一體板用UV戶外涂料的研究及應(yīng)用

  一、研究背景

  1、2016年，中國外墻保溫市場容量約為7億平方米，其中保溫裝飾一體化板約為6千萬平方米，隨著建筑節(jié)能要求的提高，一體板市場在未來三至五年將迎來爆發(fā)式增長；

  2、現(xiàn)有一體板多采用溶劑型氟碳、水性多彩（真石漆）涂裝工藝，存在環(huán)境污染大（VOC排放、廢水排放），干燥速度慢（自然干燥大于24h，烘干大于2h），能源消耗高，勞務(wù)用工多等諸多不利因素；

  3、近年來國家加大環(huán)保治理力度，對涂裝企業(yè)征收排污費(fèi)；從2018年元旦開始將征收環(huán)保稅；

  4、中國已經(jīng)進(jìn)入人口老齡化社會，制造業(yè)人口紅利不復(fù)存在，企業(yè)用工成本逐年攀升；

  5、環(huán)保高效的UV涂裝解決方案已成為涂裝升級的必然趨勢。

  二、UV涂料簡介

  1、UV涂料是紫外光固化涂料（Ultraviolet Curing Coating），即利用紫外光作為固化能源，在常溫下快速交聯(lián)成膜的涂料。

  2、主要成份：

  a、齊聚物：丙烯酸改性系列樹脂，如環(huán)氧丙烯酸樹脂（EA）、聚氨酸丙烯酸樹脂（PUA）等；

  b、單體：不同官能度丙烯酸酯單體，如丙烯酸羥丙酯（HPA）、三丙二醇二丙烯酸酯（TPGDA）等；

  c、光引發(fā)劑：有奪氫型、裂解型光引發(fā)劑，如二苯甲酮（BP）、α-羥基酮（1173）等；

  d、粉體：顏料、啞粉、填料等；

  e、助劑：潤濕劑、消泡劑、流平劑等。

  3、反應(yīng)基理：自由基化學(xué)反應(yīng)。

  4、特型："5E"型涂料，被譽(yù)為"面向21世紀(jì)綠色工業(yè)的新技術(shù)"。

  a、環(huán)保（Ecology）：幾乎100%固含量，無VOC排放；

  b、高效（Effective）：瞬間固化（以秒計(jì)），效率極高；

  c、節(jié)能（Energy）：能耗與烘烤型涂料相比，節(jié)能80%；

  d、經(jīng)濟(jì)（Economic）：設(shè)備投入小，占地面積少，生產(chǎn)效率高，用工少，節(jié)能、經(jīng)濟(jì)性優(yōu)；

  e、性能優(yōu)異（Excellent）：涂層為三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，高硬耐磨，光澤高，豐滿度佳，耐酸耐堿性能優(yōu)異。

  5、成熟的工業(yè)化應(yīng)用：地板、家俱、紙張印刷、塑膠電子、玻璃包裝、汽車內(nèi)飾等眾多領(lǐng)域。

  三、UV戶外涂料的研究

  1、挑戰(zhàn)：耐候性

  涂料的耐候性主要是指涂料暴露在戶外環(huán)境下的力學(xué)性能、光學(xué)性能、化學(xué)性能的變化。

  耐候（老化）損害主要由三個(gè)因素引起：光照、溫度和濕度。這三個(gè)因素中的任何一個(gè)都會引起材料的老化，它們的共同作用，大于其中任一因素造成的危害。

  a、光照：高分子材料的化學(xué)鍵對于太陽光中不同波段的敏感性不同，一般對應(yīng)一個(gè)閥值。太陽光中的短波紫外線是引起大部份聚合物性能老化的主要原因；

  b、溫度：溫度越高，化學(xué)反應(yīng)速度越快；

  c、濕度：水會直接參與材料老化，相對濕度、露水和雨水等是自然界中水的幾個(gè)主要表現(xiàn)形式。研究表明，戶外材料每天都長期處于潮濕環(huán)境（平均每天8-12H）。

  2、在涂層設(shè)計(jì)壽命周期內(nèi)，要避免出現(xiàn)以下情況：

  .變色、褪色

  .開裂

  .剝離、分層

  .脆化、粉化

  .失光

  .起泡

  3、UV戶外涂料配方設(shè)計(jì)

  充分考慮戶外因素（光、熱、水），結(jié)合UV涂料特性，經(jīng)過大量的篩選評估測試，最終定型；

  a、樹脂：選用高官能度脂肪族聚氨酯丙烯酸樹脂等；

  b、單體：選用雙鍵轉(zhuǎn)化率高、殘留低的單體TMPTA、HDDA等；

  c、光引發(fā)劑：選用裂解型光引發(fā)劑184（α-羥基酮）等；

  d、顏料：戶外高耐候等級無機(jī)顏料BASF；

  e、助劑：紫外線吸收劑BASF。

  四、UV戶外涂料耐候性測試

  耐候性測試分為兩類：人工加速老化試驗(yàn)和自然老化試驗(yàn)

  （一）人工加速老化試驗(yàn)

  在實(shí)驗(yàn)室內(nèi)利用各種老化試驗(yàn)箱進(jìn)行試驗(yàn)的一種方法，包括熱老化、水老化、光老化、鹽霧老化等。

  優(yōu)點(diǎn)：老化箱可以模擬并強(qiáng)化自然環(huán)境的某些因素，加速老化過程，較快得到材料試驗(yàn)結(jié)果，是生產(chǎn)和科研中常用老化方法。

  缺點(diǎn)：快速老化的模擬結(jié)果，影響因素較多，與實(shí)際老化結(jié)果有偏差。

  1、熱老化試驗(yàn)

  a、熱老化性能試驗(yàn)

  在常壓和規(guī)定溫度的熱空氣作用下，使材料經(jīng)過一定時(shí)間后測定其性能指標(biāo)，用來判斷材料的熱穩(wěn)定性。

  測試儀器：烘箱

  測試方法：80℃ⅹ168h

  b、冷熱循環(huán)試驗(yàn)

  高低溫交替冷熱交替測試，評價(jià)材料的耐溫差性。

  測試儀器：冷熱循環(huán)試驗(yàn)箱

  測試方法：-40℃ⅹ2h，80℃ⅹ2h，24個(gè)循環(huán)

  2、水老化測試

  a、水泡試驗(yàn)

  在常溫下浸泡于水中。

  測試儀器：水箱

  測試方法：水泡168h

  b、水煮試驗(yàn)

  樣板飽和吸水后，沸水煮。

  測試儀器：恒溫水浴鍋

  測試方法：水煮8h

  c、凍融試驗(yàn)

  樣板飽和吸水，低溫冷凍再解凍，評價(jià)水結(jié)冰狀態(tài)下對材料破壞情況。

  測試儀器：凍融試驗(yàn)箱

  測試方法：-40℃ⅹ16h，25℃ⅹ8h，25個(gè)循環(huán)

  d、濕熱老化測試

  在大氣環(huán)境下，溫度（熱）和濕度（水）都會導(dǎo)致材料老化。

  測試儀器：濕熱老化試驗(yàn)箱

  測試方法：漆膜耐濕熱測定法GB/T1740

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  3、光老化試驗(yàn)

  a、氙弧燈老化（模擬全光譜太陽光：紫外線、紅外線、可見光）

  利用惰性氣體氙在超高電壓下原子被激發(fā)電離放電產(chǎn)生弧光來模擬自然條件下光老化的再現(xiàn)性試驗(yàn)，并且可以模擬黑夜及淋雨現(xiàn)象。

  測試儀器：氙弧燈老化試驗(yàn)箱（Q-sun）

  測試方法：GB/T1865 色漆和清漆人工氣候老化和人工輻射暴露濾過的氙弧輻射

  b、紫外燈老化（主要為紫外線）

  紫外熒光燈可模擬關(guān)鍵的短波紫外線，并能完整真實(shí)地重現(xiàn)太陽光、雨水和露水造成的損害。

  測試儀器：紫外燈老化試驗(yàn)箱（Q-UV）

  測試標(biāo)準(zhǔn)：GB/T14522 涂料人工氣候老化試驗(yàn)方法 熒光紫外燈

  4、鹽霧測試

  模擬海洋氣候測試。

  測試儀器：鹽霧試驗(yàn)箱（Q-Fog）

  測試方法：5%氯化鈉，35℃，72h

  （二）自然老化試驗(yàn)

  利用自然環(huán)境條件下進(jìn)行老化的一類試驗(yàn)，包括大氣老化試驗(yàn)和自然儲存試驗(yàn)。

  優(yōu)點(diǎn)：老化條件最接近實(shí)際應(yīng)用環(huán)境，可獲得比較可靠的試驗(yàn)結(jié)果，方法簡便。

  缺點(diǎn)：老化速度緩慢，試驗(yàn)周期長，不能及時(shí)滿足科研與生產(chǎn)的需要。

  1、在不同氣候區(qū)域戶外測試：

  冬冷夏熱地區(qū)：成都

  冬暖夏熱地區(qū)：廣州

  極寒地區(qū)：烏魯木齊

  鹽霧地區(qū)：?？?

  酸雨地區(qū)：長沙

  全球最嚴(yán)苛戶外曝曬地區(qū)：美國佛羅里達(dá)州（陽光充足、高溫、雨水充沛）

  （三）試驗(yàn)結(jié)果

  五、UV戶外涂料的應(yīng)用

  1、產(chǎn)品系列：UV滲透、UV底漆、UV膩?zhàn)?、UV色漆、UV轉(zhuǎn)印膠、UV面漆等全UV體系產(chǎn)品，可實(shí)現(xiàn)工業(yè)化高效生產(chǎn)；

  2、涂裝工藝：UV實(shí)色工藝（單色板效果）、UV金屬色工藝（金屬板效果）、UV轉(zhuǎn)印工藝（石材效果），具有良好的裝飾性；

  UV戶外涂料具有環(huán)保、高效等優(yōu)點(diǎn)，符合綠色產(chǎn)業(yè)發(fā)展的趨勢，同時(shí)具備優(yōu)異的耐候性能，已成功在眾多外墻保溫裝飾一體化板工程實(shí)際應(yīng)用，取得了良好的經(jīng)濟(jì)效益和社會效益。展望未來，UV戶外涂料在一體板、鋁塑板、彩涂板、汽車外殼等戶外涂裝領(lǐng)域有著極大的應(yīng)用前景。