填料对紫外光固化涂料性能的影响

填料对紫外光固化涂料性能的影响

贺 琼 （常州工程职业技术学院 213164）
杨晓梅 （上海宝钢新日铁汽车板有限公司 200941 ）

0 前言
紫外光固化泛指经紫外光照射后快速聚合反应而固化的过程。由于紫外光固化技术具有固化速度快、环境友好、节约能源、可涂装各种基材和费用低等特点，而使其在涂料工业中有非常重要的应用。光固化涂料的品种繁多，性能各异。其主要成分一般包括光引发剂、活性稀释剂、反应性低聚物及各种添加剂。光固化涂料中常加入无机填料以减轻低聚物、活性稀释剂光聚合导致的体积收缩，改善附着力，并可增强固化膜的硬度、耐磨性、耐热性等。在诸如光固化地板涂料，手机涂料等有耐磨要求的应用场合，经常添加滑石粉、硅微粉等填料，而无机填料的加入可能导致固化涂层柔韧性下降，对涂层柔韧性要求较高的场合，应谨慎使用。

光固化涂料用的添加剂主要包括颜料和染料、填料、助剂等，虽然它们不是光固化涂料的主要成分，而且在涂料中所占比例很小，但它们对完善涂料的各种性能起着重要的作用。本文就其中的填料对涂料性能的影响进行探讨。在紫外光固化涂料中所加入的填料也称为体质颜料或惰性颜料，它们的特点是化学稳定性好，便宜，来源广泛，能均匀分散在涂料的基料中。加入填料主要是为了降低涂料的成本，同时对涂料的流变性和物理力学性能起重要作用，可以增加涂膜厚度，提高涂层的耐磨性和耐久性。常用的填料有碳酸钙（CaCO3）、硫酸钡（BaSO4）、二氧化硅（SiO2）、氢氧化铝［Al（OH）3］、高岭土（Al2O3·SiO2·nH2O）、滑石粉（3MgO·4SiO2·H2O）等，都是无机物，它们的折射率与低聚物和活性稀释剂接近，所以在涂料中是“透明”的，对基材遮盖力低或无。

1 实验部分
1.1 原料及设备
1.1.1 原料
实验所用的预聚物聚氨酯丙烯酸酯、环氧丙烯酸酯、聚酯丙烯酸酯、丙烯酸酯化丙烯酸酯等树脂以及HDDA（己二醇二丙烯酸酯）、TMPTA（三羟甲基丙烷三丙烯酸酯）、PETA（季戊四醇四丙烯酸酯）、DPHA（双季戊四醇六丙烯酸酯）等丙烯酸单体和1173、184、TPO（2，4，6- 三甲基苯甲酰基二苯基氧化磷）、907、819、ITX（异丙基硫杂蒽酮）、BP（二苯甲酮）、三乙醇胺等，分别是长兴、BASF、Ciba、Bayer、SARTOMER、UCB、双键等公司产品。

1.1.2 仪器设备
4 kW 高压汞灯，涿州市蓝源特灯厂；ZBQ-4-SZQ型25~100 μm湿膜制备器、NM-Ⅰ耐磨试验仪，均为上海普申化工机械有限公司产品。

1.2 涂层制备
将丙烯酸树脂、稀释单体、光引发剂和其他助剂按一定比例混合，分散均匀。选用ABS 板，膜厚约20 μm，用4 kW 的高压汞灯照射一定时间固化成膜。基本配方见表1。

1.3 性能测试
耐磨耗：用EF-74 橡皮测试，500 g 力，30 r/min，测试露底时的磨擦次数；
耐醇：用分析纯酒精测试，500 g 力，30 r/min，测试露底时的磨擦次数；
光泽：用光泽度仪测试表面光泽度。

2 结果与讨论
2.1 不同类型填料的影响
填料一般包括碳酸钙（A1）、硫酸钡（A2）、碳酸镁（A3）、滑石粉（A4）、硅酸铝（A5）、硬脂酸锌（A6）等，在涂料中的主要作用为降低成本、增强骨架、提高耐磨耗性能等。不同填料配方对涂层耐磨耗性和耐醇性的影响见表2。

由表2 可见：碳酸钙对于涂层耐磨耗的提高较为明显，硫酸钡则对光泽影响最小；填料的加入对耐醇性能的提高极为明显。因为碳酸钙对涂层附着力的影响较小，故此可用在配方中以增强涂层的耐磨耗性能。

2.2 不同类型碳酸钙的影响
碳酸钙在涂料中常用的包括轻质碳酸钙（B1）、重质碳酸钙（B2）和纳米碳酸钙（B3），表3 为不同类型的碳酸钙对涂层耐磨耗性的影响。
表3 不同类型碳酸钙对涂层耐磨耗性的影响

由表3 可以看出：不同类型的碳酸钙均可明显提高涂层的耐醇性能；而重质碳酸钙的添加对涂层耐磨耗性能的提高远比轻质碳酸钙和纳米碳酸钙明显，但会明显降低涂层的光泽度，而纳米碳酸钙和轻质碳酸钙对涂层光泽的影响较小。

3 结语
（1） 加入填料后，紫外光固化涂层的耐磨耗和耐醇性能得到了明显增强，相对于耐磨耗性能，耐醇性能的改善更为明显。
（2） 相对于一般的填料，重质碳酸钙对提高涂层的耐摩擦性能有更好的效果。
（3） 轻质碳酸钙和纳米碳酸钙对涂层光泽的影响较小，而硅酸铝等填料则会明显降低涂层的光泽。
（4） 实验中发现：在光固化涂料中，纳米碳酸钙比重质碳酸钙更难以分散，而轻质碳酸钙和其他填料则较容易分散。