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如何提高UV树脂色漆涂料的成膜厚度

2023-04-28

  UV树脂色漆由于颜料吸收紫外线的原因,所以现在一般只能低颜料含量或薄涂,怎么可以厚涂也能固化呢?今天提供一个思路,采用β-二羰基化合物树脂来研磨色浆。

  β-二羰基化合物是指含有-CO-CHR-CO-结构的化合物,两个羰基可以是酮羰基、酯羰基、醛羰基、酰胺羰基等,R基团可以为H、Cl、烷基等。常见β-二羰基化合物包括乙酰乙酸乙酯(EAA)、乙酰乙酸甲酯(MAA)、乙酰丙酮丙二酸酯等。两羰基中间的CH或CH2结构由于受到羰基吸电子效应与共轭效应影响而表现出一定的酸性,pKa约为10,与苯酚酸性相当,在碱性环境下脱除一个质子,变为碳负离子,受邻位羰基共轭影响,碳负离子异构化为烯醇负离子。一般来说,β-二羰基化合物在一定条件下可发生显著互变异构,形成烯醇二炭基化合物互变平衡。

  β-二羰基化合物析出互变异构倾向受溶剂环境影响较大,一般而言弱极性和非极性环境有利于形成互变异构体,而高极性溶剂不利于发生烯醇互变异构。

  烯醇结构很容易与缺电子双键发生迈克尔加成反应,因而,acac、EAA等β-二羰基化合物能以较高的效率对丙烯酸酯双键进行迈克尔加成,形成含有季碳二羰基结构的加成产物,例如 TMPTA与acac在碱性催化条件下的加成反应。

  迈克尔加成树脂保留部分丙烯酸酯基团,用于光交联,加成结构对紫外光有一定敏感度,于紫外辐照下产生自由基,引发聚合交联,属于一类新型、但最具直接应用价值的自引发UV固化树脂。其合成设计完全基于β-二羰基化合物与多官能丙烯酸酯单体(或树脂),常用的TMPTA、 TPGDA、HDDA、 EOTMPTA等活性单体经常用以合成迈克尔加成树脂,官能度较高时,须注意凝胶产生。单官能丙烯酸酯单体有时也少量使用,用以调节加成产物结构和性能。相对分子质量较大黏度较高的光固化树脂用来合成迈克尔加成低聚物更能够获得应用性能俱佳的新固化树脂。加成反应后,树脂保留部分丙烯酸酯基团,相对分子质量增大,交联结构改变,固化膜综合性能往往提高。

  出于防止凝胶化的考虑,光固化树脂一般很少使用三官能、四官能或更高官能度树脂,而较多采用双官能树脂。

  环氧丙烯酸酯、聚酯丙烯酸酯、聚氨酯丙烯酸酯、聚硅氧烷丙烯酸酯等都可用来进行迈克尔加成,获得性能突出的新型树脂。合成设计中引入少量丙烯酸酯化的活性胺,使活性胺进入到部分迈克尔加成树脂结构上,可以提高应对氧阻聚的能力,增强自引发效率。

  合成迈克尔加成树脂的工艺条件非常重要。原则上,碱性物质都可作为该反应的催化剂,包括无机碱、有机碱等,一般的苛性碱、碳酸碱作为催化剂,容易导致凝胶,不能直接使用。叔胺类催化剂,三乙胺、吡啶、N,N-二甲基苄胺等都可高效率催化上述迈克尔加成反应,反应温和,但产品颜色较深,加速老化过程中较容易出现凝胶,贮存稳定性不良。如果在反应结束后能够将碱性催化剂从产物中分离出来,则对产品的稳定性有利。例如,将氟化钾、氟化铯等碱性催化剂负载于中性氧化铝固体颗粒上,行使完催化作用后,在产物黏度不是太高条件下,通过热压滤方式,可将固体催化剂与产品树脂分离,防止进一步发生负面作用。

  这类基于β-二羰基化合物与丙烯酸酯迈克尔加成的光固化树脂,其感光结构特征显然不同于传统光引发剂,分子结构设计上可以完全没有芳环。对这类光固化树脂自引发聚合原理进行研究,发现加成产物在290mm附近出现较强吸收,可有效利用汞灯280~320nm区间的较强紫外辐射,而一般丙烯酸酯单体或树脂在此波长附近没有吸收。

  迈克尔加UV树脂因其自身感光活性,现已部分用于UV树脂色漆、UV树脂油墨的配方,为使光固化效率达到理想水平,可以在配方中使用很少量的光引发剂,但用量相对于传统UV树脂色漆和UV油墨已经非常少,在光引发剂残留、气味等方面已大为改善。另一方面,该类自引发树脂应用于UV树脂色漆、UV树脂油墨时,配方体系中的颜料含量可以增加,提高色漆、油墨遮盖力,而又不降低固化性能,这对当前UV树脂色漆须以低颜料含量配方多次涂覆的工艺可起到改善作用,简化工艺操作。对迈克尔加成树脂进行结构设计,引入少量非离子强亲水基团,可赋予树脂适当的乳化性能,能够作为UV树脂胶印油墨的主体树脂使用。迈克尔加成树脂结构设计灵活,性能易于调节,是目前应用最为成功的自引发树脂。

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