紫外/电子束固化技术

作者：Sartomer Company

欢迎访问e展厅 展厅 7 喷涂/清洗/表面工程展厅 PVD涂层设备, 电镀设备, 热镀锌设备, 超声波清洗机, 静电喷粉机, ... 涂料油漆行业一直在努力开发具有超强性能而同时又能降低有机挥发物含量（VOC）和能耗的高科技涂料产品。如今，紫外和电子束/射线固化技术使上述目标成为了可能。 紫外/电子束固化工业是涂料市场发展最快的技术领域之一。从安全和环保角度，这一技术（UV/EB）的优势包括较低的挥发性、较高的燃点、百分之百的反应性和较好的设备适应性。所有这些优点促使了UV/EB技术的成长。 概述 紫外/电子束固化涂料由反应性溶剂、低聚体、具有优秀颜色、光泽、流平性和优化物理性能的添加剂配方而成。其反应机理是以丙烯酸酯、甲基丙烯酸酯、乙烯基和烯丙基化合物为基础的自由基聚合。 当光催化剂吸收了特定的光能时即产生紫外固化。催化剂形成可轮流引发聚合的自由基。自由基聚合形成就地固化聚合物网络。传统的固化方法取决于以单一聚合物主链或双组分系统为基础的预定机理。而紫外/电子束固化中的不饱和碳化合物可根据配方师要求迅速改变配比。其结果是，这种新颖的就地固化聚合物具备了独特的使用性能。 电子束固化无需使用光催化剂来进行自由基引发。这里是电子受到激活并对丙烯酸酯、甲基丙烯酸酯、乙烯基和烯丙基化合物产生引发。然后以紫外线自由基固化相同的方式进行聚合。 自由基技术中所使用的低粘度反应单体提供应用所需的粘度、粘合力、流平性和物理特性。传统涂料使用甲苯、甲乙酮、醋酸酯甚至水作为溶剂，这些溶剂或稀释剂必须使用热风烘箱或红外线加热器驱除，从而使涂料树脂干燥或交联形成最终的涂料。紫外/电子束固化系统中的反应单体瞬间交联，从而形成不含有机挥发物的固化交联涂料。 传统涂料采用异氰酸酯、环氧或聚合物树脂为原料，用于溶剂型、高固含量或乳液应用体系。紫外线和电子束固化涂料也以类似主链结构为基础。异氰酸酯和氨基甲酸乙酯预聚物采用羟基丙烯酸酯和甲基丙烯酸酯封端。环氧树脂则用不饱和酸与之反应，产生丙烯酸基和甲基丙烯酸酯基终止的低聚物。对自由基聚合而言，聚酯和丙烯酸聚合物的终止机理相类似。这大大降低了用其作为预聚物而产生的健康与安全危害。 紫外/电子束固化还具有降低生产空间的和能耗的优势。溶剂型和水性涂料需要烘箱、气流、溶剂恢复装置和/或煅烧炉。而紫外线或电子束引发所需的自由基固化设备体积更小、能耗更低。 反应单体 反应单体具有类似溶剂的性能，并且为便于使用其粘度可调。其分子量通常大于200，使涂料挥发性非常低。而单体本身的蒸汽压很低，燃点高于93℃，从而最大限度降低了火灾风险。大多数单体都被被列为交通部规定下的无害级产品。 单体官能度、主链结构、极性、表面张力、粘度以及溶解度都将影响粘合性、流平性、表面润湿性、光泽和反应性能，这些都是选择单体时必须考虑的因素。 低聚物/树脂 ◆ 聚氨酯丙烯酸酯：是紫外/电子束固化领域最多用途的主链之一，分子量可从几百到一万以上，典型分子量范围为800到3000以上。传统溶剂型和双组分涂料使用由经二异氰酸盐封端的多元醇组成的聚氨酯预聚物。这些相同的预聚物可以用反应物暂时终止进行乳化，然后挥发并与异氰酸酯反应。 聚氨酯预聚物在紫外/电子束固化中用不饱和羟基化合物进行永久封端。异氰酸酯和羟基形成了不挥发的聚氨酯。不饱和基团可以是丙烯酸酯、甲基丙烯酸酯、乙烯基或烯丙基，用于自由基聚合。 聚氨酯丙烯酸酯中自由异氰酸酯基团或自由羟基数量是不可知的。异氰酸酯——自由聚氨酯丙烯酸酯基相对于其异氰酸酯终止的对应物而言，对皮肤和眼睛的刺激较小。 ◆ 环氧基低聚物 ：是UV/EB行业里用量最大的化学品。双酚-A-环氧树脂与丙烯酸或甲基丙烯酸反应，产生不饱和端基的反应基团。其主链结构的多功能性使涂料具备多种化学性能。环氧基低聚物的粘度可能较大，在加热时可能产生与聚氨酯-丙烯酸酯相类似的输送问题。低聚物和树脂常用反应单体进行稀释，从而对施工和运输粘度进行调节。 紫外固化技术的产生 在过去20年中，产生了一种特别适用于金属、塑料和聚烯烃薄膜工业的具备粘合性和柔韧性的重要化学技术。这种技术包含了紫外线引发、酸催化环氧和乙烯醚固化的使用等。这种机理需要光催化剂来吸收和形成路易斯酸，路易斯酸引发环氧和乙烯醚之间的反应并经受附加聚合。该机理会一直持续到反应组分消耗殆尽为止。 生产和加工 UV/EB固化的生产和加工工艺具有许多优点，所用的设备工艺也十分安全。这种无需溶剂的机理造就了防爆的环境，而原料94℃以上的燃点和低蒸汽压更巩固了上述环境。 紫外固化设备 这类设备可以是安装在快速传送带上的一些简单的单灯固化单元，也可以是根据速度控制和总体输入能量的需要有各种能量来源两个、四个、八个或更多固化灯的固化单元。固化单元安有自动关闭和冷却警报装置。 紫外线固化设备本质上是一种模拟阳光的人工光源。其圆柱形或球形的真空灯泡通常包含很少量的水银。金属被一个电极将电流穿过金属蒸汽而蒸发，或由直接微波能源蒸发。蒸发的金属发出光和红外热能。光能通过采用椭圆或半圆形的抛光反射镜集中成单一方向的光束。而红外热能则由高速空气和/或反射镜的水冷驱除。紫外光产生强烈的类似太阳光的UV“A”和UV“B”系列光。当光源被激活时，通过专门设计用于防止设备开放对人体造成损伤的设备对工作人员进行保护。 红外热能和紫外光能会对涂层产生热量。这种热量通常很低，使温度有略微的上升。此外原料反应产生的热量会使温度进一步升高。 电子束固化设备 电子束产生加速电子与涂料表面碰撞或渗透到基体内部。金属表面产生电子，使钨电极受热。增强磁场产生的真空使电子加速。在此过程中产生的额外辐射被完全屏蔽，以免操作人员受到损伤。 高能量固化还能降低配方和加工成本。复合材料的聚合物交联使就地固化技术得到进一步加强。饱和的木材、纸张和浸渍的无机物都能在激活的电子作用下立刻交联。 结论：紫外/电子束固化技术在涂料业日益成长。百分之百反应的油墨、涂料和复合材料为消费者市场生产出高质量的成品。用此类油墨涂料生产的成品在同一天内即可进行检测、包装和运输。这种固化方式既不会向大气产生污染物，在涂料/油墨固化或干燥时也无需很高的能量。丙烯酸酯和甲基丙烯酸酯单体和低聚物的多样性使配方师能根据客户要求配出各种油墨、涂料和添加剂。产品的使用性能也很容易优化。这种不断成长的固化技术使涂料、油墨、粘合剂的生产效率更高，能耗更低，同时不产生VOC，更安全、更环保，并能实现就地固化。 (end)

文章内容仅供参考 (投稿) (7/26/2010)