水性UV固化耐刮擦涂料的制备与应用研究

摘要

UV辐射固化涂料及其技术以其环保优势日益为人们所欢迎，UV涂料具有(1)性能卓越(Excellence)，(2)环境友好(Ecology)，(3)节省能源（Energy），(4)经济(Economy)等4E特点，此外还有固化速度快，生产效率高等特点。但是UV涂料中往往会使用的大量的活性单体和有机溶剂进行的调节施工粘度。这些组分会影响使用者的身体健康和环境。
　　本课题先以选择目前市场最常见的几款水性树脂为研究对象，主要为纯丙烯酸水性树脂和聚氨酯改性丙烯酸树脂。通过评估他们的基本属性，例如固含量、成膜性能等，其次测试光引发的相容性和引发活性，筛选出选取了UCECOAT7200和Alberdingk Lux250为主题树脂。然后以UCECOAT7200为主题树脂，设计出初始配方，研究了影响水性UV耐刮擦性的几个关键因素，如叔胺EP115超细三氧化二铝粉和纳米二氧化硅改性的反应单体Nanocryl C410等.同时确立这些助剂的添加量。接着采用正交分析的方法，找出了最佳的助剂复配配方，然后根据所选的两款主题树脂，设计出四款备选配方。
　　最后根据3C涂料的性能要求对所设计的配方进行测试与表征，测试的项目主要包括耐刮擦性、反应速度、耐溶剂性和耐候性等。文章同时讨论了漆膜耐刮擦性的力学原理，比较了几种耐刮擦性的测试结果，最终确立一款既满足当前行业所要求的测试标准又具有超耐磨(Linear Abrasion Test)水性UV涂料。此外，为了实际的研究和生产，考察了紫外光率，涂料温度与漆膜转化率和硬度的关系。对于树脂的筛选表明，UCECOAT7200和Alberdingk Lux250最具有反应活性和机械强度。在影响耐刮擦性的研究发现，EP115和超细氧化铝的存在会大幅度增加体系的耐刮擦性。实验还发现UV涂料双键转化率或者机械强度仅仅与UV能量有关系，所以建议800mj/cm2为最佳曝光量。
　　在兼备一般水性UV涂料的诸多优势同时，本课题所研制出来的水性UV涂料具有以下两个额外显著的优势:
　　(1)涂料性能得以提高，但是涂料制造工艺没有复杂化;
　　(2)产品原材料及其易得，涂料成本处于控制范围之内;
　　此外，本论文进一步提高耐刮擦性能，提出来合理化的建议，以及需要进一步进行探讨的问题。

目录

摘要

第一章 绪论

1．1 水性UV涂料的组成和分类

1．1．1 水性树脂

1．1．2 水性UV引发剂

1．1．3 其他助剂

1．2 水性UV涂料的现状与趋势

1．2．1 水性UV涂料的现状

1．2．2 水性UV涂料的趋势

1．3 典型水性UV涂料的制备

1．4 水性UV涂料的固化机理

1．5 水性UV涂料主要特点

1．6 本论文研究的主要目的和主要内容

1．6．1 本论文主要研究目的

1．6．2 本论文主要研究内容

第二章 水性UV涂料实验

2．1 实验原料

2．2 实验设备

2．3 实验内容

2．3．1 水性树脂的评估与筛选

2．3．2 水性UV涂料主体树脂选择

2．4 涂料组成对涂料基本性能的影响

2．4．1 叔胺EP115与初始配方共混

2．4．2 助剂与初始配方共混

2．4．3 叔胺EP115对初始配方光反应活性的影响

2．4．4 助剂对初始配方耐刮擦性的影响

2．5 优化配方

2．5．1 水的选择

2．5．2 成膜助剂

2．5．3 分散剂

2．5．4 消泡剂

2．5．5 实验分析及其优化配方

2．6 涂料性能的检测

2．6．1 耐脏污和化学品测试

2．6．2 QUV耐老化测试

2．6．3 温湿测试

2．6．4 铅笔硬度测试

2．6．5 百格附着力测试

2．6．6 RCA纸带测试

2．6．7 Taber转动磨耗测试

2．6．8 Taber linear abrasion测试

2．6．9 耐钢丝绒测试

第三章 结果与讨论

3．1 水性UV涂料的耐脏污与耐化学品研究

3．1．1 引言

3．1．2 水性UV涂料的耐脏污与耐化学品分析

3．2 水性UV涂料的耐老化性能研究

3．2．1 引言

3．2．2 水性UV涂料QUV耐老化测试分析

3．2．3 水性UV温湿测试分析

3．3 水性UV涂料的物理机械性能研究

3．3．1 引言

3．3．1 水性UV铅笔硬度分析

3．3．2 百格附着力测试

3．3．3 水性UV涂料的抗刮擦性能分析

3．4 小结

第四章 全文总结与展望

参考文献

致谢

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