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UV涂料技術(shù) 讀《光固化涂料及應(yīng)用》心得 目錄 一. UV涂料簡介 二. UV固化原理 三. UV涂料的基本組成 四. UV涂料性能檢測 五. UV涂料的涂裝 六. UV涂料在我廠產(chǎn)品上的應(yīng)用 一. UV涂料簡介 UV是英文Ultraviolet Rays的縮寫，即紫外光線，紫外線（UV）是肉眼看不見的，是可見紫色光以外的一段電磁輻射， UV的波長為40~400nm，比可見光（400~800nm）的能量高。 涂料就是能涂覆在被涂物件表面，并能形成牢固附著的涂膜的材料，它即可以是無機的，也可以是有機的。有機高分子涂料是涂料的主要品種。涂料俗稱油漆。 UV涂料是指采用紫外光輻射固化的樹脂涂料，即利用紫外光作固化能源，在常溫下快速交聯(lián)成膜的高分子樹脂涂料。 UV涂料發(fā)展趨勢 UV(ultraviolet)涂料是二十世紀六十年代末代國際上興起的新型表面處理材料。涂料在紫外光線照射下，瞬間發(fā)生光化學(xué)反應(yīng)而固化成膜。由于環(huán)保意識不斷增強，世界上許多國家均立法嚴格限制涂料中VOC（揮發(fā)性有機溶劑）含量。UV涂料固含量高，VOC含量低，被稱為二十世紀的綠色環(huán)保型涂料，現(xiàn)每年以10-15%的速率增長。 現(xiàn)射固化技術(shù)逐步由木材單一的基材擴展至紙張、各種塑料、金屬、石材，甚至水泥制品、織物、皮革等基材的涂裝應(yīng)用。加工產(chǎn)品的外觀也由最初的高光型，發(fā)展到亞光型、珠光型、燙金型、紋理型等，滿足不同的需求。 輻射固化大規(guī)模進入印刷出版行業(yè)的時間較晚，大約為上世紀90年代。目前輻射固化幾乎涵蓋了所有的印刷工藝，包括干式膠印、濕式平印、絲網(wǎng)印刷、柔版印刷、凸版印刷與凹版印刷等。承印物除紙張外尚有塑料、金屬和漆膜等。UV／EB油墨相對于傳統(tǒng)的溶劑型油墨最突出的特點，也與UV涂料一樣，就是快干、環(huán)保、節(jié)能、優(yōu)質(zhì)。 UV固化涂料的特點 與傳統(tǒng)的自干型和烘烤型涂料相比，UV固化涂料有如下特點： ⑴ 固化速度快﹕UV涂料固化機理屬自由基聚合鏈?zhǔn)椒磻?yīng)，在瞬間即可完成，所設(shè)計生產(chǎn)流水線速度最高可達100米/分鐘，工件下線后即可包裝，生產(chǎn)效率高 ⑵冷固化﹕適宜于塑料等易發(fā)生熱形變的工件； ⑶ 節(jié)能﹕UV涂料靠紫外光固，一般生產(chǎn)線能耗在50KW以內(nèi)； ⑷ 環(huán)境污染小: UV涂料VOC含量很低，是公認的綠色產(chǎn)品； ⑸ 涂膜性能優(yōu)異﹕UV涂料固化后的交聯(lián)密度大大高于熱朔型樹脂涂料，故涂層在硬度、耐磨、耐酸堿、耐鹽霧、耐溶劑等各方面的性能指標(biāo)均很高； ⑹ 涂裝設(shè)備故障低﹕由于UV涂料沒有紫外線輻照不會固化，因而不會堵塞和腐蝕設(shè)備，涂裝工具和管路清洗方便； ⑺ 設(shè)備投資成本低 固化裝置簡單，易維修，占用空間小，設(shè)備投資低。 UV涂料的類別 按用途的不同大致分為 1.竹木地板涂料 2.塑料涂料 3.紙張上光涂料 4.金屬涂料 5.真空鍍膜涂料 6.光固化有機-無機雜化涂料 7.光固化水性涂料 8.光固化粉末涂料 9.防靜電\導(dǎo)電涂料 10.離型涂料 11.阻燃涂料 12.氟涂料 UV塑膠涂料 我廠產(chǎn)品主要以塑膠做為基材﹐大多數(shù)塑料胚制品為擠塑或壓塑成型﹐在受熱擠壓過程中﹐原料中微量空氣或揮發(fā)性雜質(zhì)可能逸出到表面﹐形成較多“火山口”等微觀缺陷﹐導(dǎo)致表面光澤度較低﹐美觀程度較差。 常見塑料材料為聚苯乙烯﹑聚氯乙烯﹑聚乙烯﹑聚苯烯ABS塑料﹑HIPS等。 低表面張力塑料基材的活化處理 低表面能的PE﹑PP﹑PTFE等基材直接涂覆很難獲得較好的附著力﹐一般在涂裝之前都需對其進行適當(dāng)表面處理﹐改善表面極性﹑濕度及表面交聯(lián)和強度。這些方法主要包括化學(xué)處理﹑火焰和熱處理﹑等離子處理﹑光化學(xué)反應(yīng)處理等 涂料對塑料基材的潤濕能力 涂料配方中選用合適的活性稀釋劑和潤濕助劑才能有效的提升涂料的附著力而又不起副作用。 二﹑UV固化原理 光化學(xué)基礎(chǔ) 紫外線的波長 通常在5～400 nm，見圖1。 但對光源來說 很難保證能 提供單色光， 即使是單色光也 很難控制在較窄 的波長范圍內(nèi)，即使使用濾透片。 圖2是常見的2種UV燈光源的波長分布情況。 對半導(dǎo)體最常采用的是365nm為吸收峰 的UV膜，在此波長范圍內(nèi)的紫外光最能 有效使粘附層的膠變性失去原先的粘性， 與此波長相差越大則對膠的改性作用越弱。 在生產(chǎn)中，一般選用低電壓、光源輻射均勻、 發(fā)熱少和光源價格低而壽命長的燈光源，螢光紫外燈成了首選。  UV固化原理 光固化反應(yīng) 紫外線光（UV）固化是利用光引發(fā)劑的感光性，而光的吸收本質(zhì)是光的能量轉(zhuǎn)移到吸光物質(zhì)（光引發(fā)劑），使吸光物質(zhì)分子由低能量狀態(tài)轉(zhuǎn)化到高能量狀態(tài)，光引發(fā)劑被引發(fā)，產(chǎn)生游離子基或離子，這些游離基或離子（活躍成分）與預(yù)聚體或不飽和單體中的雙鍵起交聯(lián)反應(yīng)，形成單體基因，這些單體基因開始連鎖反應(yīng)生成聚合體固體離分子，一個完整的固化過程結(jié)束。分為光引發(fā)自由基聚合和光引發(fā)陽離子聚合。 光引發(fā)自由基聚合 由光引發(fā)、鏈增長、鏈轉(zhuǎn)移和鏈終止組成 。 （1）自由基光引發(fā)劑受到UV照射后，激發(fā)分解產(chǎn)生自由基 （2）鏈引發(fā)：引發(fā)劑產(chǎn)生的自由基引發(fā)樹脂和單體分子的不飽和雙鍵產(chǎn)生新的自由基 （3）鏈增長：由樹脂和單體產(chǎn)生的自由基可以繼續(xù)引發(fā)樹脂和單體分子中的不飽和雙鍵產(chǎn)生自由基，進行自由基連鎖反應(yīng) （4）鏈終止：化學(xué)反應(yīng)中，由于自由基含有未偶化電子，非�；顫�，極易傾向于其他自由基偶合或發(fā)生酸化作用，使鏈反應(yīng)終止。 上述反應(yīng)結(jié)果，生成高分子化合物，使膠液轉(zhuǎn)變?yōu)楣腆w。 UV固化原理 光引發(fā)陽離子聚合 一般是利用陽離子光引發(fā)劑在光照下產(chǎn)生的質(zhì)子酸催化環(huán)氧基的開環(huán)聚合或富電子碳碳雙鍵（如乙烯基醚）的陽離子聚合。 三. UV涂料的基本組成 UV涂料主要由四個部分組成，即以可紫外光固化的合成樹脂（又稱低聚物或預(yù)聚物）為基礎(chǔ)，加入特定的活性稀釋劑（又稱活性稀釋單體）、光引發(fā)劑（又稱光敏劑）和多種添加劑（助劑）配制而成。 各組分的功能是： 光引發(fā)劑: 吸收UV能量，引發(fā)聚合； 預(yù)聚物: 涂料的主體，決定著固化后涂層的主要性能； 活性稀釋劑: 調(diào)整涂料的粘度，并參與固化反應(yīng)，影響涂層的性能； 添加劑: 不同添加劑起不同作用，如顏料、穩(wěn)定劑、消泡劑、流平劑等。 光引發(fā)劑(photoinitiator，PI) 光引發(fā)劑 是UV涂料中的關(guān)鍵組成部分，其作用在于傳遞紫外線光子的能量，迅速引發(fā)單體和低聚物的交聯(lián)聚合，促進體系的液固轉(zhuǎn)換過程。根據(jù)引發(fā)機理，光引發(fā)劑可分為自由基和陽離子兩大類型。 自由基和陽離子體系比較 預(yù)聚物（prepolymer） 又叫低聚物是光固化產(chǎn)品中比例最大的組分之一﹐它和活性稀釋劑一起往往占到整個配方質(zhì)量的90%以上﹐是光固化后產(chǎn)品的基本性能（包括硬度﹑柔韌性﹑附著力﹑光學(xué)性能﹑耐老化性等）主要由低聚物樹脂決定﹐這些性能當(dāng)然與光聚合反應(yīng)程度（轉(zhuǎn)化率）有關(guān)﹐通過稀釋劑及其他添加劑也可以對產(chǎn)品最終性能進行調(diào)整。 光固化產(chǎn)品中的低聚物一般應(yīng)具有在光照條件下進一步反應(yīng)或聚合的基團﹐例如碳碳雙鍵﹐環(huán)氧基團等。有環(huán)氧丙烯酸酯、聚氨酯丙烯酸酯、聚酯丙烯酸酯、聚醚丙烯酸酯、丙烯酸酯化聚丙烯酸樹脂與不飽聚酯等樹脂，以及各種丙烯酸酯的單官能團或多官能團單體，都可在紫外線光子的作用下通過自由基引發(fā)室溫聚合和交聯(lián)，因而特別有利于對熱敏感的基材（如木材、紙張和塑料）的涂飾。 活性稀釋劑（reactive diluents） 光固化體系中的稀釋劑一般是可以參加固化反應(yīng)的﹐含有可聚合官能團的小分子﹐因而習(xí)慣上也稱之為單體（monomer）。 主要作用是溶解UV涂料中的固體組分，調(diào)節(jié)體系粘度。UV涂料中的稀釋劑不是一般涂料使用的揮發(fā)性有機溶劑，而是直接參與固化成膜過程具有反應(yīng)能力的無揮發(fā)性溶劑�；钚韵♂寗┚突瘜W(xué)結(jié)構(gòu)而言，一般是分子量不大而分子內(nèi)含有可聚合官能團的一類單體，成膜后成為漆膜的一部分。 按所含反應(yīng)性基團的多少﹐可以分為單體官能團活性稀釋劑和多官能團活性稀釋劑。按官能團種類﹐可分為丙烯酸酯類﹑乙烯基類﹑乙烯基醚類﹑環(huán)氧類等。按固化機理分為自由基型和陽離子型。 添加劑 又叫助劑﹐顧名思義是為滿足具體使用要求、改善漆膜性能而添加的某些輔助性組分，如流平劑、消泡劑、基材潤滑劑、消光劑、分散劑、穩(wěn)定劑、表面滑爽劑等。這些助劑與溶劑型涂料常規(guī)使用的助劑沒有什么兩樣。在有色體系中﹐需要使用顏料等﹐ 四. UV涂料性能檢測 1、UV涂料（濕態(tài)）性能及影響因素 （1）粘度 粘度指涂料在外力（壓力、重力、剪切力）作用下，其分子間相互作用而產(chǎn)生阻礙分子間相對運動的能力，即涂料流動的阻力。直觀感覺是涂料的“稀”、“濃”程度。不同的用途和不同的施工方法需要不同粘度的涂料。調(diào)節(jié)UV涂料粘度的主要方法是配方設(shè)計中調(diào)節(jié)樹脂和單體的比例。施工中靠提高溫度改變粘度。 （2）固含量 涂料固化后的質(zhì)量固含量指涂料中不揮發(fā)成份的含量，即施工后留下成涂膜組分的含量，對UV涂料而言，涂料的粘度與固含量無關(guān)。 UV涂料（濕態(tài)）性能及影響因素 （3） 固化速度 （A）固化速度的概念 涂料由“濕膜”變成“干膜”的過程稱為“干燥”或“固化”，固化的快慢即固化速度。對UV涂料來說，固化速度是指涂料在一時間段里，吸收UV能量后聚合速度。 （B）影響固化速度的因素 Ⅰ 涂料因素 一般，涂料中光引發(fā)劑量越大，樹脂比例越大，單體的官能度越高，即在同樣時間里吸收的UV 能量越多，固化速度越快。 Ⅱ UV燈及燈距離的影響 UV燈線功率越高，UV頻率段與引發(fā)劑吸收頻率段越匹配，燈光與輻射面距離越近，即吸收UV能量越大，固化速度越快。 Ⅲ 涂覆面移動速度的影響 涂覆面吸收UV能量與其在燈光下的時間成線性關(guān)系。為得到理想的固化狀態(tài)，時常以調(diào)節(jié)涂覆面的輸送速度來實現(xiàn)。 UV涂料（濕態(tài)）性能及影響因素 （4）流平性 流平性指涂料在涂布后，其涂膜由不規(guī)則、 不平整的表面流展成平坦而光滑表面的能力。促使涂膜流展的驅(qū)動力是表面張力或表面張力差。影響流平的因素除涂料本身原因外，提高溫度（降低粘度）、增加時間可以改善流平效果。 （5）流掛 流掛指在垂直表面上的濕膜，因重力使其向下流，而形成幕狀或褶皺的漆膜。 2、UV涂層（干膜）性能及影響因素 （1）光澤度 涂層光澤指涂層表面把投射其上的光線向一個方向反射出去的能力，反射的光量越大，則其光澤越高。 檢驗按GB9754-88標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行。 不同應(yīng)用領(lǐng)域?qū)�光澤度的要求不一樣。光澤度首先在配方設(shè)計中被確定，對于啞光類涂料，調(diào)節(jié)輻照程度可以一定限度內(nèi)改變涂層光澤度， 一般規(guī)律是，UV光強越大，光澤度越高；燈距越�。ㄏ喈�(dāng)于光強越大）， 光澤度越高。 （2）硬度 硬度是指漆膜表面對作用其上的另一硬度較大的物體所表現(xiàn)阻力。鉛筆硬度法是常被采用的檢驗硬度的方法。檢測按GB/T6739-1996進行。值得注意的是，檢測硬度只能按標(biāo)準(zhǔn)以馬口鐵板作為基材，而用鉛筆在任一被涂物上測涂層硬度是不科學(xué)的，其結(jié)果不能做為仲裁依據(jù)。 UV涂層（干膜）性能及影響因素 （3）附著力 至今還沒有對附著力下精確的定義，通俗認為附著力是指涂層與被涂物表面（包括涂層）結(jié)合在一起的牢固程度。 UV涂料附著力包括3個方面內(nèi)容： A. 與基材之間附著力——底漆附著力 一般說來，UV漆與木材、竹材、PVC塑料、某些金屬之間可以形成良好的附著，但由于涂料固化快，為實現(xiàn)附著往往要求對基材進行前處理，如打磨、去脂、磷化等，才能提高附著的把握性。 B. 與UV涂料間附著力 —— 底面漆附著力 UV漆的層間附著力較差，這是UV漆的缺點。這是因為UV涂料層干膜飽滿、光滑、表面能小，不利于濕膜（面漆）的潤濕造成的。解決的方法：一是將底漆打磨粗化；一是控制底漆處于半干狀態(tài)。 C. 與其它漆種涂層的附著 UV漆與其它漆種之間的附著更困難，除了采取打磨粗化的辦法外，還使用表面活性劑——拋錨劑，來達到附著效果。 UV涂層（干膜）性能及影響因素 D. 附著力的檢測方法 附著力測試一般采用劃格法，即在實際基材涂膜樣板上，按GB9286-88標(biāo)準(zhǔn)，用刀片（或劃格器）劃出100個小方格，對單層漆來說，劃格間距1mm，對多層漆，間距增至２－３mm，然后用透明膠帶粘扯，按方格漆膜落程度來判定級別。 (4) 柔韌性(柔順性) 柔韌性是涂膜承受彎曲變形的能力。一般聚氨酯丙烯酸酯組分可提高柔順性﹐彎曲試驗是檢驗柔韌性的試驗方法之一，按GB6742-86A標(biāo)準(zhǔn)進行。 (5) 抗沖擊性 抗沖擊性指涂膜承受快速變形而不開裂的能力，按GB/T1732-93標(biāo)準(zhǔn)檢測。 UV涂層（干膜）性能及影響因素 (6) 耐熱性與耐冷凍性 耐熱性與耐冷凍性是指涂層在急熱和急冷變化的環(huán)境里保持性能的能力。檢驗方法是按正常工藝制作涂裝樣板，然后將其置于80℃烘箱中烘烤72hr，再置于冰箱冷凍室（約﹣20℃）中冷凍72hr，取出后再檢查是否有開裂和起泡現(xiàn)象，附著力是否變化。 (7) 耐磨性 耐磨性是指涂層抗磨損的能力。檢驗按GB1768—79（89）標(biāo)準(zhǔn)進行。 耐磨性與硬度沒有直接關(guān)系，硬的材料不一定比軟的材料耐磨，如鋼材不比橡膠耐磨。耐擦傷性與耐磨有關(guān)，磨損深入涂層，擦傷只及淺表。 (8) 耐溶劑性、耐老化性、耐鹽霧性均可分別按國標(biāo)進行檢測。 五. UV涂料的涂裝 (一)、噴涂的概念及應(yīng)用 1、概念 噴涂是將涂料變成（高速氣流、變壓等手段）微粒（霧化），由噴涂器射向被涂物表面的過程。 2、應(yīng)用 平面與非平面工件均可采用噴涂法。噴涂應(yīng)用的工件有：塑膠材、鋁天花板、皮革、太陽能反射板、摩托車油箱、電路板、車燈等。噴涂的缺點是：涂料利用率低，對環(huán)境污染大，工作環(huán)境要求更嚴格。 3、注意事項 （1）施工前，應(yīng)將涂料調(diào)至適當(dāng)粘度； （2）供給噴槍的空氣壓力一般為0.3~0.6MPa； （3）噴嘴與物面的距離要適當(dāng)，空氣噴槍以200~300mm為宜； （4）噴出漆流的方向應(yīng)盡量垂直于表面； （5）手工噴涂時，噴槍的移動速度應(yīng)保持均勻一致； （6）保持噴涂室良好的除塵條件。 UV涂料的涂裝 (二)﹑噴涂施工主要設(shè)備 1、噴槍 選擇何種噴槍取決于作業(yè)的要求，而口徑大小的選擇則取決于工件被涂面的大小，一般是面積大就選大的。分手動有氣噴槍和無氣噴槍。 2﹑噴槍移動裝置（非手工移動） A﹑自動噴涂機構(gòu)； B﹑機器人機構(gòu)； 3﹑噴漆房 噴漆房的作用是收集并帶走過噴的漆霧，凈化廢氣、保護操作室或操作者不受污染。目前以水幕式噴漆房使用較多。 4﹑流平固化設(shè)備 用于噴涂作業(yè)線的流平設(shè)備必需保證充分的流平時間和溫度。 5﹑空壓機與凈化系統(tǒng) 壓縮空氣來源于單獨的空壓機或壓縮空氣管網(wǎng)，但不論來自何處對壓縮空氣的壓力、含水、含油及含塵都有一定的要求 UV涂料的涂裝 (UV光源) 紫外光源對UV涂料的固化過程及固化后涂層性能有很大影響： 1﹑ 選擇與光引發(fā)劑相匹配光譜的UV燈，可有效提高固化速度； 2﹑ 增加輻射（如減小燈距或放慢輸送速度）可增加固化深度； 3﹑采用高強UV燈，可減少光引發(fā)劑用量，從而減輕或避免涂層黃變； 4﹑采用短波長高能量UV燈，可以降低氧的阻聚作用，并提高涂層的刮痕性 UV光源 UV光源種類很多，這里只介紹兩種： 1﹑ 蒸汽燈 常用的汞蒸汽燈有高壓汞燈和金屬鹵化物燈，其單位弧長的能量輸出稱線功率，以W/CM表示。 2 ﹑無極燈 無極燈管內(nèi)的填充物也是汞或另加添加物，區(qū)別在于它不是靠兩電極間高壓電弧啟動的，而是靠磁控管產(chǎn)生的微波啟動燈管的。 UV涂料的涂裝 (UV光源) 反射器 反射器的主要功能是使產(chǎn)生的紫外光都能到達輻照目標(biāo)。 UV燈的保養(yǎng) 1、 冷卻 UV燈開啟后伴生的熱量會使石英管玻璃化，阻礙紫外線的穿透，縮短使用壽命，因此，需對燈管進行通風(fēng)冷卻。通風(fēng)冷卻還可減小基材升溫，排除臭氧和其他煙氣，提高固化效率。 2、 減少開啟次數(shù) 3、 其它 保持燈管表面潔凈，不損壞燈頭密封等。 UV涂料的涂裝 UV涂料的涂裝 UV涂料的涂裝 (四) 噴涂涂層缺陷及改進方法 (四) 噴涂涂層缺陷及改進方法  七 UV涂料在我廠產(chǎn)品上的應(yīng)用 我廠9029內(nèi)上蓋和5149上蓋等都有噴UV亮光透明漆的產(chǎn)品。 現(xiàn)已9025U\9027U字鍵使用的UV啞光面漆為例了解UV涂料知識﹕ 此款UV啞光漆是超高耐磨鍵盤涂覆UV固化樹脂。專用于對耐磨性有較高要求的鍵盤涂覆。 UV涂料在我廠產(chǎn)品上的應(yīng)用 UV涂料在我廠產(chǎn)品上的應(yīng)用 The End! 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