關于紫外光固化涂料有哪些技術性問題?

【專家解說】：　　紫外光固化粉末涂裝技術是由粉末涂裝和紫外光固化二大技術綜合而成的新技術。它的種種技術優(yōu)勢使它的應用范圍超過了以往的熱固性和熱塑性粉末涂料?？梢哉f是該領域中可產業(yè)化的新興材料。 　　1 開發(fā)歷史 　　從1990年初開始，歐洲報道了數(shù)項與紫外光固化粉末涂料有關的公開專利技術。到1995年其中的一 　　部分獲得了批準，這類專利技術的顯著特點是： 　?。?） 從涂料到涂層的無溶劑化，無VOC排放； 　　（2） 涂料的使用范圍擴大，實現(xiàn)了熱敏材料的粉末涂裝； 　?。?） 涂料的固化時間縮短，能源節(jié)省。 　　促使這種環(huán)保型新技術最早實現(xiàn)商業(yè)化的公司是： 　　·UV光固化粉末涂料——瑞典赫伯茨公司（HERBERT），現(xiàn)為杜邦粉末涂料公司； 　　·UV光固化粉末涂料加工設備——瑞典TRIAB公司； 　　·UV光固化涂裝及制品經營——英國的STILEXO公司。 　　紫外光固化粉末涂料技術應用最為成熟的是中密度纖維板（MDF）的表面涂裝，這是比液體涂料更具優(yōu)越性的環(huán)保型涂裝技術。 　　1.1 各國UV固化粉末涂料的應用 　　英國STILEXO公司裝備了TRIAB公司的UV—IR雙重固化裝置，并采用杜邦公司的粉末涂料涂裝中密度纖維板。這種粉末噴涂的中密度纖維板主要用于家具、音響、辦公用品等的制造。 　　1998年英國的Baldor電子公司完成了電動機光固化粉末涂料涂裝生產線的調試工作，一年后投入正式生產，電動機內部的許多配線材料都是受熱易變形的材料，采用紫外光固化粉末涂料是解決這一問題的有效途徑。 　　1999年Voleo公司對汽車本身底漆二道漿和汽車散熱器的涂裝進行了技術改造，均改用UV固化粉末涂料進行涂裝，取得了良好的效果。對于襯覆有橡膠材料的汽車散熱器而言，采用UV固化粉末涂裝是非常有利的，避免了橡膠材料的受熱破壞。 　　1.2 應用領域的拓展 　　從理論上來講UV固化粉末涂料的應用領域與UV固化液體涂料基本相同。從2000年的市場情況來看，塑料表面的UV固化粉末涂裝很有前途。英國的Polyflor公司已用UV 固化粉末涂料涂裝聚氯乙烯地板。這種粉末噴涂的聚氯乙烯地板具有以下使用性能： 　　·日光長期照射不褪色； 　　·地板洗滌劑用量減少40%； 　　·表面硬度顯著提高。 　　2 UV固化粉末涂料的涂層特性 　　由紫外光照射引發(fā)交聯(lián)反應形成的涂層具有以下的物理性能、化學性能和經濟性能。 　　2.1 物理性能 　　·表面硬度提高（鉛筆硬度可以達到4H）； 　　·耐磨強度提高（1㎏負荷下耐磨200次）； 　　·涂膜的抗張強度提高； 　　·氣泡減少。 　　2.2 化學性能 　　·耐有機溶劑（在甲乙酮中不溶）； 　　·耐沾污。 　　2.3 經濟性能 　　·涂裝時粉末損失少； 　　·對環(huán)境影響?。oVOC釋放）； 　　·涂膜固化能耗低； 　　·固化設備占地少； 　　·固化時間短； 　　·可進行三維立體涂裝。 　　樹脂成分主要有以下幾種類型： 　　·丙烯酸或甲基丙烯酸體系； 　　·環(huán)氧樹脂體系； 　　·聚酯或聚酯環(huán)氧混合型體系； 　　·聚氨酯體系； 　　·乙烯醚類體系。 　　今后期待著有機硅、有機氟等高性能聚合物體系的出現(xiàn)。 　　UV固化粉末涂料的光固化速度受顏料成分的影響很大，例如采用二氧化鈦配制白色UV固化粉末時， 　　銳鈦型和金紅石型兩種鈦白由于紫外光吸收波長的不同會明顯影響涂膜的固化過程。圖1 是銳鈦型和金紅石型鈦白粉的紫外光吸收譜圖。 　　圖1 銳鈦型和金紅石型鈦白的紫外線吸收譜圖 　　光引發(fā)劑和固化促進劑是UV固化粉末實現(xiàn)固化的重要保證，BAPO（雙?；鶜溲趸ⅲ?、AHK（2— 　　羥基酮）是新近推出的光引發(fā)劑和固化促進劑，使用效果很好。圖2 表明了AHK、BAPO 的紫外線吸收譜圖及化學結構。 　　UV固化粉末涂料的加熱熔融工藝（紅外線照射）條件如下： 　　·流水線速度：0.5～2m/min; 　　·流水線長度：195cm; 　　·輻射強度：32kW/㎡; 　　·加熱爐全長：2m。 　　典型的紅外加熱裝置全長2m，配置有5根紅外燈管，不同底材（如中密度纖維板、鐵板等）所要求的 　　表面加熱溫度是不同的 　　UV固化粉末的紫外光固化工藝條件如下： 　　·固化爐全長：155cm; 　　·流水線速度 1～5m/min; 　　·功率： 80～160w/cm； 　　·紫外燈波長：320～420nm。 　　為了使紫外光能穿透60～100μm厚的涂層實現(xiàn)涂膜的完全固化，應采用能發(fā)射較長波長的紫外燈，這種燈制造時燈管中封入了鎵和汞。脈沖式紫外光的輻射波長范圍寬，輻射強度平均，而且透過率高。 　　5 UV固化粉末涂料的技術進展 　　傳統(tǒng)的中壓汞燈以及金屬鹵燈應用于粉末涂料的UV固化工藝存在著如下問題： 　　·對50～100μm厚涂層的光穿透性差； 　　·對高顏料填充的UV固化粉末涂料固化不足； 　　·黑色或高含量二氧化鈦、黃色顏料的UV粉末涂料在短波紫外光范圍內不能固化； 　　·對于三維立體涂裝的底材而言，涂膜的UV光固化困難。 　　大型被涂工件在涂裝UV粉末涂料時需采用大功率的固化裝置，這在實際操作中難以實現(xiàn)。 新近開發(fā)的脈沖式紫外光固化技術是解決上述問題的有效手段，使用Xenon燈能使含有白色顏料的UV 粉末涂料在30s內完全固化，透明UV粉末涂料則在15s內完成固化過程，表6為新型脈沖式紫外光輻射裝置的性能比較。 　　新型脈沖式紫外光輻射裝置具有以下特點： 　　·輻射波長在300～1000nm范圍，輻射強度分布平均，因此對光引發(fā)劑的選擇范圍寬； 　　·短波（在300nm附近）紫外光適宜于透明粉末涂料的固化； 　　·長波（在400nm附近）紫外光適宜于著色UV粉末涂料的固化； 　　脈沖式燈管的功率高達1×105 W，能在短時間內（100萬分之2秒）實現(xiàn)規(guī)定的能量輸出，因此輻射能可以穿透厚膜使之完全固化。圖4～7是脈沖式UV燈與普通UV燈的輻射光譜圖。