及喷涂

    按表3所示配方配制清漆。

表3 加入紫外光吸收剂和受阻胺光稳定剂的UV清漆配方

    同样在PC白色底材上喷涂白底漆，再将以上清漆加入30%UV专用稀释剂稀释后，喷涂于白底漆漆膜上，70℃烘烤3～5min，过UV固化机后备用。

    1.5亚光清漆的配制及喷涂

    UV亚光清漆的配方如表4所示。

表4 UV亚光清漆配方

    在马口铁底材上喷涂白底漆，再将表4所示的清漆中加入30%UV专用稀释剂稀释后，喷涂于白底漆漆膜上，70℃烘烤3～5min，过UV固化机后备用。

    以上样板室温放置不同的时间及烘烤不同时间后采用分光光度仪测试其L，a，b值(不包含光泽)，并与白底漆(未过UV)漆膜进行Δb比较。

2结果与讨论

    2.1几种树脂、单体、光引发剂对黄变性能的影响

    1.3喷涂并固化后的样板室温放置不同的时间后，采用分光光度仪测试与白底漆(未过UV)的Δb值，结果如表5。

表5 清漆过完UV后放置不同时间的Δb值

    从HS－1和HS－2之间的比较得出，SR351(TMPTA)对瞬间黄变的影响有限，放置一段时间后，其黄变值与不加TMPTA也接近。HS－3和HS－6之间、HS－5和HS－7之间的比较结果可以看出六官能UV树脂B比六官能UV树脂A的黄变值要低。HS－3和HS－4之间的比较可以看出，拼用TPO后导致黄变更严重。

    HS－3和HS－5之间的比较可以看出，光引发剂Irgacure754比Irgacure184的固化后瞬间黄变值及放置一段时间后的黄变值均要低。

    2.2添加紫外光吸收剂和受阻胺光稳定剂的影响

    1.4喷涂及固化后的样板室温放置不同的时间后，采用分光光度仪与白底漆(未过UV)进行Δb值的测试，结果如图1所示。

图1 清漆过完UV后放置不同时间的Δb值

    由图1可见，加入Tinuvin123及Tinuvin400对体系的瞬间黄变均有好处，但放置一段时间后的黄变值相差不大。当采用六官能UV树脂B、Irgacure754及同时添加Tinuvin123及Tinuvin400，体系的瞬间黄变会明显降低，同时放置一段时间后的黄变值也变小。

2.3Δb值随放置时间的变化

    1.5喷涂后的样板室温放置不同的时间后，采用分光光度仪与白底漆(未过UV)进行色差比较，其Δb值如图2所示。其中A1、A2、A3为平行实验，C1、C3为平行的空白实验。

图2 亚光清漆过完UV后放置不同时间的Δb值

    从图2可以明显的看出:随着时间的推移，漆膜的Δb值会减小，在最初的3h内Δb值下降的幅度最大，3h后Δb值虽有降低但速度缓慢，24h后基本趋于稳定。

    2.4烘烤对黄变特性的影响

    1.5喷涂并固化后的样板室温放置30min后，置于70℃烘箱中烘烤30min，采用分光光度仪测试不同时间段漆膜的b值，并与白底漆(未过UV)进行比较，其Δb值如图3所示。

图3 漆膜Δb值随放置时间以及烘烤时间的变化

    由图3可看出:烘烤10min后漆膜的Δb值大幅度下降，延长烘烤时间漆膜的Δb值也会下降，但下降的趋势减缓。烘烤后的漆膜放置24h后颜色也会基本稳定，并且与未进行烘烤常温放置的结果相近。这表明烘烤可以加速漆膜的黄相消褪现象，减少褪黄时间。

    3结语

    光固化涂料固化成膜后发黄，可能的原因很多:一方面可能由于聚合物本身发生了光降解，使黄变加深;这时，加入紫外光吸收剂和受阻胺光稳定剂，能有效减轻黄变现象。但是需要注意紫外光吸收剂和受阻胺光稳定剂对UV固化的负面影响。另一方面，也可能是涂膜内残余的自由基碎片、光引发剂及活性胺等物质重排为带有生色团的共轭结构的有色产物［2］。自由基碎片由光引发剂、UV低聚体及单体产生。而生成的有色产物并不是特别稳定，其共轭结构可被分解并重排，又生成更为稳定的无色或浅色物质。加热可以促进这种分解和重排的速度，故烘烤可以加速褪黄的过程。紫外光吸收剂也可以减少自由基产生，受阻胺光稳定剂会捕捉自由基，减少有色产物的发生。

    TPO的最大吸收波长为380nm，外观呈淡黄色。与Irgacure184相比，TPO虽有光漂白的作用，但对降低UV固化涂料固化后的黄变，并没有优势。选用合适的树脂、单体、光引发剂，并同时添加适量的紫外光吸收剂和受阻胺光稳定剂，会减轻UV固化涂料的瞬间黄变和最终的黄变特性。