UV涂料和水性涂料，最近幾年都得到了快速的發(fā)展。隨著市場需求本身的多元化，UV和水性兩者的結(jié)合體——水性UV涂料也在不斷地發(fā)展之中。傳統(tǒng)的UV涂料，由于配方中的齊聚物粘度通常都很高，當(dāng)需要施工粘度比較低的時(shí)候，那么就只能通過添加單體(反應(yīng)性活性稀釋劑)或者甚至溶劑來調(diào)節(jié)粘度。單體可以參與反應(yīng)，但也正因?yàn)槠浔旧頃�參與反應(yīng)，而且通常官能度都較低(官能度越低的單體通常粘度越低)，因此單體的加入會對固化后的性能有所影響，從而增加配方設(shè)計(jì)的難度。而溶劑的添加，由于溶劑本身不參加反應(yīng)，因此基本不會對最后固化后的性能有大的影響，但這會帶來VOC問題，和UV涂料本身的綠色環(huán)保背道而馳。

　　水性UV是采用水來降低體系的粘度，不會帶來VOC問題，從而擴(kuò)大了UV涂料的應(yīng)用范圍。但UV固化本身是屬于一個(gè)快速的固化過程，如果水不能及時(shí)排除而被保留在固化后的涂層中，會對涂層的耐久性和機(jī)械性能帶來很大的負(fù)面影響。因此，水性UV在實(shí)際施工中，都需要有一個(gè)前期的紅外加熱烘干過程來去除水份，然后再進(jìn)行UV固化。

　　那么，問題來了：“水性UV涂料的施工，真的必須先紅外烘干嗎？”

　　來自電子束固化設(shè)備公司PCT Engineered Systems的Stephen C. Lapin和Kathryn E. Classon用實(shí)驗(yàn)告訴你，采用電子束來進(jìn)行固化，水性UV涂料的施工，可以不需要紅外烘干！

　　Stephen所進(jìn)行的實(shí)驗(yàn)，對水溶性的單體體系，以及聚氨酯分散體系分別進(jìn)行了電子束固化實(shí)驗(yàn)測試。

　　實(shí)驗(yàn)采用了兩種涂布方式。一種是用8號刮棒，然后采用了Comet EBLab 200設(shè)備，在125kV操作電壓條件下，氧氣濃度低于200ppm的氣氛下進(jìn)行的。電子束照射情況下的傳送速度為18米/分鐘。另外一種是采用輪轉(zhuǎn)涂布的方式進(jìn)行，所采用的固化機(jī)器是PCT公司的小試電子束固化設(shè)備。輪轉(zhuǎn)凹版涂布機(jī)為130線/英寸，15.7 BCM的凹版輥，得到的涂料重量在6.0g/平方米左右。兩種方法都是在50微米厚的PET聚酯薄膜上面進(jìn)行涂布的。

表1：所采用的水溶性丙烯酸酯單體

圖3：單體/水溶液在涂布和固化之后的失重

表2：所采用的丙烯酸酯官能化聚氨酯分散體以及其在EB固化之后的失重

圖4：40kGy能量固化后單體/水混合物涂層的耐酒精擦拭性能

圖5：80/20單體/水混合物不同電子束劑量對抗酒精擦拭性能的影響

表3：丙烯酸酯官能化聚氨酯分散體的電子束固化性能

　　從單體/水混合物，以及聚氨酯分散體在電子束固化之后的失重情況可以看出，在沒有任何熱烘干的情況下，所有的水份都得到了很好的排除。而且，即使在10kGy低劑量的情況下，水份都可以得到很好的排除。

圖9：80/20單體/水混合物的丙烯酸酯轉(zhuǎn)化率和劑量的關(guān)系

圖10：聚氨酯分散體的丙烯酸酯轉(zhuǎn)化率和劑量的關(guān)系

　　在使用刮棒的情況下，從涂布完成到固化有一定的時(shí)間。為了減少這個(gè)過程中水份蒸發(fā)對實(shí)驗(yàn)結(jié)果的影響，實(shí)驗(yàn)同時(shí)采用了涂布后馬上進(jìn)行電子束固化的輪轉(zhuǎn)涂布方式。令人驚訝的是，即使輻照劑量低至10kGy，試驗(yàn)中所有的涂料都可以固化為透明、干燥并具有抗刮傷性能的涂層。而關(guān)閉掉電子束固化時(shí)，從設(shè)備中出來的則是乳白色、濕的狀態(tài)。

　　這個(gè)實(shí)驗(yàn)的研究結(jié)果表明，包括水溶性單體和聚氨酯分散體的水性丙烯酸酯官能化材料，都可以用電子束進(jìn)行有效固化，而且在沒有任何預(yù)先熱烘干的情況下，單次的電子束固化就可以得到足夠好的固化效果。對于這種結(jié)果的一個(gè)可能解釋是由于電子束固化本身的特點(diǎn)所決定的，也就是電子束可以在涂層的整個(gè)厚度中提供均勻的能量沉積，而UV固化則主要集中在涂層的表面。另外，固化過程中的放熱對整個(gè)干燥過程也有所幫助，同時(shí)從涂層中蒸發(fā)出來的水份也會被電子束輻照腔室中所使用的氮?dú)饪焖賻ё摺?/span>

　　對于水性體系材料采用電子束固化的另外一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是其整個(gè)固化過程不需要采用光引發(fā)劑。很多光引發(fā)劑要溶解到水性配方中都是一個(gè)挑戰(zhàn)，而且光引發(fā)劑還可能會影響到反應(yīng)性乳液或分散體的穩(wěn)定性問題。同時(shí)，不使用光引發(fā)劑也進(jìn)一步提高了開發(fā)低遷移材料的能力。

　　電子束能量可以穿透不透明的材料，因此無需擔(dān)心光密度問題。這使得對于高顏料含量或者高填料含量的涂層的固化成為可能，本實(shí)驗(yàn)表明在這種體系中完全可以采用水來降低系統(tǒng)粘度。

文章來源：光固化新材料時(shí)代

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