UV-Beschichtungen werden aufgrund ihrer hervorragenden Oberfl\u00e4cheneigenschaften in vielen Bereichen eingesetzt: hohe Festigkeit, hohe H\u00e4rte, hohe Abriebfestigkeit, hoher Glanz, hohe L\u00f6sungsmittelbest\u00e4ndigkeit; die UV-H\u00e4rtungstechnologie hat sich aufgrund ihrer schnellen Aush\u00e4rtungsgeschwindigkeit, geringen Umweltbelastung und Energieeinsparung zu einer umweltfreundlichen Technologie entwickelt. UV-Beschichtungen machen etwa 98% der strahlengeh\u00e4rteten Beschichtungen aus. Von Innenbeschichtungen wie Fu\u00dfbodenbeschichtungen und Holzm\u00f6belbeschichtungen bis hin zu industriellen Beschichtungen wie Kunststoffbeschichtungen, Korrosionsschutzbeschichtungen, Motorradbeschichtungen und Fahrzeugbeschichtungen best\u00e4tigen immer mehr Anwendungen Harbournes Idee der \"allgegenw\u00e4rtigen strahlenh\u00e4rtenden Technologie\". Da UV-Beschichtungen im Au\u00dfenbereich eingesetzt werden, ist die Witterungsbest\u00e4ndigkeit zu einem wichtigen Thema geworden. Dieser Beitrag ist eine vorl\u00e4ufige Diskussion \u00fcber die Witterungsbest\u00e4ndigkeit von UV-Decklacken.<\/p>\n
1. Das Grundkonzept der Witterungsbest\u00e4ndigkeit
\nDie Witterungsbest\u00e4ndigkeit von Lacken bezieht sich haupts\u00e4chlich auf die mechanischen Eigenschaften wie Elastizit\u00e4t, Festigkeit, Haftung und optische Eigenschaften (wie Farb- und Lichtechtheit) sowie auf Ver\u00e4nderungen der chemischen Eigenschaften (wie Verspr\u00f6dung, Kreidung und Korrosion), wenn der Lack den Umweltbedingungen im Freien ausgesetzt ist.
\nUnter der Einwirkung von Licht, Luft und Wasser (saurer Regen) umfasst der Prozess der Zersetzung von Beschichtungen im Freien haupts\u00e4chlich den photoinduzierten oxidativen Abbau, den Wasserabbau, den thermischen Abbau und den Abbau durch energiereiche Strahlung. 2.<\/p>\n
2. Die besonderen Eigenschaften von UV-geh\u00e4rteten Lacken
\nAus der Theorie wissen wir, dass die Faktoren, die zu einer Verschlechterung der Witterungsbest\u00e4ndigkeit der Beschichtungsoberfl\u00e4che f\u00fchren, der photoinduzierte oxidative Abbau, die Hydrolyse, der thermische Abbau und der Abbau durch hochenergetische Strahlung sind. Um die Witterungsbest\u00e4ndigkeit zu verbessern, sollten die folgenden drei Faktoren so weit wie m\u00f6glich aus der Zusammensetzung der Beschichtung ausgeschlossen werden: (1) Absorption von Wellenl\u00e4ngen oberhalb von 290 nm, (2) Harze, die anf\u00e4llig f\u00fcr den Einfang von Wasserstoffatomen sind, und (3) funktionelle Gruppen, die anf\u00e4llig f\u00fcr Hydrolyse sind.
\nDie Zusammensetzung von UV-Beschichtungen weist jedoch mindestens zwei der oben genannten Punkte auf: Der Fotoinitiator absorbiert Wellenl\u00e4ngen im Bereich von 200-400 nm; der Fotoinitiator erzeugt freie Radikale mit aktiven Wasserstoffatomen (aus Harz oder Zusatzstoffen). Daher haben UV-geh\u00e4rtete Beschichtungen von Anfang an das Problem der Witterungsbest\u00e4ndigkeit.
\nDas Problem der Bewitterung von UV-Beschichtungen ist haupts\u00e4chlich die Lichtalterung. Seine besonderen Merkmale sind: es braucht UV-Licht zu h\u00e4rten, und die lange Zeit Exposition gegen\u00fcber UV-Licht wird zur Verschlechterung der Filmqualit\u00e4t f\u00fchren. Sonnenlicht enth\u00e4lt UVA- und UVB-Langzeitbestrahlung, die zur Aush\u00e4rtung der Beschichtung f\u00fchrt, so dass das vernetzte Netzwerk aus Carbonyl-, Aryl- und anderen lichtabsorbierenden Gruppen sowie restliche Photoinitiatoren, Photoinitiator-Promotoren (Photosensibilisatoren) und andere lichtabsorbierende Verunreinigungen zu UVB- oder sogar UVA-Absorption und chemischer Bindungsumlagerung und Alterungsverschlechterung f\u00fchren. Unter Freiluftsauerstoffbedingungen kann molekularer Sauerstoff photosensibilisiert werden, um hochreaktiven einfach-linearen Sauerstoff zu erzeugen, der Oxidationsprodukte und den photochemischen Abbau makromolekularer Polymere hervorruft, und er kann auch Peroxylradikale bilden und Wasserstoff einfangen, spalten, vernetzen, umlagern und andere Reaktionen durchf\u00fchren. Infolgedessen wird der Modul kleiner, die Vergilbung nimmt zu, der Beschichtungsfilm wird spr\u00f6de und die Witterungsbest\u00e4ndigkeit verschlechtert sich. Daher ist es \u00e4u\u00dferst wichtig, die Bewitterungseigenschaften von UV-geh\u00e4rteten Beschichtungen anhand ihrer Zusammensetzung zu verstehen.<\/p>\n
3 Faktoren, die die Witterungsbest\u00e4ndigkeit von W-Decklacken beeinflussen<\/p>\n
3.1 Zusammensetzung des Harzes
\nUV-geh\u00e4rtete Beschichtungen aus der Entwicklung des Harzsystems von unges\u00e4ttigten Polyester-System \u00dcbergang zu Acrylat-System, von der Acryl-Struktur analysiert werden kann, wenn es sich um eine reine Acrylat-Beschichtung, seine Witterungsbest\u00e4ndigkeit sollte ausgezeichnet sein, aber aufgrund der Kosten und die Notwendigkeit f\u00fcr die \u00c4nderung und die Einf\u00fchrung von anderen funktionellen Gruppen, die die strukturellen Eigenschaften ver\u00e4ndert. Gegenw\u00e4rtig werden weltweit noch am h\u00e4ufigsten Epoxidacrylat- und Urethanacrylatharze verwendet. Die folgenden Experimente erm\u00f6glichen es uns, die Bewitterungseigenschaften einiger Harzkategorien zu verstehen.<\/p>\n
3.1.1 Rohmaterialien und Formulierungen
\nEATM (Standard-Bisphenol-A-Epoxy-Acrylat-Harz), UVU6609 (aliphatisches Urethan-Acrylat-Harz), UVP9200 (Polyester-Acrylat-Harz), UVA1000 (reines Acrylat-Harz), alles Produkte der Firma Longchang chemical; UVU6200 (aromatisches Polyether-Urethan UVU6200 (aromatisches Polyether-Polyurethan-Acrylatharz), Longchang chemical; 1173 (2-Hydroxy-2-methyl-1-phenylaceton), Longchang chemical TPGDA (Tripropylenglykoldiacrylat), Longchang chemical company.<\/p>\n
3.1.3 Diskussion der Ergebnisse
\n(1) Bisphenol-A-Epoxid-Acryl-Harz ist das am h\u00e4ufigsten in UV-Anwendungen verwendete Harz, und seine Vorteile zeigen sich in der schnellen Aush\u00e4rtungsgeschwindigkeit, dem hohen Glanz und der guten H\u00e4rte. Da das Ar-O-R im Harz UV-Licht oberhalb von 290 nm absorbieren kann und durch Photocracking freie Radikale erzeugt, die am oxidativen Abbau beteiligt sind, ist die Vergilbung bei starkem UV-Licht anfangs gravierender, unter nat\u00fcrlichen Bedingungen jedoch nicht signifikant.
\n(2) Polyurethan-Acrylharze lassen sich anhand der Struktur der an der Reaktion beteiligten NCO-Gruppe in aromatische und aliphatische einteilen. Die aromatischen Carbamate (Ar-NH-COOR) k\u00f6nnen auch UV-Licht bei 290 nm absorbieren und direkt in Chinonstrukturen gespalten werden.
\nDar\u00fcber hinaus sind die Etherbindungen von Polyetherpolyurethanen mit Etherbindungen auch sehr anf\u00e4llig f\u00fcr den Photoabbau.
\nAliphatische Polyurethane weisen bei der ersten Aush\u00e4rtung eine leichte Verf\u00e4rbung auf, zeigen aber unter nat\u00fcrlichen Bedingungen eine ausgezeichnete Witterungsbest\u00e4ndigkeit. Aufgrund der geraden Kettenstruktur sind vernetzte Folien etwas weniger alkalibest\u00e4ndig.
\n(3) Reine Acrylatharze haben eine hervorragende strukturelle Witterungsbest\u00e4ndigkeit. Obwohl Acrylat-Polymere eine ausgezeichnete Alterungsbest\u00e4ndigkeit aufweisen, gibt es viele Nachteile, wenn sie als Hauptharz f\u00fcr Beschichtungen verwendet werden: haupts\u00e4chlich hat der geh\u00e4rtete Film eine schlechte S\u00e4ure- und Alkalibest\u00e4ndigkeit, L\u00f6semittelbest\u00e4ndigkeit und kocht in 10% KOH-L\u00f6sung f\u00fcr 15min nach der Filmbildung, wird der Film Blasen werfen und aufgrund der Hydrolyse des Polymers abbl\u00e4ttern.
\n(4) Polyester-Acrylat-Harz, aufgrund der verzweigten Kettenstruktur zur St\u00e4rkung der Vernetzung, enge Struktur, bessere Festigkeit, L\u00f6sungsmittel-Best\u00e4ndigkeit ist auch stark. Aber die Polyester-Synthese Teil wird seine Vergilbung aufgrund der Anzahl und Position der Benzolring und Heteroatome beeinflussen.
\n3.2 Photoinitiator
\nBei UV-geh\u00e4rteten Beschichtungen sind Photoinitiatoren freie Radikalinitiatoren. Nach ihren strukturellen Merkmalen lassen sie sich unterteilen in: Carbonylverbindungen, Farbstoffe, metallorganische, halogenhaltige Verbindungen, Azoverbindungen und Peroxyverbindungen. Nach dem Mechanismus der Erzeugung freier Radikale kann man zwischen Spaltung und Wasserstoffextraktion unterscheiden.
\nDerzeit ist die weltweite industrielle Anwendung noch haupts\u00e4chlich freie Radikale Typ Initiator, andere Klassen nur eine sehr geringe Menge in Gebrauch, und auch einzelne Klassen sind immer noch nur im Labor verwendet. In China gibt es haupts\u00e4chlich 1173, 184(1-Hydroxycyclohexylphenylketon, Longchang chemical), TPO(2,4,6-Trimethylbenzoyl-diphenylphosphinoxid, Longchang chemical) und andere Spaltungstypen sowie BP (Benzophenon, Longchang chemical), ITX (Isopropylthioanthron, Longchang chemical), CTX (2,4-Dichlorothioxanthron, Longchang chemical) und andere Wasserstoffextraktionstypen.
\n3.2.1 Art der Spaltung
\nDer Fotoinitiator vom Spaltungstyp wird in einem Acrylatsystem verwendet, das nicht leicht vergilbt oder einen geringen Vergilbungskoeffizienten aufweist. Der Hauptgrund daf\u00fcr ist, dass die Rotverschiebungswellenl\u00e4nge des substituierten Benzyls klein ist und es nicht leicht ist, eine Resonanzverf\u00e4rbung zu erzeugen. Sein unangenehmer Geruch ist jedoch ein Hindernis f\u00fcr die Anwendung.
\n3.2.2 Art der Wasserstoffgewinnung
\nDiese Art von Photoinitiator muss mit Verbindungen kombiniert werden, die aktiven Wasserstoff enthalten, um bimolekulare Reaktionen auszul\u00f6sen und freie Radikale zur F\u00f6rderung der Reaktion zu erzeugen. Bei den Verbindungen, die aktiven Wasserstoff liefern (auch Photosensibilisatoren genannt), handelt es sich haupts\u00e4chlich um terti\u00e4re Amine, Triethanolamin und aktive Amine, und Experimente mit verschiedenen Photosensibilisatoren k\u00f6nnen deren Zusammenhang mit der Vergilbung des Beschichtungsfilms zeigen.
\nDas Vorhandensein von Photosensibilisatoren ist wahrscheinlich auch auf das Vorhandensein von farbgebenden Gruppen zur\u00fcckzuf\u00fchren: Carbonylgruppen, die mit Amino- oder aromatischen Ringen konjugiert sind, die die Vergilbungs- und Abbaureaktion intensivieren. Ein weiterer Grund ist, dass der Photoinitiator in UV-Beschichtungen 1~2% im System bleiben wird, um zu reagieren, dieser Teil des Photoinitiators in nat\u00fcrlichem Licht Absorption von UV-Licht durch die verbleibende Doppelbindung tiefe Vernetzung verursacht, was zu Verf\u00e4rbung, Rissbildung oder Faltenbildung der Beschichtung Film.
\n3.3 Monomer
\nVerschiedene Monomere haben unterschiedliche Reaktionsgeschwindigkeiten im Aush\u00e4rtungsprozess, je schneller die Reaktion, desto mehr restliche Doppelbindungen im Monomer. Das Vorhandensein von funktionellen Gruppen mit Etherbindungen ist anf\u00e4llig f\u00fcr Photodegradation, so dass f\u00fcr TPGDA, DPGDA (Dipropylenglykoldiacrylat), (EO)TMPTA (Ethoxytrimethylolpropantriacrylat), (PO)TMPTA (Propoxytrimethylolpropantriacrylat) und andere Monomere, die Alkohol-kondensierte Etherstruktur enthalten, anf\u00e4lliger f\u00fcr Photodegradationsreaktion ist, wird berichtet, dass die Ethoxy- als Propylenoxidstruktur weniger stabil ist als das Licht. Die Lichtstabilit\u00e4t der Ethoxy-Struktur ist schlechter als die der Propoxy-Struktur, und die Reihenfolge der Lichtstabilit\u00e4t unter mehreren herk\u00f6mmlichen Monomeren ist.
\nTMPTA > NPGDA (Neopentylglykoldiacrylat) > HDDA > TPGDA > (EO)TMPTA \u2248 (P0)TMPTA<\/p>\n
4 Ma\u00dfnahmen zur Verbesserung der Wetterbest\u00e4ndigkeit von UV-Decklacken<\/p>\n
4.1 Auswahl des Harzes
\nUm die Witterungsbest\u00e4ndigkeit von UV-Lacken f\u00fcr den Au\u00dfenbereich zu verbessern, m\u00fcssen Harze ausgew\u00e4hlt werden, die vergilbungsbest\u00e4ndig sind, die den Modul des Beschichtungsfilms \u00e4ndern, um sich an Umweltver\u00e4nderungen anzupassen, die eine hohe H\u00e4rte, gute Flexibilit\u00e4t und Kratzfestigkeit aufweisen. Das f\u00fcr diese Anforderungen am besten geeignete Harz ist ein aliphatisches Acrylat-Polyurethanharz mit mehreren funktionellen Gruppen. Um die Kosten zu senken, k\u00f6nnen wir auch eine Kombination aus modifiziertem Epoxidacrylatharz und aliphatischem Urethanacrylat oder reinem Acrylharz w\u00e4hlen.<\/p>\n
4.2 Wahl des Monomers
\nEs gibt einen Widerspruch bei der Verwendung von Monomeren: aus Gr\u00fcnden der Hautreizung sollten alkoxylierte Acrylatmonomere gew\u00e4hlt werden, aus Gr\u00fcnden der Bewitterungsf\u00e4higkeit sollten keine alkoxylierten Acrylatmonomere gew\u00e4hlt werden. Der Autor schl\u00e4gt vor, dass die beste Wahl der Monomere f\u00fcr die Bewitterung Decklacke ist wie folgt: TMPTA, HDDA, TPGDA, die die Photodegradation reduzieren k\u00f6nnen.<\/p>\n
4.3 Auswahl der Fotoinitiatoren
\nDer wasserstofferh\u00f6hende Fotoinitiator Vergilbungskoeffizient ist gr\u00f6\u00dfer, in der Regel sollte die Rissbildung Typ w\u00e4hlen, um die Vergilbung zu reduzieren, in der Regel w\u00e4hlen 1173, 184, TPO und andere Arten in der Klarlack oder farbigen System-Anwendungen.<\/p>\n
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