一体板用UV户外涂料的研究及应用

2017/2/6
来源:湖南邦弗特新材料技术有限公司 王林

核心提示:UV户外涂料具有环保、高效等优点,符合绿色产业发展的趋势,同时具备优异的耐候性能,已成功在众多外墙保温装饰一体化板工程实际应用,取得了良好的经济效益和社会效益。

  一、研究背景

  1、2016年,中国外墙保温市场容量约为7亿平方米,其中保温装饰一体化板约为6千万平方米,随着建筑节能要求的提高,一体板市场在未来三至五年将迎来爆发式增长;

  2、现有一体板多采用溶剂型氟碳、水性多彩(真石漆)涂装工艺,存在环境污染大(VOC排放、废水排放),干燥速度慢(自然干燥大于24h,烘干大于2h),能源消耗高,劳务用工多等诸多不利因素;

  3、近年来国家加大环保治理力度,对涂装企业征收排污费;从2018年元旦开始将征收环保税;

  4、中国已经进入人口老龄化社会,制造业人口红利不复存在,企业用工成本逐年攀升;

  5、环保高效的UV涂装解决方案已成为涂装升级的必然趋势。

  二、UV涂料简介

  1、UV涂料是紫外光固化涂料(Ultraviolet Curing Coating),即利用紫外光作为固化能源,在常温下快速交联成膜的涂料。

  2、主要成份:

  a、齐聚物:丙烯酸改性系列树脂,如环氧丙烯酸树脂(EA)、聚氨酸丙烯酸树脂(PUA)等;

  b、单体:不同官能度丙烯酸酯单体,如丙烯酸羟丙酯(HPA)、三丙二醇二丙烯酸酯(TPGDA)等;

  c、光引发剂:有夺氢型、裂解型光引发剂,如二苯甲酮(BP)、α-羟基酮(1173)等;

  d、粉体:颜料、哑粉、填料等;

  e、助剂:润湿剂、消泡剂、流平剂等。

  3、反应基理:自由基化学反应。

  4、特型:"5E"型涂料,被誉为"面向21世纪绿色工业的新技术"。

  a、环保(Ecology):几乎100%固含量,无VOC排放;

  b、高效(Effective):瞬间固化(以秒计),效率极高;

  c、节能(Energy):能耗与烘烤型涂料相比,节能80%;

  d、经济(Economic):设备投入小,占地面积少,生产效率高,用工少,节能、经济性优;

  e、性能优异(Excellent):涂层为三维网状结构,高硬耐磨,光泽高,丰满度佳,耐酸耐碱性能优异。

  5、成熟的工业化应用:地板、家俱、纸张印刷、塑胶电子、玻璃包装、汽车内饰等众多领域。

  三、UV户外涂料的研究

  1、挑战:耐候性

  涂料的耐候性主要是指涂料暴露在户外环境下的力学性能、光学性能、化学性能的变化。

  耐候(老化)损害主要由三个因素引起:光照、温度和湿度。这三个因素中的任何一个都会引起材料的老化,它们的共同作用,大于其中任一因素造成的危害。

  a、光照:高分子材料的化学键对于太阳光中不同波段的敏感性不同,一般对应一个阀值。太阳光中的短波紫外线是引起大部份聚合物性能老化的主要原因;

  b、温度:温度越高,化学反应速度越快;

  c、湿度:水会直接参与材料老化,相对湿度、露水和雨水等是自然界中水的几个主要表现形式。研究表明,户外材料每天都长期处于潮湿环境(平均每天8-12H)。

  2、在涂层设计寿命周期内,要避免出现以下情况:

  .变色、褪色

  .开裂

  .剥离、分层

  .脆化、粉化

  .失光

  .起泡

  3、UV户外涂料配方设计

  充分考虑户外因素(光、热、水),结合UV涂料特性,经过大量的筛选评估测试,最终定型;

  a、树脂:选用高官能度脂肪族聚氨酯丙烯酸树脂等;

  b、单体:选用双键转化率高、残留低的单体TMPTA、HDDA等;

  c、光引发剂:选用裂解型光引发剂184(α-羟基酮)等;

  d、颜料:户外高耐候等级无机颜料BASF;

  e、助剂:紫外线吸收剂BASF。

 四、UV户外涂料耐候性测试

  耐候性测试分为两类:人工加速老化试验和自然老化试验

  (一)人工加速老化试验

  在实验室内利用各种老化试验箱进行试验的一种方法,包括热老化、水老化、光老化、盐雾老化等。

  优点:老化箱可以模拟并强化自然环境的某些因素,加速老化过程,较快得到材料试验结果,是生产和科研中常用老化方法。

  缺点:快速老化的模拟结果,影响因素较多,与实际老化结果有偏差。

  1、热老化试验

  a、热老化性能试验

  在常压和规定温度的热空气作用下,使材料经过一定时间后测定其性能指标,用来判断材料的热稳定性。

  测试仪器:烘箱

  测试方法:80℃ⅹ168h

  b、冷热循环试验

  高低温交替冷热交替测试,评价材料的耐温差性。

  测试仪器:冷热循环试验箱

  测试方法:-40℃ⅹ2h,80℃ⅹ2h,24个循环

  2、水老化测试

  a、水泡试验

  在常温下浸泡于水中。

  测试仪器:水箱

  测试方法:水泡168h

  b、水煮试验

  样板饱和吸水后,沸水煮。

  测试仪器:恒温水浴锅

  测试方法:水煮8h

  c、冻融试验

  样板饱和吸水,低温冷冻再解冻,评价水结冰状态下对材料破坏情况。

  测试仪器:冻融试验箱

  测试方法:-40℃ⅹ16h,25℃ⅹ8h,25个循环

  d、湿热老化测试

  在大气环境下,温度(热)和湿度(水)都会导致材料老化。

  测试仪器:湿热老化试验箱

  测试方法:漆膜耐湿热测定法GB/T1740

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