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期刊专利论文

一种车用新型紫外光固化阻燃涂膜的制备

来源:互联网2021年01月15日

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一种车用新型紫外光固化阻燃涂膜的制备

吴秀海1,何太碧1*,张华西2

(1.西华大学汽车与交通学院,四川成都610039;

2.西南化工研究设计院有限公司,四川成都610225)

源:天然气化工—C1化学与化工,2020年,第45卷第4期

  

摘要

制备了一种车用新型紫外光固化阻燃涂膜,其主要成分为丙烯酸酯低聚物(30%~70%)、活性稀释剂(15%~40%)、光引发剂(1%~6%)、附着力促进剂(1%~15%)以及流平剂和消泡剂(0.1%~1%)。其中的丙烯酸酯低聚物为含磷聚氨酯丙烯酸酯活性低聚物。该车用新型紫外光固化涂膜不仅附着力达一级,还避免了一般涂膜易燃的缺陷。

关键词

紫外光固化涂膜;阻燃涂膜;汽车涂膜;聚氨酯丙烯酸酯;附着力

 
引言

随着我国汽车行业的高速发展,车用涂膜在市场规模和涂装技术上都有较大的提升,车用涂料用量仅次于建筑涂料,具有极大的市场,其中涂料的品质很大程度上影响了汽车产品的竞争力,好涂料需要有耐热好、附着性高及硬度强等理化性质,同时还要求能进行打磨和堆叠。涂膜的防腐原理是通过金属表面形成一层致密保护膜,使金属与空气、水汽隔绝,从而起到保护作用。常用的溶剂型涂料含有害的挥发性有机化合物(VOCs),对人体健康影响很大,不符合国家的产业政策导向。而节能环保的粉末和光固化涂料则得到环境保护政策的支持,在汽车上应用广泛。紫外光固化涂膜成分是预聚物、活性稀释剂、光引发剂、附着力促进剂和助剂。由于涂膜收缩应力很大,且成分为有机物,紫外光固化涂料普遍存在附着力差、易燃等缺陷。本文以新型含磷聚氨酯丙烯酸酯阻燃性活性低聚物为预聚体,由于该预聚物含许多强极性的羟基基团,与金属表面的结合力好,可提高涂膜与金属的附着力,且树脂中也引入了含磷的阻燃基团,使涂膜具有良好的阻燃性能。配以适当的活性稀释剂、附着力促进剂、光引发剂和助剂,可制得固化收缩率小、附着力好、耐水性优良的新型阻燃型车用紫外光固化涂料。

 
1 实验部分

1.1实验原料

磷酸、环氧丙烷、二苯基甲烷二异氤酸酯、马来酸酐,化学纯,成都市科龙化工试剂厂;丙烯酸-β-羟丙酯,化学纯,无锡市金盛助剂厂;二缩三丙二醇二丙烯酸酯、三羟甲基丙烷三丙烯酸酯,化学纯,成都化夏化学试剂有限公司;2-羟基-2-甲基-苯基丙酮,化学纯,山东摩尔化工有限公司;流平剂EFKA3883、消泡剂EFKA2527,化学纯,广州市洁白化工有限公司;磷酸酯附着力促进剂,自制。

 

1.2实验仪器及设备

一种车用新型紫外光固化阻燃涂膜的制备

 

1.3实验过程

1.3.1新型含磷聚氨酯丙烯酸酯活性低聚物的合成

把250mL三口烧瓶中放置于磁力搅拌器上,往瓶中加入55g质量分数85%的磷酸,通氩气2h,在0℃恒温冰水浴温度下搅拌滴加260g环氧丙烷,1h滴完,滴完后升温至25℃反应3h,最后精馏脱除水及过量的环氧丙烷,得到230g磷酸酯三元醇,备用。

 

氮气氛下取50g上述制备三元醇倒入250mL三颈瓶中,然后加1g三乙胺催化剂,25℃恒温水浴、磁力搅拌下缓慢滴加48g二苯基甲烷二异氤酸酯,1h滴完,然后在相同温度下滴加25g丙烯酸-β-羟丙酯,30min滴完(磷酸酯三元醇、二苯基甲烷二异氤酸酯、丙烯酸-β-羟丙酯三者物质的量比为1:2:2),滴完后保持25℃搅拌反应2h,然后升温至85℃,搅拌反应5h,然后降温至65℃,搅拌条件下加入6g马来酸酐,在65℃下继续搅拌反应6h,得到新型含磷聚氨酯丙烯酸酯低聚物。

 

1.3.2阻燃型紫外光固化涂膜的制备

紫外光固化涂膜的组成(质量分数,下同):丙烯酸酯低聚物30%~70%,活性稀释剂15%~40%,附着力促进剂1%~15%,光引发剂1%~6%,助剂0.1%~1%。

 

制备方法:取该新型含磷聚氨酯丙烯酸酯低聚物为预聚物,室温、搅拌条件下加入适量活性稀释剂,然后加入附着力促进剂、光引发剂、流平剂及消泡剂,50℃加热搅拌2h,得到车用新型阻燃型紫外光固化涂料。

 

1.3.3性能评价

(1)铅笔硬度测试

按GB/T6739-86标准采用PPH-1型铅笔硬度计进行测试。漆膜固化后将样板放在水平位置,推动硬度逐渐增加的铅笔来测定漆膜表层位置,以表面刚好不出现划痕时的铅笔硬度为该漆膜铅笔硬度值。


(2)附着力测试

按GB/T9286-1998《色漆和清漆划格法附着力试验》标准,采用划格法,用划格器把涂膜表面切割为间隔2mm的10×10的网格,并在网格上贴上胶带,随后保持适当而均匀的速度撕扯胶带。在涂膜三个不同的位置进行附着力测试,脱落网格数为0、小于5%、5%~15%、15%~35%、35%~65%和65%以上,附着力等级分别为1~5级。

 

(3)耐水性、耐化学性测试

按GB/T1733-1993《漆膜耐水性测定法》,(23±2)℃下,蒸馏水浸泡24h;按GB1763-1979《漆膜耐化学试剂性测定法》,(25±1)℃下,5%乙酸、5%NaHCO3、10%乙醇及5%NaCl液滴滴至漆膜表面24h。1级:无明显变化;2级:轻微发白发胀,可恢复;3级:发白发胀,不可恢复;4级:发白粉化,不可恢复。

2 结果与讨论

2.1预聚物含量对涂膜性能的影响

预聚物含量对涂膜性能的影响如表2所示。

一种车用新型紫外光固化阻燃涂膜的制备

表2结果表明,预聚物的含量对涂膜性能影响较大,随着预聚物含量的增加,涂膜的综合性能变好,但当其含量大于60%以后,涂膜性能增加不明显。这是因为预聚物是涂料涂膜网状交联结构的骨架,主宰了涂料产品的性能。当预聚物含量较少时,涂膜的固化收缩率大,网状骨架松散,产品涂膜的阻燃性、附着力和耐水、耐化学性能较差,当其含量大于60%时,就能达到很好的效果,但预聚物含量过大产品成本会比较高、粘度也过大。从成本和方便施工角度考虑,涂料配方中该预聚物含量60%为最佳用量。2.2附着力促进剂含量对附着力的影响附着力促进剂含量对涂膜性能的影响如表3所示。

一种车用新型紫外光固化阻燃涂膜的制备

表3结果表明,附着力促进剂含量对涂膜附着力影响较大,随着附着力促进剂含量的增加,涂膜附着力增加,这是因为附着力促进剂是含多羟基的的酸性物质,与基材表面的结合力强,而且还能通过对基材表面的轻微腐蚀渗透达到增强附着的效果,但当其含量大于8%以后,涂膜性能均为1级,增加不明显。通常这类促进剂的价格都比较贵,也存在一定腐蚀性,从节约成本和保护基材的因素考虑,涂料配方中附着力促进剂的含量8%为佳。2.3光引发剂含量对涂膜性能的影响光引发剂含量对涂膜性能的影响如表4所示。

一种车用新型紫外光固化阻燃涂膜的制备

表4结果表明,光引发剂含量对涂膜性能有较大影响。随着光引发剂含量的增加,涂膜的综合性能变好,但当其含量大于6%以后,涂膜性能增加不明显。这是因为当引发剂含量较低时,涂料固化不完全,这会影响涂膜的硬度和附着力。而当光引发剂达到6%后,涂料就能充分固化,再增加引发剂的量对涂料性能的提升就没有帮助了。

 
3 结论

 

(1)以磷酸、环氧丙烷、二苯基甲烷二异氤酸酯、丙烯酸-β-羟丙酯和马来酸酐为原料,用两步法合成了新型含磷聚氨酯丙烯酸酯紫外光固化低聚物,配以适当附着力促进剂、光引发剂以及流平剂和消泡剂,得到了固化收缩率小、附着力好、耐水、耐化学性优良的新型车用紫外光固化阻燃涂膜,克服了现有紫外光固化涂膜普遍存在附着力差、易燃等缺陷。且由于该紫外光固化涂料成分中不含易挥发稀释剂,所有成分都固化成膜,因此不会对环境造成污染。


(2)当预聚物含量60%,附着力促进剂含量为8%,光引发剂含量为6%时,该紫外光固化涂膜的附着力为1级、硬度为3H,耐湿热性和阻燃性能良好。

为方便阅读,本文移除了脚注。如有需要,请参阅《天然气化工—C1化学与化工,2021年,第45卷第4期

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