Wat is UV-hars op waterbasis?
Aan het eind van de jaren 1960 werd ultraviolet (UV) uithardingstechnologie ontwikkeld en toegepast in de coatingharsindustrie als een nieuw type groene technologie. De eerste UV-uithardende coatings ontstonden in Bayer, Duitsland. Mijn land begon in de jaren 1970 het gebied van foto-uithardende coatings te betreden en heeft zich de afgelopen jaren snel ontwikkeld en toegepast. UV-hars is het hoofdbestanddeel van het lichtuithardende systeem. Het is een oligomeer dat na bestraling met ultraviolet licht in korte tijd fysische en chemische veranderingen kan ondergaan en snel vernet en uitgehard wordt. Nadat de UV-coating is uitgehard, zijn de basiseigenschappen van de coating grotendeels afhankelijk van het belangrijkste filmvormende materiaal - UV-hars. De eigenschappen van het UV-hars worden bepaald door het macromoleculaire polymeer waaruit het hars bestaat, de moleculaire structuur, het moleculaire gewicht en het moleculaire gewicht van het polymeer. De dubbele bindingsdichtheid en de glasovergangstemperatuur hebben invloed op de eigenschappen van de hars. Traditionele UV-harsen op oliebasis hebben een groot moleculair gewicht en een hoge viscositeit en zijn ontoereikend voor het coatingproces en de beheersing van de verflaagprestaties. Acrylaat reactieve verdunningsmiddelen bevatten onverzadigde dubbele bindingen en hebben een lage viscositeit. Wanneer ze worden toegevoegd aan UV-uithardingssystemen, kunnen ze de viscositeit van de hars verlagen, de dichtheid van de crosslinking van de hars verhogen en de filmeigenschappen van de hars verbeteren. De meeste actieve verdunningsmiddelen zijn echter giftig en irriterend voor de menselijke huid, slijmvliezen en ogen. Bovendien is het moeilijk voor verdunningsmiddelen om volledig te reageren tijdens UV-bestraling, en residuele monomeren zullen de prestaties op lange termijn van de uitgeharde film direct beïnvloeden. prestaties, wat de toepassing in verpakkingsmaterialen voor voedselhygiëneproducten beperkt.
UV-hars op waterbasis erft en ontwikkelt de eigenschappen van zowel traditionele UV-coatings als coatings op waterbasis en heeft de voordelen van veiligheid en milieubescherming, energiebesparing en hoge efficiëntie, instelbare viscositeit, dunne coatinglaag en lage kosten. UV-hars op waterbasis is een hoogmoleculaire dispersie op waterbasis waarvan de viscositeit kan worden aangepast door water, waardoor de schadelijke effecten van reactieve verdunningsmiddelen worden vermeden en de tegenstelling tussen de hardheid en flexibiliteit van traditionele UV-coatings wordt opgelost. In de afgelopen tien jaar heeft dit type coating zich snel ontwikkeld en is het een belangrijke richting geworden in de ontwikkeling van coatings.
1. Soorten UV op waterbasis
UV-harsen op waterbasis zijn UV-harsen die oplosbaar of dispergeerbaar zijn in water en een bepaalde hoeveelheid hydrofiele groepen zoals carboxyl-, hydroxyl-, amino-, ether- of amidegroepen in het molecuul bevatten, evenals acryl-, methacryloyl- of alkeengroepen. Onverzadigde groepen zoals propyl. Momenteel omvatten UV-harsen op waterbasis voornamelijk polyacrylaat op waterbasis, polyesteracrylaat op waterbasis, epoxyacrylaat op waterbasis en polyurethaanacrylaat op waterbasis.
Polyacrylaat op waterbasis
Polyacrylaat op waterbasis is goedkoop, heeft een goede weerstand tegen vergeling en hecht goed op verschillende substraten, maar heeft een lage mechanische sterkte en hardheid en een slechte weerstand tegen zuren en alkaliën. Daarom wordt polyacrylaat op waterbasis over het algemeen niet gebruikt als de belangrijkste hars in praktische toepassingen en wordt het alleen gebruikt in combinatie om sommige eigenschappen van fotocurabele coatings en inkten te verbeteren. Polyacrylaten op waterbasis worden over het algemeen eerst gepolymeriseerd met acrylzuur en verschillende acrylaten, en een deel van de carboxylgroepen die door acrylzuur worden ingebracht, reageren met de hydroxylgroepen van hydroxyethylacrylaat of de epoxygroepen van glycidylmethacrylaat, waardoor een fotoactieve koolstof-koolstof-bicarbonaatverbinding wordt ingebracht. en vervolgens wordt de carboxylgroep gezouten met een organisch amine.
Polyesteracrylaat op waterbasis
Polyesteracrylaat op waterbasis is gemakkelijk te bereiden, goedkoop en heeft een volle verffilm, goede glans, goede zachtheid, maar een slechte weerstand tegen vergeling. Over het algemeen worden diol en trimellitisch anhydride (of pyromellitisch dianhydride) gebruikt. Reactie, veresteringsreactie met acrylzuur, introductie van carboxylgroep en neutralisatie met amine om een zout te vormen.
Epoxyacrylaat op waterbasis
Watergedragen epoxyacrylaat heeft de voordelen van een lage prijs, hoge hardheid van de coatingfilm, goede hechting, hoge glans en goede chemische weerstand, maar het heeft ook de tekortkomingen van traditionele bisfenol A epoxyhars zoals broosheid en slechte vergelingsbestendigheid. . Veel wetenschappers kiezen alifatische epoxyharsen met uitstekende fysische en mechanische eigenschappen en uitstekende antivergelingskenmerken om traditionele bisfenol A epoxyharsen te vervangen als de matrix van watergedragen UV epoxyacrylaten, wat de algehele prestaties van de harsen sterk verbetert. Over het algemeen wordt acrylzuur gebruikt om epoxyhars te veresteren om epoxyacrylaat (EA) te verkrijgen, en de hydroxylgroep in epoxyacrylaat wordt gereageerd met zure anhydride (zoals maleïnezuuranhydride, trimellietzuuranhydride, enz.) om een hydrofiele groep te introduceren, en vervolgens geneutraliseerd met organische amine om epoxyacrylaathars (EB) op waterbasis te verkrijgen,
Urethaanacrylaat op waterbasis
Watergedragen polyurethaanacrylaat lichtuithardend systeem heeft veel aandacht getrokken vanwege zijn goede slijtvastheid, chemische weerstand, weerstand tegen lage temperaturen en flexibiliteit. Het is momenteel het meest onderzochte en gecommercialiseerde watergedragen UV-hars. Zie tabel 1. In de afgelopen jaren hebben sommige buitenlandse bedrijven, zoals Bayer, AKZONOBEL, BASF, etc., grote doorbraken gemaakt in de prestatieverbetering van UV-urethaanacrylaten op waterbasis. Zoals primers voor auto's, aflakken en afwerkvernissen.
Met diisocyanaat als grondstof, polyester of polyetherdiol als zachte segmentketenverlenger, carboxylhoudend diol (zoals dimethylolpropionzuur) als hydrofiele ketenverlenger, hydroxyacrylaat als eindafdekkende agent, door meerstaps polycondensatie kan geneesbaar urethaanacrylaat worden geproduceerd, en neutraliseer het dan met ammoniak of organische amine om een zout te vormen om op water gebaseerd UV urethaanacrylaat (WPUA) te verkrijgen.
2. Nieuwe vooruitgang van UV-hars op waterbasis
â‘ Hypervertakt systeem
Als nieuw type polymeer heeft een hypervertakt polymeer een sferische structuur met een groot aantal actieve eindgroepen en zijn de moleculaire ketens niet verstrengeld. Hypervertakte polymeren hebben de voordelen van gemakkelijke oplosbaarheid, laag smeltpunt, lage viscositeit en hoge reactiviteit. Daarom kunnen acrylgroepen en hydrofiele groepen worden toegevoegd om fotocurabele oligomeren op waterbasis te synthetiseren, wat een nieuwe weg opent voor de bereiding van UV-harsen op waterbasis. ...
Asif et al. gebruikten het hypervertakte polyester BoltornTMHn dat rijk is aan terminale hydroxylgroepen om te reageren met barnsteenzuuranhydride en IPDI-HEA prepolymeer, en vervolgens geneutraliseerd met organisch amine om een zout te vormen om een UV-uithardbaar watergedragen hypervertakt polyester (WHPUA) te verkrijgen, Zoals getoond in Figuur 3. Het onderzoek toont aan dat de hars een snelle fotuithardingssnelheid en goede fysische eigenschappen heeft. Met de toename van het gehalte aan het harde segment (IPDIHEA) neemt de glasovergangstemperatuur van de hars toe en nemen ook de hardheid en treksterkte toe, maar de breukrek neemt af.
Su Lin et al. gebruikten polybasische zuuranhydriden en monofunctionele epoxiden als grondstoffen om eerst hypervertakte polyesters te bereiden, die verder werden gereageerd met de terminale hydroxyl- en carboxylgroepen van hypervertakte polymeren door glycidylmethacrylaat (GMA) in te brengen en vervolgens triglyceriden toe te voegen. Ethylamine (TEA) wordt geneutraliseerd tot een zout om een UV-uithardbaar hypervertakt polyester op waterbasis te verkrijgen. De resultaten tonen aan dat hoe meer eindstandige carboxylgroepen in de hypervertakte hars op waterbasis, hoe beter de oplosbaarheid in water; de uithardingssnelheid van de hars neemt toe met de toename van het aantal eindstandige dubbele bindingen.
Organisch/anorganisch hybride systeem
Het UV-lichtuithardende organische/anorganische hybride systeem op waterbasis is een effectieve samenstelling van UV-hars op waterbasis en anorganische materialen. De voordelen van hoge slijtvastheid en hoge weerbestendigheid van anorganische materialen worden in de hars geïntroduceerd om de uitgebreide prestaties van de uitgeharde film te verbeteren. Door anorganische deeltjes zoals nano-SiO2 of montmorilloniet in het UV uithardingssysteem te introduceren door middel van directe dispersie, sol-gel of intercalatie, kan het fotureerbare organische/anorganische hybride systeem worden bereid. Monomeren worden opgenomen in de moleculaire ketens van waterige UV-oligomeren.
Zhan Chuyin et al. gebruikten di-hydroxybutyl polydimethylsiloxaan (PDMS) om polysiloxaangroepen in het zachte segment van polyurethaan te brengen en verdunden deze op de juiste manier met acrylmonomeren om een organische/anorganische hybride emulsie (Si- PUA) te verkrijgen. Nadat de met hars aangebrachte coating is uitgehard, heeft de verflaag goede fysische eigenschappen, een hoge contacthoek en waterbestendigheid.
Liang Hongbo et al. gebruikten zelfgemaakt polyhydroxy hypervertakt polyurethaan, barnsteenzuuranhydride, silaankoppelingsagent KH560, glycidylmethacrylaat (GMA) en hydroxyethylmethacrylaat als grondstoffen voor de bereiding van hypervertakt hybride polyurethaan en lichtuitharding. Het hypervertakte polyurethaan werd vervolgens gehydrolyseerd met ethylorthosilicaat en n-butyltitanaat in verschillende verhoudingen om een SiO2/TiO2 organisch-inorganische hybride oplossing van fotocurabel hypervertakt polyurethaan te bereiden. De resultaten tonen aan dat met de toename van het anorganische gehalte, de slingerhardheid van de hybride coating toeneemt, de oppervlakteruwheid toeneemt en de oppervlaktekwaliteit van de SiO2 hybride coating beter is dan die van de TiO2 hybride coating.
Tweevoudig uithardingssysteem
Om de tekortkomingen van moeilijke driedimensionale uitharding van UV-harsen op waterbasis en moeilijke uitharding van dikke coatings en gekleurde systemen op te lossen en om de algehele prestaties van de coatingfilm te verbeteren, hebben onderzoekers een duaal uithardingssysteem ontwikkeld dat lichtuitharding en andere uithardingssystemen combineert. Lichtuitharding/thermische uitharding, fotuitharding/redox-uitharding, vrije radicale fotuitharding/kationische fotuitharding en fotuitharding/vochtuitharding zijn veel voorkomende duale uithardingssystemen, en sommige systemen zijn toegepast, zoals UV elektronische beschermende lijm is een A lichtuitharding/redox of lichtuitharding/vochtuitharding duaal uithardingssysteem.
Zeng Fanchu et al. introduceerden het functionele monomeer acetoacetoxyethylmethacrylaat (AMME) in polyacrylzuuremulsie en introduceerden een fotocurabele groep door Michaeladditiereactie bij lage temperatuur om thermohardend/UV-uithardend polyacrylaat op waterbasis te synthetiseren. Droog bij een constante temperatuur van 60 °C, 2 × 5. Onder de bestraling van een 6 kW hogedrukkwiklamp bereikt de hardheid van de hars na filmvorming 3H, de weerstand tegen afvegen met alcohol tot 158 keer en de alkalibestendigheid tot 24 uur.
â‘£Epoxyacrylaat/urethaanacrylaat composiet systeem
Epoxy acrylaat coating heeft de voordelen van hoge hardheid, goede hechting, hoge glans en goede chemische weerstand, maar het heeft een slechte flexibiliteit en hoge brosheid. Watergedragen polyurethaanacrylaat heeft de kenmerken van een goede slijtvastheid en flexibiliteit, maar een slechte weerbestendigheid. De effectieve samenstelling van de twee harsen door chemische modificatie, fysische menging of hybridisatie kan de prestaties van een enkele hars verbeteren en de voordelen van beide volledig tot hun recht laten komen, waardoor een hoogwaardig fotokleuringssysteem wordt ontwikkeld dat de voordelen van beide combineert.
Wang Cundong et al. gebruikten eerst acrylzuur om de epoxygroep in epoxyhars E44 te veresteren om EA te verkrijgen; gebruikten vervolgens TDI, polytetrahydrofuraandiol (PTMG), DMPA en HEMA om UV-urethaanacrylaat op waterbasis te synthetiseren; door water/ethanol als initiator en anionisch polyurethaanacrylaat op waterbasis als emulgator in verschillende verhoudingen te mengen, wordt een UV-uithardende epoxyacrylaat/polyurethaanacrylaat samengestelde emulsie verkregen door emulgering. De resultaten tonen aan dat de modificatie de flexibiliteit van de coatingfilm sterk verbetert, maar weinig effect heeft op andere eigenschappen.
⑤ Macromoleculaire of polymeriseerbare fotoinitiator
De meeste fotoinitiatoren zijn kleine moleculen van arylalkylketonen die na uitharding met licht niet volledig kunnen worden afgebroken. De achtergebleven kleine moleculen of fotolyseproducten migreren naar het oppervlak van de coating en veroorzaken vergeling of geur, wat de prestaties van de uitgeharde film en de toepassing ervan beïnvloedt. . De onderzoekers synthetiseerden macromoleculaire polymeriseerbare fotoinitiatoren op waterbasis door fotoinitiatiegroepen, acrylgroepen en hydrofiele groepen in hypervertakte polymeren te introduceren om de nadelen van kleine moleculaire fotoinitiatoren te overwinnen. Wang Zhansi van de Anhui University of Science and Technology gebruikte eerst methylacrylaat en diëthanolamine als grondstoffen om te reageren om een AB2-type monomeer MB te synthetiseren, en reageerde vervolgens met trimethylolpropaan (TMP) als de kern om hydroxyl-getermineerd hypervertakt polyurethaan te synthetiseren, Vervolgens werd Maleïnezuuranhydride gemodificeerd tot hypervertakt polyurethaan met eindstandige carboxylgroepen, en na Z werd fotoinitiator 1173 gebruikt om het eindstandige carboxyl-hypervertakte polyurethaan te modificeren om twee polymeriseerbare hypervertakte macromoleculaire fotoinitiatoren HPAE-1-MA-1173 en HPAE-2-MA-1173 te bereiden. De onderzoeksresultaten laten zien dat de UV-absorptie van het product een rode verschuiving van de maximale absorptie heeft vergeleken met 1173, maar de fotoinitiatorsnelheid is lager dan die van de moleculaire fotoinitiator 1173.
3. Toepassing van UV-hars op waterbasis
Nu mensen zich steeds meer bewust worden van milieubescherming, hebben fotocurabele systemen op waterbasis de afgelopen jaren steeds meer aandacht gekregen, maar er is weinig onderzoek gedaan naar de toepassing ervan. Op dit moment worden UV-harsen op waterbasis voornamelijk gebruikt in UV-coatings en UV-inkten, waaronder UV-papiervernis op waterbasis, UV-houtverf op waterbasis, UV-metaalverf op waterbasis, UV flexodrukinkt op waterbasis, UV-gravureinkt op waterbasis, zeefdrukinkt op waterbasis, enz. UV-papiervernis op waterbasis, met inbegrip van UV-vernis op waterbasis en UV-grondverf op waterbasis, is de vroegst toegepaste UV-coating op waterbasis, met een glansgraad van meer dan 90. De toepassingswaarde van UV-coatings op waterbasis in de houtveredelingsindustrie is erg hoog, vooral bij het coaten van gevormd hout en multiplex. Daarom zijn UV-coatings op waterbasis voor hout momenteel ook de meest gebruikte UV-coatings op waterbasis. Op dit moment voldoen sommige UV-harsproducten op waterbasis die door een paar ontwikkelde landen zijn ontwikkeld, aan de eisen van coatings voor auto's en worden ze ook gebruikt in verschillende coatings voor auto's, zoals primers voor auto's, aflakken en vernissen. Met de diepgaande studie van fotocurabele systemen op waterbasis zullen er meer soorten UV-harsen op waterbasis komen en zullen de toepassingsgebieden zich blijven uitbreiden.
4. Conclusie en vooruitblik
UV-hars op waterbasis bevindt zich nog in de onderzoeks- en ontwikkelingsfase. Hoewel er veel relevante literatuurrapporten zijn, zijn er maar weinig producten daadwerkelijk op de markt gebracht. Ze worden voornamelijk geproduceerd door ontwikkelde landen zoals Europa en de Verenigde Staten, zoals UCB, ICI, CYTEC, BASF en andere bedrijven. UV-hars op waterbasis heeft de voordelen van milieubescherming, energiebesparing, hoog rendement, regelbare viscositeit en uitstekende filmprestaties. Het kan rekening houden met de hardheid en flexibiliteit van de uitgeharde film en heeft een extreem hoge toepassingswaarde en brede marktvooruitzichten. UV-harsen op waterbasis hebben echter gebreken zoals een slechte bevochtigbaarheid met substraten, een slechte waterbestendigheid, een slechte wasbestendigheid en een slechte opslagstabiliteit, evenals achtergebleven kleine moleculaire fotoinitiatoren en fotolyseproducten tijdens het uithardingsproces, die verder moeten worden verbeterd. Daarom is het noodzakelijk om UV-harstechnologie op waterbasis te ontwikkelen om de huidige tekortkomingen van UV-hars op waterbasis te overwinnen en een fotuureersysteem op waterbasis te ontwikkelen met betere prestaties en bredere toepassing.
Neem nu contact met ons op!
Als je Price nodig hebt, vul dan je contactgegevens in op het formulier hieronder. We nemen dan meestal binnen 24 uur contact met je op. Je kunt me ook een e-mail sturen info@longchangchemical.com tijdens kantooruren (8:30 tot 18:00 UTC+8 ma. ~ za.) of gebruik de live chat op de website voor een snel antwoord.