Az UV bevonatokat számos felületbevonási területen használják kiváló felületi tulajdonságaik miatt: nagy szilárdság, nagy keménység, nagy kopásállóság, nagy fényesség, nagy oldószerállóság; az UV-hőkezelési technológia gyors hőkezelési sebességével, alacsony szennyezésével és energiatakarékosságával környezetbarát zöld technológiává vált. Az UV-bevonatok a sugárzással kikeményített bevonatok mintegy 98% részét teszik ki. A beltéri bevonatoktól, mint például a padlóbevonatok és a fa bútorbevonatok, az ipari bevonatokig, mint például a műanyag bevonatok, korrózióvédő bevonatok, motorkerékpár bevonatok és autóipari bevonatok, egyre több alkalmazás igazolja a Harbourne "mindenütt jelenlévő sugárzással történő keményítési technológia" elképzelését. Mivel az UV-bevonatokat kültéren használják, az időjárásállóság aggodalomra ad okot. Ez az írás az UV fedőlakkok időjárásállóságának előzetes tárgyalása.
1. Az időjárásállóság alapfogalma
A festék időjárásállósága elsősorban a mechanikai tulajdonságokra, mint például a modulus, a szilárdság, a tapadás és az optikai tulajdonságok (mint például a szín- és fényvisszatartás), valamint a kémiai tulajdonságok változásaira (mint például a ridegség, a kréta és a korrózió) vonatkozik, amikor a festék kültéri környezeti hatásoknak van kitéve.
A fény, a levegő és a víz (savas eső) hatására a bevonatok kültéri lebomlási folyamata főként a fény által kiváltott oxidatív lebomlást, a víz általi lebomlást, a termikus lebomlást és a nagy energiájú sugárzás okozta lebomlást foglalja magában. 2.
2. Az UV-keményített bevonatok különleges jellemzői
Az elméletből tudjuk, hogy a fényindukált oxidatív degradáció, a hidrolízis, a termikus degradáció és a nagy energiájú sugárzás okozta degradáció azok a tényezők, amelyek a bevonatfelület időjárásállóságának romlását okozzák. Az időjárásállóság javítása érdekében a bevonat összetételéből a lehető legnagyobb mértékben ki kell zárni a következő három tényezőt: (1) a 290 nm feletti hullámhosszúságok abszorpciója, (2) a hidrogénatom befogására hajlamos gyanták és (3) a hidrolízisre hajlamos funkciós csoportok.
Az UV-bevonatok összetétele azonban a fenti pontok közül legalább kettővel rendelkezik: a fotoiniciátor elnyeli a 200~400 nm-es hullámhosszakat; a fotoiniciátor aktív hidrogénatomokkal (gyantából vagy adalékanyagokból) szabad gyököket hoz létre. Ezért az UV-keményített bevonatoknak már a kezdetektől fogva problémát jelent az időjárásállóság.
Az UV-bevonatok időjárási problémája elsősorban a fény általi öregedés. Különleges jellemzői a következők: UV-fényre van szüksége a kikeményedéshez, és az UV-fénynek való hosszú ideig tartó expozíció a film minőségének romlásához vezet. A napfény UVA és UVB hosszú távú besugárzással gyógyító bevonat könnyen teszi a karbonil, aril és más fényelnyelő csoportok keresztkötésű hálózatát, valamint a maradék fotoiniciátor, fotoiniciátor promóter (fényérzékenyítő) és más fényelnyelő szennyeződések UVB vagy akár UVA abszorpciót és kémiai kötés átrendeződését és az öregedés romlását. Külső oxigénes körülmények között a molekuláris oxigén fényérzékenyítéssel nagy reakcióképességű egyvonalas oxigént hozhat létre, amely oxidációs termékeket és a makromolekuláris polimerek fotodegradációját eredményezi, valamint peroxilgyököket és hidrogénbefogást, hasadást, keresztkötést, átrendeződést és egyéb reakciókat is képezhet. Ennek eredményeképpen a modulus kisebb lesz, a sárgulás megnő, a bevonófilm törékennyé válik, és az időjárásállóság romlik. Ezért rendkívül fontos, hogy megértsük az UV-keményített bevonatok időjárási tulajdonságait az összetételükből kiindulva.
3 A W fedőréteg időjárásállóságát befolyásoló tényezők
3.1 A gyanta összetétele
UV kikeményített bevonatok a fejlesztés a gyanta rendszer telítetlen poliészter rendszer átmenet akrilát rendszer, az akril szerkezet elemezhető, ha ez egy tiszta akrilát bevonat, az időjárásállóság kell kiváló, de a költségek miatt, és a módosítás szükségessége és a bevezetése más funkciós csoportok, amely megváltoztatja a szerkezeti tulajdonságokat. Jelenleg a világon leginkább használtak még mindig az epoxiakrilát és az uretán akrilát gyanták. A következő kísérletek lehetővé teszik számunkra, hogy megértsük a gyanták néhány kategóriájának időjárási tulajdonságait.
3.1.1 Nyersanyagok és készítmények
EATM (standard bisphenol A epoxy acrylate resin), UVU6609 (aliphatic urethane acrylate resin), UVP9200 (polyester acrylate resin), UVA1000 (pure acrylate resin), all of which are products of Longchang chemical company; UVU6200 (aromatic polyether urethane UVU6200 (aromatic polyether polyurethane acrylate resin), Longchang chemical; 1173 (2-hydroxy-2-methyl-1-phenylacetone), Longchang chemical TPGDA (tripropyleneglycol diacrylate), Longchang chemical company.
3.1.3 Az eredmények megvitatása
(1) A biszfenol-A epoxi akrilgyanta a legelterjedtebb az UV alkalmazásokban, és előnyei a gyors kikeményedési sebességben, a magas fényességben és a jó keménységben tükröződnek. Mivel a gyantában lévő Ar-O-R 290 nm feletti UV-fényt képes elnyelni, és fotokrakkoláson megy keresztül, hogy szabad gyököket termeljen és részt vegyen az oxidatív lebomlásban, a sárgulás kezdetben erősebb UV-fényben súlyosabb, de természetes körülmények között nem jelentős.
(2) A poliuretán akrilgyanták a reakcióban részt vevő - NCO-csoport szerkezete alapján aromás és alifás csoportba sorolhatók. Az aromás karbamátok (Ar-NH-COOR) 290 nm-es UV-fényt is képesek elnyelni és közvetlenül kinonszerkezetekre hasadni.
Ezenkívül az éterkötésekkel rendelkező poliéter-poliuretánok éterkötései is nagyon érzékenyek a fotodegradációra.
Az alifás poliuretánok első kikeményedésükkor enyhén elszíneződnek, de természetes körülmények között kiváló időjárásállóságot mutatnak, és az egyenes láncszerkezet miatt a térhálósított filmek valamivel kevésbé lúgállóak.
(3) A tiszta akrilátgyanták kiváló szerkezeti időjárásállósággal rendelkeznek. Bár az akrilát polimerek kiváló öregedésállósággal rendelkeznek, számos hátránya van, ha a bevonatok fő gyantájaként használják: főként a kikeményített film gyenge sav- és lúgállósággal, oldószerállósággal rendelkezik, és a filmképzés után 15 percig 10% KOH oldatban forralva a film a polimer hidrolízise miatt hólyagosodik és leválik.
(4) Poliészter-akrilát gyanta, az elágazó láncszerkezet miatt a keresztkötés erősítése, szoros szerkezet, jobb szilárdság, oldószerállóság is erős. De a poliészter szintézis része befolyásolja a sárgulását a benzolgyűrű és a heteroatomok száma és helyzete miatt.
3.2 Fotoiniciátor
Az UV-keményített bevonatokban a fotoiniciátorok szabadgyökös iniciátorok. Szerkezeti jellemzőik alapján a következőkre oszthatók: karbonilvegyületek, színezékek, fémorganikus, halogéntartalmú vegyületek, azovegyületek és peroxivegyületek. A szabadgyök-képződés mechanizmusa szerint a szabadgyök-képződés típusát hasító és hidrogén-elvonó típusra lehet osztani.
Jelenleg a globális ipari alkalmazás még mindig főként a szabad gyök típusú iniciátor, más osztályok csak nagyon kis mennyiségben használatosak, és még az egyes osztályokat is csak laboratóriumban használják. Kínában elsősorban 1173, 184 (1-hidroxi-ciklohexil-fenil-keton, Longchang vegyi anyag), TPO (2,4,6-trimetil-benzoil-difenil-foszfin-oxid, Longchang vegyi anyag) és más hasító típusú és BP (benzofenon, Longchang vegyi anyag), ITX (izopropil-tioantron, Longchang vegyi anyag), CTX (2,4-diklór-tioxantron, Longchang vegyi anyag) és más hidrogén extrakciós típusok.
3.2.1 Hasadási típus
A hasító típusú fotoiniciátort akrilát rendszerben alkalmazzák, amely nem könnyen sárgul vagy kis sárgulási együtthatóval rendelkezik. Ennek fő oka az, hogy a szubsztituált benzil vöröseltolódási hullámhossza kicsi, és nem könnyű rezonanciaelszíneződést előidézni. Kellemetlen szaga azonban alkalmazási akadályt jelent.
3.2.2 Hidrogén extrakció típusa
Az ilyen típusú fotoiniciátornak aktív hidrogént tartalmazó vegyületekkel kell együtt lennie, hogy bimolekuláris reakciókat hozzon létre, és szabad gyököket hozzon létre a reakció elősegítésére. Az aktív hidrogént biztosító vegyületek (más néven fotoszenzibilizátorok) főként tercier aminok, trietanolamin, aktív aminok, és a különböző fotoszenzibilizátorokkal végzett kísérletek megmutathatják a bevonófilm sárgulásával való kapcsolatukat.
A fényérzékenyítők jelenléte valószínűleg a színkibocsátó csoportok jelenlétének is köszönhető: amino- vagy aromás gyűrűkhöz konjugált karbonilcsoportok, amelyek fokozzák a sárgulási és lebomlási reakciót. Egy másik ok az, hogy a fotoiniciátor UV bevonatokban marad 1~2% a rendszerben reagálni, ez a része a fotoiniciátor természetes fény abszorpciója ultraibolya fény okozta maradék kettős kötés mély keresztkötés, ami elszíneződés, repedés vagy ráncosodás a bevonat film.
3.3 Monomer
A különböző monomerek különböző reakciósebességgel reagálnak a keményedési folyamat során, minél gyorsabb a reakció, annál több kettős kötés marad vissza a monomerben. Az éterkötésekkel rendelkező funkciós csoportok jelenléte hajlamos a fotodegradációra, így a TPGDA, DPGDA (dipropilénglikol-diacrilát), (EO)TMPTA (etoxitrimetilolpropántrikrilát), (PO)TMPTA (propoxitrimetilolpropántrikrilát) és más, alkohol-kondenzált éterszerkezetet tartalmazó monomerek hajlamosabbak a fotodegradációs reakcióra, azt jelentették, hogy az etoxi, mint a propilén-oxid szerkezet kevésbé stabil, mint a fény. Az etoxiszerkezet fénystabilitása rosszabb, mint a propoxiszerkezeté, és a fénystabilitás sorrendje több hagyományos monomer között a következő.
TMPTA > NPGDA (neopentilglikol-diacrilát) > HDDA > TPGDA > (EO)TMPTA ≈ (P0)TMPTA
4 Intézkedések az UV-fedőréteg időjárásállóságának javítására
4.1 A gyanta kiválasztása
A kültéri UV-festékek időjárásállóságának javítása érdekében olyan gyantákat kell kiválasztani, amelyek ellenállnak a sárgulásnak, a bevonatfilm modulusának a környezeti változásokhoz való alkalmazkodáshoz szükséges változásának, nagy keménységének, jó rugalmasságának és karcállóságának. A legmegfelelőbb gyanta ezekre a követelményekre a több funkciós csoportot tartalmazó alifás akrilát poliuretángyanta. A költségek csökkentése érdekében választhatjuk a módosított epoxi-akrilát gyanta és az alifás uretán-akrilát vagy a tiszta akrilgyanta kombinációjának egy részét is.
4.2 A monomer kiválasztása
A monomerek használatában ellentmondás van: a bőrirritáció szempontjából az alkoxiált akrilát monomerekből kell választani, az időjárásállóság szempontjából nem szabad az alkoxiált akrilát monomerekből választani. A szerző azt javasolja, hogy a monomerek legjobb választása az időjárásálló fedőrétegekhez a következő: TMPTA, HDDA, TPGDA, amelyek csökkenthetik a fotodegradációt.
4.3 A fotoiniciátorok kiválasztása
A hidrogén-emelő fotoiniciátor sárgulási együtthatója nagyobb, általában a repedés típusát kell választani a sárgulás csökkentése érdekében, általában az 1173, 184, TPO és más típusokat választják a tiszta bevonat vagy a színes rendszer alkalmazásokban.
4.4 Egyéb adalékanyagok kiválasztása
(1) UV-abszorber
Más típusú bevonatoknál az UV-abszorbereket általában a polimerek UV-abszorpciójának csökkentésére használják, vagy egyszerű gerjesztett állapotú csapdázókat adnak hozzá a szabad gyökök eltávolítására az időjárásállóság javítása érdekében. Az UV-vel kikeményített bevonatoknak maximális UV fényelnyelésre van szükségük ahhoz, hogy a kikeményedés során több gyök keletkezzen, ezért az UV-abszorberek hozzáadása többé-kevésbé leárnyékolja a rendszerben lévő fotoiniciátort, ami alacsonyabb kikeményedési sebességet és alacsonyabb polimer konverziót eredményez. A legjobb <0,1 % hozzáadási mennyiséget vizsgálták, és a formamidin hozzáadása jobb, mint a benzotriazol és az aromás észter vegyületeké.
(2) Akadályozott amin fénystabilizátorok (HALS) és antioxidánsok
A HALS fő jellemzője a fotooxidáció nitron gyökökké (R2NO - ), R: NO - a polimer gyökökben és a reakció befejezése a diszkordancia reakció vagy a kapcsolási reakció által, illetve hidroxil-aminok és éterek hidroxil-aminok és éterek előállítása érdekében, majd hidroperoxidokká bomlik, és ezt követően keletkezik R: NO -és így tovább, ami nagyban csökkenti a gyanta lebomlásának lehetőségét. Egyes szakértők úgy vélik, hogy a HALS hozzáadása előnyös lesz az UV-bevonatok időjárásállósága szempontjából.
Ugyanaz az elv, mint az UV-abszorber, a HALS hozzáadása is zavarja a szabad gyökök reakcióját a fénykeményedési folyamatban. 0,1% hozzáadása 0,05%-hez, matt bevonatrendszerben (fényesség <50 60°-on), az a jelenség, hogy a felület egyáltalán nem szárad meg. Ezért nem ajánlott a HALS hozzáadása.
Az antioxidánsokat előoxidánsokra és láncbontó antioxidánsokra osztják. Mivel elsősorban a peroxid reakcióját gátolja a redoxireakcióval, kevésbé hat az UV-keményítésre, ezért opcionális, és általában jobb a trifenilfoszfitot választani.
(3) Részben átlátszó színezékek kiválasztása
A sötét vagy egyszínű bevonatok még mindig problémát jelentenek az UV-bevonatok számára, de a vékony bevonatokhoz < 3% átlátszó színezékek adhatók hozzá, hogy erősítsék a természetes fény UVA árnyékolását, különösen a napfény abszorpcióját vagy visszaverődését a 330 ~ 400 nm-es ultraibolya fényben, hogy csökkentsék a bevonat fényének öregedését.
Fénystabilizátorok Ugyanaz a sorozat termékei
(4) A fluoreszkáló fehérítőszer kiválasztása
A fluoreszcens fényesítőszereket az UV-fény elnyelésére használják, és a bevonat kék vagy lila színű lesz, ami azt jelenti, hogy a bevonat "kék fényű" lesz, hogy kiküszöbölje a sárga színt. A fluoreszcens fehérítőszer használata után probléma, hogy a fehérítőszer versenyez a fotoiniciátorral a fény elnyelésére, ezért magas iniciálási hatékonyságú fotoiniciátort kell választani.
5 Következtetés
(1) A gyanta, a fotoiniciátor és a monomer szerkezetét az UV-fedőréteg összetételéből elemezték, hogy befolyásolja az időjárásállóságot.
(2) Az alifás poliuretán-akrilát gyanta és a repesztő fotoiniciátor és több monomer választása alkoxilálás nélkül javíthatja a bevonófilm időjárásállóságát.
(3) Az adalékanyagok kiválasztásából azt javasolják, hogy kis mennyiségű UV-abszorberek, antioxidánsok és színezékek hozzáadásával a természetes fény UV-fényét le lehet árnyékolni, hogy csökkentsék a fotoöregedést; a fluoreszkáló fehérítőszereket a kék kiegészítésére használják a sárgulás kiküszöbölésére.