Les vernis UV sont utilis\u00e9s dans de nombreux domaines du rev\u00eatement de surface pour leurs excellentes propri\u00e9t\u00e9s de surface : haute r\u00e9sistance, haute duret\u00e9, haute r\u00e9sistance \u00e0 l'abrasion, haute brillance, haute r\u00e9sistance aux solvants ; la technologie de durcissement par UV est devenue une technologie verte respectueuse de l'environnement gr\u00e2ce \u00e0 sa vitesse de durcissement rapide, sa faible pollution et ses \u00e9conomies d'\u00e9nergie. Les vernis UV repr\u00e9sentent environ 98% des vernis polym\u00e9ris\u00e9s par rayonnement. Des rev\u00eatements int\u00e9rieurs tels que les rev\u00eatements de sol et les rev\u00eatements de meubles en bois aux rev\u00eatements industriels tels que les rev\u00eatements plastiques, les rev\u00eatements anticorrosion, les rev\u00eatements pour motos et les rev\u00eatements pour automobiles, de plus en plus d'applications confirment l'id\u00e9e de Harbourne d'une \"technologie de durcissement par rayonnement omnipr\u00e9sente\". Les vernis UV \u00e9tant utilis\u00e9s \u00e0 l'ext\u00e9rieur, la r\u00e9sistance aux intemp\u00e9ries est devenue un sujet de pr\u00e9occupation. Cet article est une discussion pr\u00e9liminaire sur la r\u00e9sistance aux intemp\u00e9ries des vernis de finition UV.<\/p>\n
1. Le concept de base de la r\u00e9sistance aux intemp\u00e9ries
\nLa r\u00e9sistance aux intemp\u00e9ries d'une peinture fait principalement r\u00e9f\u00e9rence aux propri\u00e9t\u00e9s m\u00e9caniques telles que le module, la r\u00e9sistance, l'adh\u00e9rence et les propri\u00e9t\u00e9s optiques (telles que la r\u00e9tention de la couleur et de la lumi\u00e8re), ainsi qu'aux modifications des propri\u00e9t\u00e9s chimiques (telles que la fragilisation, le farinage et la corrosion) lorsque la peinture est expos\u00e9e aux conditions de l'environnement ext\u00e9rieur.
\nSous l'action de la lumi\u00e8re, de l'air et de l'eau (pluies acides), le processus de d\u00e9gradation ext\u00e9rieure des rev\u00eatements comprend principalement la d\u00e9gradation oxydative photo-induite, la d\u00e9gradation par l'eau, la d\u00e9gradation thermique et la d\u00e9gradation par rayonnement \u00e0 haute \u00e9nergie. 2.<\/p>\n
2. Les caract\u00e9ristiques particuli\u00e8res des vernis \u00e0 s\u00e9chage UV
\nD'apr\u00e8s la th\u00e9orie, nous savons que la d\u00e9gradation oxydative photo-induite, l'hydrolyse, la d\u00e9gradation thermique et la d\u00e9gradation due aux rayonnements de haute \u00e9nergie sont les facteurs qui causent la d\u00e9gradation de la r\u00e9sistance aux intemp\u00e9ries de la surface du rev\u00eatement. Pour am\u00e9liorer la r\u00e9sistance aux intemp\u00e9ries, les trois facteurs suivants doivent \u00eatre exclus autant que possible de la composition du rev\u00eatement : (1) l'absorption des longueurs d'onde sup\u00e9rieures \u00e0 290 nm, (2) les r\u00e9sines susceptibles de capturer des atomes d'hydrog\u00e8ne et (3) les groupes fonctionnels susceptibles d'\u00eatre hydrolys\u00e9s.
\nCependant, la composition des vernis UV pr\u00e9sente au moins deux des points ci-dessus : le photo-initiateur absorbe les longueurs d'onde dans la plage 200~400nm ; le photo-initiateur g\u00e9n\u00e8re des radicaux libres avec des atomes d'hydrog\u00e8ne actifs (provenant de la r\u00e9sine ou d'additifs). Par cons\u00e9quent, les rev\u00eatements \u00e0 s\u00e9chage UV sont confront\u00e9s d\u00e8s le d\u00e9part au probl\u00e8me de la r\u00e9sistance aux intemp\u00e9ries.
\nLe probl\u00e8me d'alt\u00e9ration des vernis UV est principalement le photovieillissement. Ses caract\u00e9ristiques particuli\u00e8res sont les suivantes : il a besoin de la lumi\u00e8re UV pour durcir, et une exposition prolong\u00e9e \u00e0 la lumi\u00e8re UV entra\u00eenera une d\u00e9t\u00e9rioration de la qualit\u00e9 du film. La lumi\u00e8re du soleil contient des UVA et des UVB ; le vernis durcissant \u00e0 long terme peut facilement cr\u00e9er un r\u00e9seau r\u00e9ticul\u00e9 de groupes carbonyles, aryles et autres groupes absorbant la lumi\u00e8re, ainsi qu'un photo-initiateur r\u00e9siduel, un promoteur de photo-initiateur (photosensibilisateur) et d'autres impuret\u00e9s absorbant la lumi\u00e8re qui absorbent les UVB ou m\u00eame les UVA, r\u00e9arrangent les liaisons chimiques et se d\u00e9t\u00e9riorent avec l'\u00e2ge. Dans des conditions d'oxyg\u00e8ne ext\u00e9rieur, l'oxyg\u00e8ne mol\u00e9culaire peut \u00eatre photosensibilis\u00e9 pour produire de l'oxyg\u00e8ne lin\u00e9aire unique hautement r\u00e9actif afin de former des produits d'oxydation et une photod\u00e9gradation des polym\u00e8res macromol\u00e9culaires, et peut \u00e9galement former des radicaux peroxyles et une capture d'hydrog\u00e8ne, un clivage, une r\u00e9ticulation, un r\u00e9arrangement et d'autres r\u00e9actions. En cons\u00e9quence, le module devient plus petit, le jaunissement augmente, le film de rev\u00eatement devient cassant et la r\u00e9sistance aux intemp\u00e9ries se d\u00e9t\u00e9riore. Il est donc extr\u00eamement important de comprendre les propri\u00e9t\u00e9s climatiques des rev\u00eatements durcis aux UV \u00e0 partir de leur composition.<\/p>\n
3 Facteurs influen\u00e7ant la r\u00e9sistance aux intemp\u00e9ries de la couche de finition W<\/p>\n
3.1 Composition de la r\u00e9sine
\nLes vernis \u00e0 s\u00e9chage UV sont issus du d\u00e9veloppement du syst\u00e8me de r\u00e9sine, du syst\u00e8me de polyester insatur\u00e9 \u00e0 la transition vers le syst\u00e8me acrylique, \u00e0 partir de la structure acrylique peut \u00eatre analys\u00e9e, s'il s'agit d'un vernis acrylate pur, sa r\u00e9sistance aux intemp\u00e9ries devrait \u00eatre excellente, mais en raison du co\u00fbt et de la n\u00e9cessit\u00e9 de modifier et d'introduire d'autres groupes fonctionnels, ce qui modifie les propri\u00e9t\u00e9s structurelles. \u00c0 l'heure actuelle, les r\u00e9sines \u00e9poxy-acrylates et ur\u00e9thanes-acrylates sont encore les plus utilis\u00e9es dans le monde. Les exp\u00e9riences suivantes nous permettent de comprendre les propri\u00e9t\u00e9s d'alt\u00e9ration de certaines cat\u00e9gories de r\u00e9sines.<\/p>\n
3.1.1 Mati\u00e8res premi\u00e8res et formulations
\nEATM (r\u00e9sine \u00e9poxy acrylate standard au bisph\u00e9nol A), UVU6609 (r\u00e9sine acrylate d'ur\u00e9thane aliphatique), UVP9200 (r\u00e9sine acrylate de polyester), UVA1000 (r\u00e9sine acrylate pure), qui sont tous des produits de la soci\u00e9t\u00e9 Longchang chemical ; UVU6200 (r\u00e9sine acrylate de poly\u00e9ther ur\u00e9thane aromatique), Longchang chemical ; 1173 (2-hydroxy-2-m\u00e9thyl-1-ph\u00e9nylac\u00e9tone), Longchang chemical TPGDA (diacrylate de tripropyl\u00e8neglycol), Longchang chemical company.<\/p>\n
3.1.3 Discussion des r\u00e9sultats
\n(1) La r\u00e9sine \u00e9poxy acrylique au bisph\u00e9nol A est la plus r\u00e9pandue dans les applications UV, et ses avantages se traduisent par une vitesse de durcissement rapide, une brillance \u00e9lev\u00e9e et une bonne duret\u00e9. \u00c9tant donn\u00e9 que les Ar-O-R de la r\u00e9sine peuvent absorber la lumi\u00e8re UV sup\u00e9rieure \u00e0 290 nm et subir une photocatalyse pour produire des radicaux libres et participer \u00e0 la d\u00e9gradation oxydative, le jaunissement est plus important sous une forte lumi\u00e8re UV au d\u00e9but, mais il n'est pas significatif dans des conditions naturelles.
\n(2) Les r\u00e9sines acryliques de polyur\u00e9thane peuvent \u00eatre class\u00e9es en aromatiques et aliphatiques sur la base de la structure du groupe - NCO impliqu\u00e9 dans la r\u00e9action. Les carbamates aromatiques (Ar-NH-COOR) peuvent \u00e9galement absorber la lumi\u00e8re UV \u00e0 290 nm et se scinder directement en structures quinones.
\nEn outre, les liaisons \u00e9ther des poly\u00e9thers polyur\u00e9thanes avec des liaisons \u00e9ther sont \u00e9galement tr\u00e8s sensibles \u00e0 la photod\u00e9gradation.
\nLes polyur\u00e9thanes aliphatiques pr\u00e9sentent une l\u00e9g\u00e8re d\u00e9coloration lors du premier durcissement, mais montrent une excellente r\u00e9sistance aux intemp\u00e9ries dans des conditions naturelles. En raison de la structure droite de la cha\u00eene, les films r\u00e9ticul\u00e9s sont l\u00e9g\u00e8rement moins r\u00e9sistants aux alcalis.
\n(3) Les r\u00e9sines acryliques pures ont une r\u00e9sistance structurelle sup\u00e9rieure aux intemp\u00e9ries. Bien que les polym\u00e8res acryliques aient une excellente r\u00e9sistance au vieillissement, ils pr\u00e9sentent de nombreux inconv\u00e9nients s'ils sont utilis\u00e9s comme r\u00e9sine principale pour les rev\u00eatements : principalement, le film durci a une mauvaise r\u00e9sistance aux acides et aux alcalis, une mauvaise r\u00e9sistance aux solvants, et en cas d'\u00e9bullition dans une solution de 10% KOH pendant 15 minutes apr\u00e8s la formation du film, le film se boursoufle et se d\u00e9colle en raison de l'hydrolyse du polym\u00e8re.
\n(4) La r\u00e9sine acrylate de polyester, en raison de la structure ramifi\u00e9e de la cha\u00eene pour renforcer la r\u00e9ticulation, la structure serr\u00e9e, la meilleure r\u00e9sistance, la r\u00e9sistance aux solvants est \u00e9galement forte. Mais la partie synth\u00e8se du polyester affectera son jaunissement en raison du nombre et de la position de l'anneau benz\u00e9nique et des h\u00e9t\u00e9roatomes.
\n3.2 Photoinitiateur
\nDans les vernis \u00e0 s\u00e9chage UV, les photo-initiateurs sont des initiateurs de radicaux libres. En fonction de leurs caract\u00e9ristiques structurelles, ils peuvent \u00eatre divis\u00e9s en : compos\u00e9s carbonyl\u00e9s, colorants, compos\u00e9s organiques m\u00e9talliques, compos\u00e9s halog\u00e9n\u00e9s, compos\u00e9s azo\u00efques et compos\u00e9s peroxyd\u00e9s. Selon le m\u00e9canisme de g\u00e9n\u00e9ration de radicaux libres, on peut distinguer le type de clivage et le type d'extraction d'hydrog\u00e8ne.
\n\u00c0 l'heure actuelle, l'application industrielle mondiale reste principalement un initiateur de type radical libre, les autres classes ne sont utilis\u00e9es qu'en tr\u00e8s faible quantit\u00e9, et m\u00eame les classes individuelles ne sont encore utilis\u00e9es qu'en laboratoire. En Chine, on trouve principalement 1173, 184 (1-Hydroxycyclohexyl ph\u00e9nyl c\u00e9tone, Longchang chemical), TPO (2,4,6-trim\u00e9thylbenzoyl-diph\u00e9nyl phosphine oxyde, Longchang chemical) et d'autres types de clivage et BP (benzoph\u00e9none, Longchang chemical), ITX (isopropylthioanthrone, Longchang chemical), CTX (2,4-dichlorothioxanthrone, Longchang chemical) et d'autres types d'extraction de l'hydrog\u00e8ne.
\n3.2.1 Type de clivage
\nLe photo-initiateur de type clivage est appliqu\u00e9 dans le syst\u00e8me acrylique, qui n'est pas facile \u00e0 jaunir ou qui a un faible coefficient de jaunissement. La raison principale est que la longueur d'onde de d\u00e9calage vers le rouge du benzyle substitu\u00e9 est faible et qu'il n'est pas facile de produire une d\u00e9coloration par r\u00e9sonance. Toutefois, son odeur d\u00e9sagr\u00e9able constitue un obstacle \u00e0 l'application.
\n3.2.2 Type d'extraction de l'hydrog\u00e8ne
\nCe type de photo-initiateur doit \u00eatre associ\u00e9 \u00e0 des compos\u00e9s contenant de l'hydrog\u00e8ne actif afin de produire des r\u00e9actions bimol\u00e9culaires et de g\u00e9n\u00e9rer des radicaux libres pour favoriser la r\u00e9action. Les compos\u00e9s qui fournissent de l'hydrog\u00e8ne actif (\u00e9galement appel\u00e9s photosensibilisateurs) sont principalement des amines tertiaires, de la tri\u00e9thanolamine, des amines actives, et des exp\u00e9riences utilisant diff\u00e9rents photosensibilisateurs peuvent montrer leur relation avec le jaunissement du film de rev\u00eatement.
\nLa pr\u00e9sence de photosensibilisateurs est \u00e9galement susceptible d'\u00eatre due \u00e0 la pr\u00e9sence de groupes \u00e9metteurs de couleur : groupes carbonyles conjugu\u00e9s \u00e0 des anneaux amin\u00e9s ou aromatiques, qui intensifient le jaunissement et la r\u00e9action de d\u00e9gradation. Une autre raison est que le photo-initiateur dans les vernis UV restera 1~2% dans le syst\u00e8me pour r\u00e9agir, cette partie du photo-initiateur dans l'absorption naturelle de la lumi\u00e8re ultraviolette caus\u00e9e par la double liaison r\u00e9siduelle de r\u00e9ticulation profonde, ce qui entra\u00eene une d\u00e9coloration, une fissuration ou un plissement du film de vernis.
\n3.3 Monom\u00e8re
\nLes monom\u00e8res ont des vitesses de r\u00e9action diff\u00e9rentes dans le processus de durcissement, plus la r\u00e9action est rapide, plus il y a de doubles liaisons r\u00e9siduelles dans le monom\u00e8re. La pr\u00e9sence de groupes fonctionnels avec des liaisons \u00e9ther est sujette \u00e0 la photod\u00e9gradation, ainsi pour le TPGDA, le DPGDA (diacrylate de dipropyl\u00e8ne glycol), le (EO)TMPTA (triacrylate d'\u00e9thoxytrim\u00e9thylolpropane), le (PO)TMPTA (triacrylate de propoxytrim\u00e9thylolpropane) et d'autres monom\u00e8res contenant une structure \u00e9ther condens\u00e9e dans l'alcool est plus sujette \u00e0 la r\u00e9action de photod\u00e9gradation, il est rapport\u00e9 que la structure \u00e9thoxy que la structure d'oxyde de propyl\u00e8ne est moins stable \u00e0 la lumi\u00e8re. La stabilit\u00e9 \u00e0 la lumi\u00e8re de la structure \u00e9thoxy est moins bonne que celle de la structure propoxy, et l'ordre de stabilit\u00e9 \u00e0 la lumi\u00e8re parmi plusieurs monom\u00e8res conventionnels est le suivant.
\nTMPTA > NPGDA (diacrylate de n\u00e9opentyle et de glycol) > HDDA > TPGDA > (EO)TMPTA \u2248 (P0)TMPTA<\/p>\n
4 Mesures pour am\u00e9liorer la r\u00e9sistance aux intemp\u00e9ries du vernis de finition UV<\/p>\n
4.1 S\u00e9lection de la r\u00e9sine
\nAfin d'am\u00e9liorer la r\u00e9sistance aux intemp\u00e9ries des finitions UV ext\u00e9rieures, il est n\u00e9cessaire de s\u00e9lectionner des r\u00e9sines qui r\u00e9sistent au jaunissement, au changement de module du film de rev\u00eatement pour s'adapter aux changements environnementaux, \u00e0 une duret\u00e9 \u00e9lev\u00e9e, \u00e0 une bonne flexibilit\u00e9 et \u00e0 la r\u00e9sistance aux rayures. La r\u00e9sine la mieux adapt\u00e9e \u00e0 ces exigences est une r\u00e9sine polyur\u00e9thane acrylate aliphatique \u00e0 groupes fonctionnels multiples. Afin de r\u00e9duire les co\u00fbts, nous pouvons \u00e9galement choisir une combinaison de r\u00e9sine \u00e9poxy acrylate modifi\u00e9e et d'acrylate d'ur\u00e9thane aliphatique ou de r\u00e9sine acrylique pure.<\/p>\n
4.2 Choix du monom\u00e8re
\nIl existe une contradiction dans l'utilisation des monom\u00e8res : pour l'irritation de la peau, il convient de choisir des monom\u00e8res acrylates alcoxyl\u00e9s, alors que pour la r\u00e9sistance aux intemp\u00e9ries, il ne faut pas choisir de monom\u00e8res acrylates alcoxyl\u00e9s. L'auteur sugg\u00e8re que le meilleur choix de monom\u00e8res pour les couches de finition r\u00e9sistantes aux intemp\u00e9ries est le suivant : TMPTA, HDDA, TPGDA, qui peuvent r\u00e9duire la photod\u00e9gradation.<\/p>\n
4.3 S\u00e9lection des photo-initiateurs
\nLe coefficient de jaunissement du photo-initiateur \u00e0 levage d'hydrog\u00e8ne \u00e9tant plus \u00e9lev\u00e9, il convient g\u00e9n\u00e9ralement de choisir le type de fissuration pour r\u00e9duire le jaunissement, en particulier les types 1173, 184, TPO et autres dans les applications de couches transparentes ou de syst\u00e8mes color\u00e9s.<\/p>\n
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| Photoinitiateur TPO<\/span><\/a><\/td>\n | CAS 75980-60-8<\/td>\n<\/tr>\n | ||||||||||||||
| Photoinitiateur TMO<\/span><\/a><\/td>\n | CAS 270586-78-2<\/td>\n<\/tr>\n | ||||||||||||||
| Photoinitiateur PD-01<\/span><\/a><\/td>\n | CAS 579-07-7<\/td>\n<\/tr>\n | ||||||||||||||
| Photoinitiateur PBZ<\/span><\/a><\/td>\n | CAS 2128-93-0<\/td>\n<\/tr>\n | ||||||||||||||
| Photoinitiateur OXE-02<\/span><\/a><\/td>\n | CAS 478556-66-0<\/td>\n<\/tr>\n | ||||||||||||||
| Photoinitiateur OMBB<\/span><\/a><\/td>\n | CAS 606-28-0<\/td>\n<\/tr>\n | ||||||||||||||
| Photoinitiateur MPBZ (6012)<\/span><\/a><\/td>\n | CAS 86428-83-3<\/td>\n<\/tr>\n | ||||||||||||||
| Photoinitiateur MBP<\/span><\/a><\/td>\n | CAS 134-84-9<\/td>\n<\/tr>\n | ||||||||||||||
| Photoinitiateur MBF<\/span><\/a><\/td>\n | CAS 15206-55-0<\/td>\n<\/tr>\n | ||||||||||||||
| Photoinitiateur LAP<\/span><\/a><\/td>\n | CAS 85073-19-4<\/td>\n<\/tr>\n | ||||||||||||||
| Photoinitiateur ITX<\/span><\/a><\/td>\n | CAS 5495-84-1<\/td>\n<\/tr>\n | ||||||||||||||
| Photoinitiateur EMK<\/span><\/a><\/td>\n | CAS 90-93-7<\/td>\n<\/tr>\n | ||||||||||||||
| Photoinitiateur EHA<\/span><\/a><\/td>\n | CAS 21245-02-3<\/td>\n<\/tr>\n | ||||||||||||||
| Photo-initiateur EDB<\/span><\/a><\/td>\n | CAS 10287-53-3<\/td>\n<\/tr>\n | ||||||||||||||
| Photoinitiateur DETX<\/span><\/a><\/td>\n | CAS 82799-44-8<\/td>\n<\/tr>\n | ||||||||||||||
| Photoinitiateur CQ \/ Camphorquinone<\/span><\/a><\/td>\n | CAS 10373-78-1<\/td>\n<\/tr>\n | ||||||||||||||
| Photoinitiateur CBP<\/span><\/a><\/td>\n | CAS 134-85-0<\/td>\n<\/tr>\n | ||||||||||||||
| Photo-initiateur BP \/ Benzoph\u00e9none<\/span><\/a><\/td>\n | CAS 119-61-9<\/td>\n<\/tr>\n | ||||||||||||||
| Photoinitiateur BMS<\/span><\/a><\/td>\n | CAS 83846-85-9<\/td>\n<\/tr>\n | ||||||||||||||
| Photoinitiateur 938<\/span><\/a><\/td>\n | CAS 61358-25-6<\/td>\n<\/tr>\n | ||||||||||||||
| Photoinitiateur 937<\/span><\/a><\/td>\n | CAS 71786-70-4<\/td>\n<\/tr>\n | ||||||||||||||
| Photo-initiateur 819 DW<\/span><\/a><\/td>\n | CAS 162881-26-7<\/td>\n<\/tr>\n | ||||||||||||||
| Photoinitiateur 819<\/span><\/a><\/td>\n | CAS 162881-26-7<\/td>\n<\/tr>\n | ||||||||||||||
| Photoinitiateur 784<\/span><\/a><\/td>\n | CAS 125051-32-3<\/td>\n<\/tr>\n | ||||||||||||||
| Photoinitiateur 754<\/span><\/a><\/td>\n | CAS 211510-16-6 442536-99-4<\/td>\n<\/tr>\n | ||||||||||||||
| Photoinitiateur 6993<\/span><\/a><\/td>\n | CAS 71449-78-0<\/td>\n<\/tr>\n | ||||||||||||||
| Photoinitiateur 6976<\/span><\/a><\/td>\n | CAS 71449-78-0 89452-37-9 108-32-7<\/td>\n<\/tr>\n | ||||||||||||||
| Photoinitiateur 379<\/span><\/a><\/td>\n | CAS 119344-86-4<\/td>\n<\/tr>\n | ||||||||||||||
| Photoinitiateur 369<\/span><\/a><\/td>\n | CAS 119313-12-1<\/td>\n<\/tr>\n | ||||||||||||||
| Photoinitiateur 160<\/a><\/span><\/td>\n | CAS 71868-15-0<\/td>\n<\/tr>\n | ||||||||||||||
| Photoinitiateur 1206<\/span><\/a><\/td>\n | <\/td>\n<\/tr>\n | ||||||||||||||
| Photoinitiateur 1173<\/span><\/a><\/td>\n | CAS 7473-98-5<\/td>\n<\/tr>\n<\/tbody>\n<\/table>\n <\/p>\n 4.4 S\u00e9lection d'autres additifs (2) Stabilisateurs de lumi\u00e8re \u00e0 base d'amines encombr\u00e9es (HALS) et antioxydants Stabilisateurs l\u00e9gers Produits de la m\u00eame s\u00e9rie<\/strong><\/h2>\n<\/p>\n
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