紫外固化（精选八篇）
紫外固化 篇1
关键词：阴极电泳涂料,紫外光固化,水性涂料,进展
电泳涂料因具有漆膜均匀、硬度高、透明性好、低污染和节能等优点, 而广泛应用于五金零部件和家电等的涂装, 在汽车生产中更是独占鳌头。阳极电泳涂料在应用领域有一定的发展, 但相比之下阴极电泳涂料改性或掺杂后具有更优异的防腐能力、更高的泳透力、不溶解被涂物和电泳槽液稳定等特点, 而备受关注[1,2,3]。
目前阴极电泳涂料的固化方式以热固化为主, 固化温度一般在140～180℃, 而对于很多带有塑料或橡胶的金属零部件以及热敏性材料而言, 高温热固化涂料就无法达到其要求, 解决的方法之一就是在涂料固化上研发低温固化工艺[4]。紫外光 (UV) 固化是利用涂膜树脂在紫外光照射下发生聚合架桥反应, 在低温的条件下短时间内就能完成的固化工艺。由于UV固化技术完全符合“3E”原则[5], 即:节约能源 (Energy) , 生态环境保护 (Ecology) , 经济 (Economy) , 因而在短时间内得到较快发展。
UV固化电泳涂料[6]具有光固化性能, 同时结合电泳涂装技术, 因此, 它既能满足产品进行电泳涂装的加工要求, 又能解决涂装材料受涂膜固化温度的影响问题。集UV固化与电泳涂装两优点于一身的UV固化阴极电泳涂料有着极大的应用发展前景。
1 UV固化阴极电泳涂料基体树脂的研究
在UV固化阴极电泳涂料中, 基体树脂的结构不仅影响着体系黏度和泳透率, 而且影响到光固化反应活性, 而这些都是进行电泳涂装及光固化工艺所要考虑的因素, 同时也是成膜后漆膜各方性能优劣的重要依据[7,8]。目前, 国内外研究的紫外光固化阴极电泳涂料基体树脂主要集中在丙烯酸树脂、环氧丙烯酸树脂和聚氨酯丙烯酸树脂这三类。
1.1 丙烯酸树脂
丙烯酸树脂涂膜耐候性好, 光泽度高, 而且综合性价比高, 因而科学研究及实际应用价值高。Masao Fukuda等[9]利用多种丙烯酸单体合成了具有多丙烯酰基官能团的丙烯酸树脂, 电泳涂装UV固化后的漆膜硬度高, 表面光泽。
申屠宝卿等[10,11]通过自由基共聚合得到丙烯酸树脂, 然后用甲基丙烯酸异氰酸乙酯 (MOI) 对其改性, 合成了带有N, N-二甲胺基的光固化阴极电泳漆基体树脂。实验发现, 树脂分子链上引入甲基丙烯酸-N, N-二甲胺乙酯 (DMAEMA) 后, 其水分散性有较大改善, 稳定性提高。
刘仁等[12]以甲基丙烯酸二甲胺乙酯 (DMAEMA) 、甲基丙烯酸羟乙酯 (HEMA) 等单体制备得到阳离子型丙烯酸树脂, 再利用含异氰酸根的不饱和单体对其进行接枝改性, 合成的UV固化阴极电泳涂料耐酸碱性能优异。
1.2 环氧丙烯酸树脂
环氧类阴极电泳树脂具有化学稳定性好、漆膜附着力强及优良的电绝缘性等特性, 因而研究应用广泛。Kim Y B等[13]利用甲基丙烯酸酯 (MAA) 和环氧氨基酯 (EA) 等共聚, 以季戊四醇三丙烯酸酯 (PETA) 进行改性, 制得了具有多官能度的改性环氧树脂, 研究证明该树脂交联固化后具有优异的抗溶剂性。
安丰磊等[14]利用丙烯酸-β-羟乙酯 (HEA) 对异氰酸酯 (TDI) 半封闭, 制得含异氰酸根的不饱和单体, 并接枝到酸化胺化环氧树脂 (E-55-NR3) 上, 得到具有多官能度的水性感光极佳的UV固化阴极电泳漆膜, 在后续的研究中[15], 发现该新型阴极电泳涂料具有良好的水溶性和稳定性。
1.3 聚氨酯丙烯酸树脂
聚氨酯涂料具有优良的耐磨性和优异的耐化学药品性等优点而获得广泛应用, 其中水性聚氨酯由于绿色环保, 更是目前涂料界的研究热点[16]。
杨洪[17]采用带叔胺基的丙烯酸酯类单体共聚得含叔胺基树脂, 并通过早前研究[18]的光稳定性良好的异佛尔酮二异氰酸酯 (IPDI) 与甲基丙烯酸-β-羟乙酯 (HEA) 的半加成物对丙烯酸树脂改性, 得到具有良好附着力和柔韧性的基体树脂, 涂装固化后漆膜无黄变、耐老化性能好, 作为户外涂料使用具有很大的优势。
之后, 杨洪等[19]利用丙烯酸酯类单体聚合并改性得到了具有侧链羟基的聚氨酯丙烯酸树脂, 并研究了共聚反应的影响因素, 发现复合型催化剂具有更好的催化作用, 所得的聚氨酯丙烯酸酯光固化阴极电泳漆综合性能良好。
2 UV固化阴极电泳涂料中光引发剂的研究
光引发剂是UV固化系列涂料中重要组成成分之一, 在UV固化阴极电泳涂料中, 光引发剂应该具有良好的油溶性, 电泳涂装中光引发剂必须与基体树脂高度相容, 同时为确保在UV固化前的闪蒸过程中没有光引发剂的损失, 它也要具有较低的挥发度和良好的热稳定性。近年来对其研究的报道也较多, 新型的光引发剂提高了自身引发性能, 同时也改善了漆膜的相关性能[20]。
2.1 小分子类光引发剂
小分子光引发剂研究深入, 价廉易得, 符合一般的性能要求, 因而在UV固化阴极电泳涂料中应用较多, 但为了得到性能更好、应用更广泛的光引发剂, 研究开发新的光引发剂的工作仍在继续。
为提高光引发效率, Jung-Dae Cho等[21]在光引发剂体系中添加了光敏剂2, 4-二乙基硫杂蒽酮 (DETX) , 在实验研究中发现, 新型的复合光引发剂可大幅降低光聚合反应的活化能, 从而缩短固化时间, 同时固化交联度提高。
Tamabe J等[22]利用多种化合物合成了一类肟酯小分子, 用于光聚合反应中, 研究发现其具有良好的热稳定性及油溶性, 同时便于贮存, 光固化反应效率高。
2.2 高分子光引发剂
高分子化的光引发剂是近几年研究发展起来的, 它即克服了小分子型的光引发剂在保存过程中容易挥发和迁移的缺点, 同时增加在UV固化阴极电泳涂料中的油溶性, 是光引发剂的未来发展趋势之一。
Hyun-Sung Do等[23]用4- (4-氯苯甲酰基) 苯甲酸-2- (丙烯酰氧) 乙基酯 (P-36) 等单体合成了高分子光引发剂, 大幅提高光引发剂的油溶性, 后续研究表明, 高分子化的光引发剂克服了小分子光引发剂残留迁移致使漆膜泛黄和老化的弊病, 同时光引发剂高分子化, 提高了其热稳定性, 降低挥发, 从而减少了环境污染。
Wei Jun等[24]用3, 5-二氨基-4-氯二苯甲酮 (DACBP) 和苯酚合成了一种新型光引发剂DAPBP, 然后利用DAPBP分别合成了不带有叔胺基侧链的高分子光引发剂PUSO和带有叔胺基侧链的高分子光引发剂PUSOA。研究中用电子自旋共振光谱 (ESR) 和聚氨酯丙烯酸光聚合反应平行对比实验进行表征, 发现PUSOA活化效率最高, 光聚合交联度最高。
3 UV固化电泳涂料的涂装固化工艺研究
最终漆膜的性能, 不仅受到涂料组成成分的制约, 而且受到涂料涂装固化工艺的影响, 这一点在电泳涂料中尤为突出[25]。UV固化阴极电泳涂料相比于一般的阴极电泳涂料和一般的UV固化涂料, 在工艺参数及工艺流程上都有不同之处。
3.1 电泳涂装工艺
由于UV固化阴极电泳涂料中基体树脂的结构与一般阴极电泳涂料树脂不一样, 因此在电泳涂装过程中, 主要工艺参数 (电泳电压和电泳时间) 是有所不同的。
刘仁等[12]研究发现在固含量为10%的UV阴极电泳涂料工作液中, 电泳电压80V, 电泳时间90s时, 得到膜厚18μm外观及性能良好的漆膜, 而在相同固含量的一般阴极电泳涂料中无法达到。
Kim Y B等[13]在电泳平行对比实验中发现, 添加季戊四醇三丙烯酸酯 (PETA) 聚结剂后, 电泳沉积率比没加入的高, 研究证实在阴极电泳涂料基体树脂中加入一定量的聚结剂能有效提高沉积漆膜的电导率, 增强泳透率。
安丰磊等[14]研究电泳涂装工艺中发现, 电泳电压为80V, 电泳时间为100s时, 就能得到膜厚20μm、光滑平整的漆膜, 与一般阴极电泳涂料实验对比, 降低了能耗, 提高了生产效率。
3.2 闪蒸工艺
UV固化阴极电泳涂料的电沉积膜在微观上是由含有一定水分的光固化胶体颗粒[26]组成的, 电沉积膜的含水率对体系的流平性及光固化速率有着重要的影响。因此, 在光固化之前需增加一道闪蒸除水工艺, 从而进一步提高漆膜质量。
早期的研究[27]发现, 闪蒸工艺中的温度及时间应把握得当:温度太高, 漆膜树脂中的光引发剂会一定量的分解或挥发而损失;温度太低, 则降低了除水速率, 增加了工艺时间。同样, 闪蒸时间太长, 漆膜中水分蒸发过多, 将影响固化后漆膜性能;时间太短, 漆膜固化程度不够, 影响漆膜使用寿命。并且, 闪蒸过程同时也是电沉积膜上胶体颗粒间重新聚集流平的过程, 这样将使得光引发剂能充分分散在漆膜中, 电泳涂装后漆膜具有高效的固化活性, 在UV固化过程中交联密集, 成膜后漆膜光泽度好, 硬度等性能优良[28]。
Katarina Johansson等[29]研究又发现在平行对比试验中漆膜的玻璃化温度 (Tg) 由于闪蒸工艺的不同发生了变化, 进而影响最终的涂料性能。用红外线照射去漆膜中的水分也有相应报道[30], 这种方法节约空间, 简化工艺流程, 但由于工业生产的多变性, 这种方法仍有待研究。在UV固化阴极电泳涂料中, 一般用以闪蒸工序, 效果良好, 但闪蒸工艺对漆膜影响的其他因素有待进一步的研究。
4 结 语
近年来, 阴极电泳涂料的研究越来越多, 不但追求低温固化和高性能化[31,32], 而且要注重环保及创新。与传统的热固化阴极电泳涂料相比, UV固化阴极电泳涂料不仅固化效率高、温度低, 而且节能环保, 是一种极具应用前景的水性涂料。
目前, UV固化阴极电泳涂料的研究尚处于基础阶段, 在一些问题上仍需要进一步研究, 如UV固化阴极电泳涂料所使用的基体树脂范围仍有局限, 这将是今后研究的热点问题;适用于UV固化阴极电泳涂料的光引发剂的种类不多, 现在虽然新型的光引发剂陆续在被研究开发, 但仍处于实验室研究阶段, 实际的工业生产应用有待进一步的研究;涂装固化过程对漆膜整体性能的影响及闪蒸工艺的实际应用问题尚需深入研究。
紫外固化 篇2
--------2013-2018年中国紫外光固化涂料行业市场分析及投资可行性研究报告
报告目录
第一部分 行业发展现状
第一章 紫外光固化涂料行业发展概述 第一节 紫外光固化涂料的相关知识
一、紫外光固化涂料的定义
二、紫外光固化涂料的特点
第二节 紫外光固化涂料行业发展成熟度
一、行业发展周期分析
二、行业中外市场成熟度对比
三、行业及其主要子行业成熟度分析 第三节 紫外光固化涂料市场特征分析
一、市场规模
二、产业关联度
三、影响需求的关键因素
四、国内和国际市场
五、主要竞争因素
六、生命周期
第二章 全球紫外光固化涂料市场发展分析
第一节 2008-2013年世界紫外光固化涂料产业发展综述
一、世界紫外光固化涂料产业特点分析
二、世界紫外光固化涂料主要厂家分析
三、世界紫外光固化涂料产业市场分析
第二节 2007-2013年世界紫外光固化涂料行业发展分析
一、2007-2012年世界紫外光固化涂料行业发展分析
二、2013年世界紫外光固化涂料行业发展分析
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--------第三节 全球紫外光固化涂料市场分析
一、2011-2013年全球紫外光固化涂料需求分析
二、2011-2013年欧美紫外光固化涂料需求分析
三、2011-2013年中外紫外光固化涂料市场对比
第三章 我国紫外光固化涂料行业发展现状 第一节 中国紫外光固化涂料行业发展状况
一、2011-2013年紫外光固化涂料行业发展状况分析
二、2011-2013年中国紫外光固化涂料行业发展动态
三、2011-2013年紫外光固化涂料行业经营业绩分析
四、2011-2013年我国紫外光固化涂料行业发展热点 第二节 中国紫外光固化涂料市场供需状况
一、2011-2013年中国紫外光固化涂料行业供给能力
二、2011-2013年中国紫外光固化涂料市场供给分析
三、2011-2013年中国紫外光固化涂料市场需求分析
四、2011-2013年中国紫外光固化涂料产品价格分析 第三节 我国紫外光固化涂料市场分析
一、2010年紫外光固化涂料市场分析
二、2011年紫外光固化涂料市场分析
三、2012-2013年紫外光固化涂料市场的走向分析
第四章 紫外光固化涂料产业经济运行分析
第一节 2008-2012年中国紫外光固化涂料产业工业总产值分析
一、2008-2012年中国紫外光固化涂料产业工业总产值分析
二、不同规模企业工业总产值分析
三、不同所有制企业工业总产值比较
第二节 2008-2012年中国紫外光固化涂料产业市场销售收入分析
一、2008-2012年中国紫外光固化涂料产业市场总销售收入分析
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二、不同规模企业总销售收入分析
三、不同所有制企业总销售收入比较
第三节 2008-2012年中国紫外光固化涂料产业产品成本费用分析
一、2008-2012年中国紫外光固化涂料产业成本费用总额分析
二、不同规模企业销售成本比较分析
三、不同所有制企业销售成本比较分析
第四节 2008-2012年中国紫外光固化涂料产业利润总额分析
一、2008-2012年中国紫外光固化涂料产业利润总额分析
二、不同规模企业利润总额比较分析
三、不同所有制企业利润总额比较分析
第五章 我国紫外光固化涂料产业进出口分析 第一节 我国紫外光固化涂料产品进口分析
一、2011-2012年进口总量分析
二、2011-2012年进口结构分析
三、2011-2012年进口区域分析
第二节 我国紫外光固化涂料产品出口分析
一、2011-2012年出口总量分析
二、2011-2012年出口结构分析
三、2011-2012年出口区域分析
第三节 我国紫外光固化涂料产品进出口预测
一、2011-2012年进口分析
二、2011-2012年出口分析
三、2013-2018年紫外光固化涂料进口预测
四、2013-2018年紫外光固化涂料出口预测
第六章 中国紫外光固化涂料市场供需分析 第一节 紫外光固化涂料市场需求规模分析
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一、中国紫外光固化涂料总体市场规模分析
二、东北地区市场规模分析
三、华东地区市场规模分析
四、华中地区市场规模分析
五、华北地区市场规模分析
六、华南地区市场规模分析
七、西部地区市场规模分析
第二节 紫外光固化涂料市场需求特征分析
一、紫外光固化涂料消费群体的年龄特征分析
二、消费者关注的因素
三、市场需求潜力分析
第三节 紫外光固化涂料生产分析
一、紫外光固化涂料行业产量分析
二、紫外光固化涂料行业领先技术分析
三、紫外光固化涂料行业生产集中度分析 第四节 紫外光固化涂料行业经营绩效分析
一、行业营运情况分析
二、行业盈利指标分析
三、行业偿债能力分析
四、行业成长性分析
第二部分 行业竞争格局
第七章 紫外光固化涂料行业竞争格局分析 第一节 紫外光固化涂料行业历史竞争格局概况
一、紫外光固化涂料行业集中度分析
二、紫外光固化涂料行业竞争程度分析 第二节 中国紫外光固化涂料行业竞争结构分析
一、现有企业间竞争
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二、潜在进入者分析
三、替代品威胁分析
四、供应商议价能力
五、客户议价能力
第三节 中国紫外光固化涂料产业研发力分析
一、紫外光固化涂料产业研发重要性分析
二、中外紫外光固化涂料研发投入和运作方式对比
三、中国紫外光固化涂料研发力问题分析 第四节 中国紫外光固化涂料产业竞争状况
一、我国紫外光固化涂料行业品类竞争现状
二、我国紫外光固化涂料企业的竞争力分析
三、中国紫外光固化涂料行业并购重组状况
四、我国紫外光固化涂料行业并购整合分析 第五节 紫外光固化涂料行业竞争格局分析
第八章 紫外光固化涂料企业竞争策略分析 第一节 紫外光固化涂料市场竞争策略分析
一、2011-2013年紫外光固化涂料市场增长潜力分析
二、2011-2013年紫外光固化涂料主要潜力品种分析
三、现有紫外光固化涂料产品竞争策略分析
四、潜力紫外光固化涂料品种竞争策略选择
五、典型企业产品竞争策略分析
第二节 紫外光固化涂料企业竞争策略分析
一、后危机对紫外光固化涂料行业竞争格局的影响
二、后危机后紫外光固化涂料行业竞争格局的变化
三、2013-2018年我国紫外光固化涂料市场竞争趋势
四、2013-2018年紫外光固化涂料行业竞争格局展望
五、2013-2018年紫外光固化涂料行业竞争策略分析
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六、2013-2018年紫外光固化涂料企业竞争策略分析
第九章 紫外光固化涂料重点企业竞争分析 第一节 A
一、企业概况
二、竞争优势分析
三、2008-2012年经营状况
四、2013-2018年发展战略 第二节 B
一、企业概况
二、竞争优势分析
三、2008-2012年经营状况
四、2013-2018年发展战略 第三节 C
一、企业概况
二、竞争优势分析
三、2008-2012年经营状况
四、2013-2018年发展战略 第四节 D
一、企业概况
二、竞争优势分析
三、2008-2012年经营状况
四、2013-2018年发展战略 略......第三部分 行业前景预测
第十章 紫外光固化涂料行业发展趋势分析
第一节 2013-2018年中国紫外光固化涂料市场趋势分析
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一、2013-2018年我国紫外光固化涂料发展趋势分析
二、2008-2012年我国紫外光固化涂料市场趋势总结
三、2013-2018年我国紫外光固化涂料市场发展空间 第二节 2013-2018年紫外光固化涂料产业发展趋势分析
一、2013-2018年紫外光固化涂料产业政策趋向
二、2013-2018年紫外光固化涂料技术革新趋势
三、2013-2018年紫外光固化涂料价格走势分析
四、2013-2018年国际环境对行业的影响
第十一章 未来紫外光固化涂料行业发展预测 第一节 未来紫外光固化涂料需求与消费预测
一、2013-2018年紫外光固化涂料产品消费预测
二、2013-2018年紫外光固化涂料市场规模预测
三、2013-2018年紫外光固化涂料行业总产值预测
四、2013-2018年紫外光固化涂料行业销售收入预测
五、2013-2018年紫外光固化涂料行业总资产预测 第二节 2013-2018年中国紫外光固化涂料行业供需预测
一、2013-2018年中国紫外光固化涂料供给预测
二、2013-2018年中国紫外光固化涂料产量预测
三、2013-2018年中国紫外光固化涂料需求预测
四、2013-2018年中国紫外光固化涂料供需平衡预测
五、2013-2018年中国紫外光固化涂料产品价格预测
六、2013-2018年主要紫外光固化涂料产品进出口预测
第四部分 投资战略研究
第十二章 紫外光固化涂料行业投资现状分析
第一节 2010-2013年紫外光固化涂料行业投资情况分析
一、2010-2013年总体投资及结构
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二、2010-2013年投资规模情况
三、2010-2013年投资增速情况
四、2010-2013年分行业投资分析
五、2010-2013年分地区投资分析
六、2010-2013年外商投资情况
第二节 2011-2013年紫外光固化涂料行业投资情况分析
一、2011-2013年总体投资及结构
二、2011-2013年投资规模情况
三、2011-2013年投资增速情况
四、2011-2013年分行业投资分析
五、2011-2013年分地区投资分析
六、2011-2013年外商投资情况
第十三章 紫外光固化涂料行业投资环境分析 第一节 经济发展环境分析
一、2008-2012年我国宏观经济运行情况
二、2013-2018年我国宏观经济形势分析
三、2013-2018年投资趋势及其影响预测 第二节 政策法规环境分析
一、2011-2013年紫外光固化涂料行业政策环境分析
二、2011-2013年国内宏观政策对其影响分析
三、2011-2013年行业产业政策对其影响分析 第三节 技术发展环境分析
一、国内紫外光固化涂料技术现状
二、2011-2012年紫外光固化涂料技术发展分析
三、2013-2018年紫外光固化涂料技术发展趋势分析 第四节 社会发展环境分析
一、国内社会环境发展现状
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二、2011-2013年社会环境发展分析
三、2013-2018年社会环境对行业的影响分析
第十四章 紫外光固化涂料行业投资机会与风险 第一节 紫外光固化涂料行业投资效益分析
一、2008-2012年紫外光固化涂料行业投资状况分析
二、2013-2018年紫外光固化涂料行业投资效益分析
三、2013-2018年紫外光固化涂料行业投资趋势预测
四、2013-2018年紫外光固化涂料行业的投资方向
五、2013-2018年紫外光固化涂料行业投资的建议
六、新进入者应注意的障碍因素分析
第二节 影响紫外光固化涂料行业发展的主要因素
一、2013-2018年影响紫外光固化涂料行业运行的有利因素分析
二、2013-2018年影响紫外光固化涂料行业运行的稳定因素分析
三、2013-2018年影响紫外光固化涂料行业运行的不利因素分析
四、2013-2018年我国紫外光固化涂料行业发展面临的挑战分析
五、2013-2018年我国紫外光固化涂料行业发展面临的机遇分析 第三节 紫外光固化涂料行业投资风险及控制策略分析
一、2013-2018年紫外光固化涂料行业市场风险及控制策略
二、2013-2018年紫外光固化涂料行业政策风险及控制策略
三、2013-2018年紫外光固化涂料行业经营风险及控制策略
四、2013-2018年紫外光固化涂料行业技术风险及控制策略
五、2013-2018年紫外光固化涂料同业竞争风险及控制策略
六、2013-2018年紫外光固化涂料行业其他风险及控制策略
第十五章 紫外光固化涂料行业投资战略研究 第一节 紫外光固化涂料行业发展战略研究
一、战略综合规划
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二、技术开发战略
三、业务组合战略
四、区域战略规划
五、产业战略规划
六、营销品牌战略
七、竞争战略规划
第二节 对我国紫外光固化涂料品牌的战略思考
一、企业品牌的重要性
二、紫外光固化涂料实施品牌战略的意义
三、紫外光固化涂料企业品牌的现状分析
四、我国紫外光固化涂料企业的品牌战略
五、紫外光固化涂料品牌战略管理的策略 第三节 紫外光固化涂料企业经营管理策略
一、成本控制策略
二、定价策略
三、竞争策略
四、并购重组策略
五、营销策略
六、人力资源
七、财务管理
八、国际化策略
第四节 紫外光固化涂料行业投资战略研究
一、2011-2013年紫外光固化涂料行业投资战略
二、2013-2018年紫外光固化涂料行业投资战略 图表略…………
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可调距式电加热紫外固化设备研究 篇3
在中小型低压电机的制造和修造过程中, 绕组浸漆固化是一道必备的工序。根据我国现行的行业标准, 中小型电机绕组浸漆采用两次沉浸的方法, 整个过程大约需要40 h, 不仅耗时长、生产效率低, 且能耗高, 极不符合节能减排、绿色环保的科学理念。
电加热紫外固化技术是一种引领环保潮流、发展前景看好的专项技术。该项技术采用专用的浸渍树脂, 利用紫外光照进行固化来完成电机绕组的绝缘处理。和传统涂料固化技术相比, 辐射固化具有节能、无污染、效率高、性能优异、设备体积小等优势。
1设备结构组成及工作原理
1.1 设备结构组成
可调距式电加热紫外固化浸漆装置由一套完全密闭式加热浸漆柜、两套变频加热电源 (1#电源为120 V变频电源, 2#电源为380 V变频电源) 、一套紫外灯连接控制柜、一套操作控制柜和工控机人机界面组成。
在密闭式加热浸漆柜内, 配置了浸漆装置、紫外灯控制系统、紫外灯距离调节系统、通风循环系统、温度测量反馈系统 (温度探头及测温元件) 以及照明系统等。整个工艺流程 (包括电机的预热、浸漆和紫外固化) 都在此柜内完成。
系统采用变频加热电源对电机施加电流, 用来实现电机绕组的升温和恒温保持等功能, 它与工控机、PLC模块通过通讯线进行频率、电流和电压等电参数数据的传输。
在操作控制柜内, 配置了德国西门子公司Simatic S7-300 PLC控制系统、380 V/220 V变压器、紫外固化装置的各变压器和变频器、电动葫芦、风机、加热浸漆柜内照明、紫外灯电源、网路通讯设备的控制回路和电源开关等。
在工控机的人机界面上, 可以设置最大加热电流、最高加热温度以及电源频率等参数, 实时反映三相电压和电流值、电机绕组的反馈温度、线圈的平均温度, 并且显示出温度-时间实时曲线。
系统采用温度探头及测温元件, 将实时采集到的温度值反馈给PLC, PLC程序计算出绕组的平均温升, 经过与待控温升计算比较, 实现整个系统的PID闭环温度控制。
1.2 设备工作原理
电机由小车送入加热浸漆柜后, 由电动葫芦控制移动到浸漆固化房, 电机的引出线接入加热变频电源线, 并且在电机线圈端部和铁芯处安装上温度探头及测温元件, 紫外灯处于初始工位。
然后, 在人机界面上进行操作监控。为了满足紫外固化的工艺和质量要求, 采用温度探头及测温元件双反馈PID闭环控制加热。在加热的过程中, 通过热成像仪接口形成的电机热成像全析图可以更好地监视电机的情况, 当反馈温度稳定在150℃左右后系统自动保温, 电机降入浸漆缸中进行浸漆处理。
采用大流量的排风系统, 不仅使得在加热过程中的温度变化可以控制在特定的范围内, 而且其空气过滤能力也保证了固化过程中的柜内环境。
完成浸漆后, 将电机调节到适当高度, 随即调节紫外灯与电机的距离, 紫外灯采用左四右四的球形扇面结构布置, 在调距时设有限位开关, 它能够检测并锁定紫外灯的位置, 这样的结构设计能够保证最后固化的效果达到最佳。另外在加热浸漆柜外还配有遮光板, 可以观测柜内电机情况。
图1为电加热紫外固化柜的机械结构示意图。
2自动控制系统设计
2.1 控制系统概述
紫外固化设备全机采用PLC作为中央控制单元, 负责机械及电气装置开关量、模拟量的处理任务, 同时与人机界面系统交换数据实现通讯。各种程序的输入、温度PID控制、报警诊断等都通过编程软件来实现。
2.2 PID闭环温度控制
PID控制是自动控制系统中最常用的一种控制手段, 它是为了提高系统的稳定性和响应特征而进行的一种调节。模拟PID控制系统原理框图见图2, 系统由模拟PID控制器和被控对象组成。
用PLC实现PID控制是先将相关参数输入存储器组成回路表, 经数据离散化采样后, 再用中断调用的方法对数据表进行PID控制。在电加热紫外固化装置上, 经过多次的电机加热试验比较, 发现采用温度探头和PT100测温元件进行两路PID温度控制时, 温度—时间反馈曲线比较灵敏, 能够比较真实反映电机的温度情况。
图3为采用两路温度反馈进行紫外固化试验得到的热成像全析图, 从图中可以看出, 在电加热过程中, 电机线圈温度变化很快, 一般来说设定电流在电机额定电流2倍～4倍的范围内进行加热, 在20 min～30 min内电机线圈温度就将上升到150℃左右。
如果在控制系统上设计不合理, 则会对电机线圈造成伤害。采用两路温度反馈, 并且在程序上设计了温度控制功能, 不仅保证了电机线圈的加热, 而且对过程的安全性起到了良好的控制。
2.3 PLC程序设计
在程序的设计上, 首先对初始状态进行设定, 然后根据预设的温度上下限、分段温度、平均温度等参数条件, 对升温定时器指针进行累加, 从而实现对温度的监控。在进行电加热的过程中, 对电压信号、电流信号、电源和HMI的频率信号、电源的输出信号进行采集, 与设定值进行实时比较。
在系统算法的设计上, 实现了两路温度值、电压值、电流值的计算功能, 根据设定温度与当前两路反馈温度的差值比较, 由PID计算后调节输出电压和电流, 通过对此参数值的控制来实现对温度的精确控制, 实现加热温度的闭环控制。
在紫外固化的设计上, 8个紫外固化灯分别位于待试电机左、右两侧, 4个一组, 利用调压器和限位开关调节紫外灯与电机线圈的距离, 配以球型结构灯罩的独特设计, 使得电机在进行紫外固化时不仅照度均匀, 同时也保证了光照强度, 使紫外固化的效果达到最佳。
紫外固化灯分为两组控制, 通过PLC, 用K1开关控制1#～4#紫外灯, K2开关控制5#～8#紫外灯, 而8个接触器K21～K28则对8盏紫外灯工作状态进行实时反馈。另外, 紫外灯与柜门间也实现了互锁, 并且在系统中添加了警告功能, 在人机界面中实时体现, 充分保证了操作人员的安全。系统程序流程图见图4。
2.4 人机界面设计
在人机界面的设计上, 本系统选用嵌入式一体化nTouch工控机触摸屏, 它是一种采用基于Windows 98/NT/2000/XP操作平台的专用触摸屏组态软件。
HMI触摸屏通过RS485串口线与三相变频电源相连, 通过LAN总线经HUB与PLC连接, 实现人机对话通讯功能。在界面上可以设置相应的温度和电参数, 显示三相电压、电流以及两路反馈温度值、平均温度值和温度趋势图, 还具有门限位、温度监控和报警等功能。人机界面图见图5。
3环保与安全系统设计
调距式电加热紫外固化设备采用的是美国杜邦公司研制的专用于电机紫外固化的不饱和聚酯亚胺树脂漆。虽然紫外固化漆一类产品的安全系数比较高, 其闪点通常可以达到150℃。但是出于安全生产的考虑, 在对加热浸漆柜的加工制造过程中, 采用了严格可靠的防火防爆设计, 除了所有的电气元件都采用了防爆型号外, 还设置了系统手动紧急停止和自动报警装置, 使生产安全事故的发生尽可能降到最低。
虽然紫外固化漆不含苯乙烯和甲基苯乙烯, 属于非危险品, 但是为了防止雾化的紫外漆飘散导致环境污染, 在电加热紫外固化柜内配置了大容量的排风系统, 利用供、排风系统来保证漆雾和微量杂质经过滤后由风机排出, 保证了固化效果, 同时也保证了柜内的空气环境。
4结语
调距式电加热紫外固化设备的成功研发与制造, 填补了电机修造行业在这方面的空白, 而在这个过程中的相关试验数据也会对今后此方面的拓展研究提供参考和依据。
同时, 在使用该设备对电机进行浸漆固化后, 不仅使电机达到了H级的绝缘水平, 而且使之更加适应多变的现场工况和恶劣的工作环境。此外, 电机的整体浸漆时间也由原先的40 h缩短到了3 h左右, 大大提升了工作效率, 也节约了能源。
参考文献
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[3]王兆明.电气控制与PLC技术[M].北京:清华大学出版社, 2005.
紫外固化的缓控释化肥制造方法研究 篇4
紫外固化的缓控释化肥及制造方法属于化肥技术领域, 具体涉及一种缓控释化肥及其制造方法。化肥是化学肥料的简称, 指用化学方法制成的含有一种或几种农作物生长需要的营养元素的肥料。化肥在现代农业生产中起到了不可替代的作用。
化肥在使用的过程中, 发现存在肥料养分释放速率与植物养分吸收速率不吻合的问题。为此, 提出了缓释化肥或缓控释化肥的概念。缓控释化肥是指肥料养分释放速率缓慢, 释放期较长, 在作物的整个生长期都可以满足作物生长所需的肥料。
传统缓控释化肥是通过高科技制成的高分子树脂包膜外壳来完成的, 它的核心是把复合肥料或是单质肥料包上一层均匀的外壳。然而, 这种方式的缺点, 首先加工方式为化学工艺, 操作复杂;其次, 包膜无法回收, 对土壤造成了二次污染。
2 研究内容
为了解决上述问题, 研究了一种基于紫外固化的缓控释化肥, 该缓控释化肥可以以很低的制作成本, 很简单的制作方式, 实现对传统化肥颗粒增加缓控释效果, 同时不会对土壤造成二次污染。
2.1 一种基于紫外固化的缓控释化肥
包括化肥颗粒, 具有龟裂状的部分包裹化肥颗粒的紫外固化胶, 连接各龟裂块紫外固化胶的网;所述的紫外固化胶包括下层胶体和上层胶体, 网位于下层胶体之上, 化肥颗粒和上层胶体位于网之上, 化肥颗粒部分从上层胶体上伸出。
基于紫外固化的缓控释化肥, 所述的紫外固化胶为UV胶, 所述的网为线绳、玻璃丝或金属制成, 所述的下层胶体和上层胶体材质相同, 见图1。
2.2 紫外固化的缓控释化肥的制造方法
紫外固化方法包括6个步骤, 见图2:第一步骤:在透明导热基底上涂抹下层胶体;第二步骤:在下层胶体上铺设网;第三步骤:在网上均匀放置化肥颗粒;第四步骤:在网和化肥颗粒上涂抹上层胶体, 确保化肥颗粒部分从上层胶体上伸出;第五步骤:用紫外光照射透明导热基底, 使紫外固化胶固化;第六步骤:对透明导热基底加热, 使固化后的紫外固化胶出现龟裂。
3 有益效果
3.1 缓控释作用
由于对传统化肥颗粒进行包裹、使其只有部分裸露在外, 因此可以实现缓控释的作用。
3.2 制造成本低
由于同传统化肥相比, 没有改变化肥颗粒的成分, 因此在制作时, 只需要采用传统化肥颗粒即可实现缓控释, 制作成本低。
3.3 土壤不受二次污染
由于对化肥颗粒进行包裹的紫外固化胶化学性能稳定, 因此不会给土壤带来二次污染。
3.4 保持土壤通透性
由于紫外固化胶有龟裂结构, 因此不会影响水的渗透, 和土壤的透气性。
3.5 紫外固化胶与线网结合可一体回收再利用
由于在紫外固化胶内设置有网, 将各个龟裂块相连, 因此可以在秋季通过收网的方式将紫外固化胶回收, 进行二次使用, 回收方便, 同样确保不会给土壤带来二次污染。
3.6 制作方式简单
由于该缓控释化肥的制造方法的每一步均为物理手段, 因此制作方式简单。
4 研究结果
紫外固化 篇5
导电高聚物材料自被认识以来以其易于成型加工、耐腐蚀、质量轻等优点 , 越来越受到重视, 并广泛应用在能源、光电子器件、信息、传感器、分子器件等领域。
紫外光固化导电高聚物材料的制备是把新型的固化技术和新型材料结合起来, 充分利用各自的优点, 并扩大了研究范围。这方面的研究已初具成果, 并在一些领域实现了应用。
1 紫外光固化
光固化体系通常由预聚物、活性稀释单体、光引发剂和助剂四部分组成, 各部分在体系中起不同作用, 预聚物是光固化配方的基体树脂, 决定固化产品的基本性能 (包括硬度、柔韧性、附着力、光学性质等) ;活性稀释剂也参加固化反应, 调节体系黏度, 会影响涂料的光固化速度和固化膜的各种性能;光引发剂吸收紫外光, 产生引发单体和预聚物聚合的活性碎片;助剂则视需要而区别, 常用的主要包括颜料、流平剂、润湿分散剂等。
紫外光固化基本机理是光引发剂先受光照分解得到活性基体 (活性自由基或活性离子) , 活性基体继续引发活性稀释剂和预聚物聚合, 最后形成交联网状结构而固化。
2 导电高聚物
2.1 掺杂型导电高聚物
掺杂型导电高聚物是以绝缘的高聚物材料为基体, 加入一定数量的导电微粒而使原来的高聚物材料导电。这种材料兼有微粒的导电性能和高聚物材料的加工性能。掺杂型导电高聚物的导电机理主要有三个方面:导电无限网链理论、隧道效应和场致发射学说。
2.2 结构型导电高聚物
结构型导电高聚物是指自身结构或经过少量“掺杂”之后具有一定导电功能的高聚物。通过掺杂, 在聚合物结构中引入比较易于流动的载流子, 载流子沿共扼聚合物链内与链间π电子轨道重叠交盖所形成的导电能带的跃迁和转移而起到了导电作用。
3 紫外光固化与导电高聚物的结合应用
3.1 紫外光固化导电胶
紫外光固化导电胶是近年来开发的导电胶新品种, 与普通导电胶相比, 紫外光固化导电胶将紫外光固化技术与导电胶结合起来, 具有固化速度快, 无溶剂排放, 固化不需要强制加热, 同时固化能耗低等优点。以上特点使其逐渐代替了传统的含铅焊料[2]等有悖绿色环保的材料。
Kowalik T[3]等用2-羟乙基甲基丙烯酸酯为基料, 分别以0.5μm以及纳米级的银颗粒为填料制备了3种不同银质量分数的用于射频识别天线的紫外光固化导电胶, 并测得最高的体积电阻为1.6×10-5Ω·cm。
Arnold[4,5]等报道了一种光固化导电胶配方, 采用丙烯酸氨基甲酸乙酯低聚物, N-乙烯基吡咯烷酮和丙烯酸异冰片酯为活性稀释剂, 圆柱状玻璃丝镀银为导电填料, 配制成的光固化导电胶, 导电性良好, 固化时间短, 可应用于电子产品。
Yi Li等根据导电微粒的填充量把导电胶分为可在X、Y、Z三个方向上导电的各向同性导电胶和只在一个方向上导电的各向异性导电胶[6]。Pietila M等用十二烷基苯磺酸盐掺杂的聚苯胺为填料加入到甲基丙烯酸酯/丙烯酸酯基体中制备了可紫外光固化的各向同性导电胶, 当填料的质量分数为15%～20%时, 导电率可达到1S/cm[2]。刘彦军等[7]通过采用自制的环氧丙烯酸树脂, 并以处理过的微米级片状铜粉为导电填料, 可以得到紫外光下固化的各向同性导电胶, 导电胶固化后的电阻率可达1.3×10-3Ω·cm , 剪切强度为1.3MPa。对于各向异性光固化导电胶的研究, Lee K K[8]等把镍金涂覆的直径为6.5μm的空心微珠加入到可光固化的环氧树脂中, 并控制导电微珠的密度为1200个/mm2, 制成用于制造柔性基板上倒装芯片上的各向异性紫外光固化导电胶。Lee KK[9]等也报道了用简单设计的铜线圈置于光固化树脂中, 经过高能紫外光固化、与柔性基板上倒装芯片粘结以及过固化三步制造了智能卡的过程, 并对制造过程进行了优化。
有时候单纯的光固化并不能得到具有理想性能的产物, 这时就需要结合其他工艺来改善产品的性能。Battermann[10]等采用离子杂质特别低的环形脂肪族环氧树脂, 并用多孔的纳米银粉末代替了传统的片状银做填料, 结合100℃以下的紫外光和加热双重固化制得了用于三维模塑互连器件生产的导电胶, 据表征结果可知, 实验产品的物理性能和聚合度都有了较大改善。
在紫外光固化导电胶的制作过程中, 由于添加的导电微粒与集体树脂之间互溶性不好, 常需加入各种分散润湿剂或封端剂, 但Cheng Wen-Tung[11]等报道了一种不需分散剂或封端剂、过程简单的原位合成光固化导电胶的方法, 即:环氧丙烯酸树脂、活性单体以及硝酸银的乙二醇溶液经过紫外光照射在体系中形成纳米银粒子, 然后往体系中加入光引发剂便得到了紫外光导电胶。研究还表明纳米银粒子的半径与体系硝酸银的浓度有关, 当在3mol/L硝酸银的体系中加入与硝酸银同质量的光敏剂时, 导电胶的表面电阻可降低到8.803×106Ω·cm。
3.2 光固化导电涂料
光固化技术的优点使光固化涂料的应用越来越广泛, 但绝缘涂料的表面往往容易积累静电荷, 如果不去除将会有潜在危险, 抗静电导电涂料就解决了这些问题。在电子微型制造技术以及其他多种行业也急需不同性能的导电涂料, 在与导电高聚物的概念结合后, 光固化涂料的研究又有了新的方向。
Cheng W T等[12]把颗粒状和片状的银掺杂在环氧丙烯酸酯的乙二醇溶液中, 添加光引发剂的情况下制成了紫外光固化导电涂料, 当银含量为60%, 尺寸为0.6～1.5μm时膜的电阻比较小。当颗粒状银的直径为0.6～3.5μm时, 导电膜的分解温度为424℃;而相同含量银为0.5～5μm的片状结构时分解温度为397℃。
Wouters M E L[13]等报道了通过溶胶-凝胶法制取了透明的导电光固化杂化涂料, 把硅氧烷加入到结构型导电聚合物聚3, 4-乙撑二氧噻吩的酸性悬浮液中水解一段时间, 然后再与聚氨酯丙烯酸酯混合, 加入光引发剂, 混合均匀。研究发现, 光固化过程8s即可完成, 并且含较低聚3, 4-乙撑二氧噻吩浓度的涂膜就具有抗静电性。
刘福生[14]等选用丙烯酸酯类季铵盐做抗静电剂, 混合环氧丙烯酸酯树脂、聚氨酯丙烯酸酯树脂、活性胺和其他活性单体和多种光引发剂制备了具有一定导电性的光固化抗静电涂料。研究发现, 当100g紫外光固化抗静电涂料中丙烯酸酯类季铵盐添加量达0.006mol时, 涂膜的表面电阻降到108Ω·cm左右, 另外涂膜具有优良耐擦洗的抗静电性能。
Salmi A[15]等报道了以不同类型的碳为掺杂剂加入到含有聚氨酯丙烯酸树脂、丙烯酸以及光引发剂的基体中, 制备光固化涂料, 在炭黑、氧化炭黑、以及乙炔炭黑的应用试验中发现, 只有当炭黑和氧化炭黑的质量分数高于30%时, 才能观察到明显的导电性;而乙炔炭黑只要1%就能观察到导电性, 当含量为2.5%和10%时, 电导率分别为3.5×10-2s/cm和0.6s/cm, 不仅增加了导电性, 加入这些碳素后, 固化涂膜的机械性能、耐腐蚀性以及热稳定性都有所改善。
3.3 导电光刻胶
光刻胶是指通过紫外光、准分子激光、电子束、离子束、X射线等光源的照射或辐射 , 其溶解度发生变化的耐蚀刻薄膜材料。而导电光刻胶是将导电物质与光刻胶进行机械掺杂, 或将光刻胶进行化学修饰而引入导电基团, 使其导电方面具有特殊的功能性, 以扩大其应用领域。Hong Chae-Seon[16]等在ZnO的杂化膜中加入光敏性的邻硝基苯甲醛后制成了可光照下形成交联网状的类似光刻胶, 接着他们又在这种胶中加入了纳米银颗粒, 并添加柠檬酸钠来控制银粒子的颗粒大小, 通过优化条件, 制得的ZnO的杂化膜的结晶度和透明度没有多大的影响, 但膜的电阻率有了较大的降低。2007年Lin Dar-Jong[17]等在丙烯酸系的负性光刻胶中通过交联剂的控制添加了50nm左右大小的硅颗粒, 经过一系列检测发现硅颗粒的添加改善了光刻胶的热稳定性, 分解温度和玻璃化转变温度均有增加, 热膨胀系数较未添加硅之前有所降低, 当在铜基板上涂覆后表现出了高的硬度 (5H) 和粘附力 (100%) , 分辨率达到30μm。在2008年他们有对这一工作进行了改进, 进一步减小了硅颗粒的尺寸, 并提高了硅与基体的亲和性[18]。最近Nina Hauptman[19]等通过掺杂炭黑, 也得到了导电光刻胶。他们以近紫外光敏性的环氧聚合物为作为绝缘的成膜物, 然后以炭黑为导电填料, 研究发现渗流阈值附近 (体积含量0.6%) , 体系的电阻率降低了五个数量级。
设备的图案直接在光致抗蚀剂上压印技术吸引了越来越多的注意, 目前含有分散银颗粒或结构型导电聚合物的树脂被越来越多的用来按直接压印的方法制取线形电极。Choi Jun-hyuk[20]等报道了用经过纯化并在表面结合了分散剂的纳米碳管填充到光固化体系中, 用来做纳米压印刻蚀剂。用此方法制得的导电体系, 由于处理后的纳米碳管具有部分有机物的性质, 与金属相比, 在光固化树脂中的相容性更好。随后这个小组又进一步研究报道了用银浆填充树脂并通过紫外光直接压印方法制取数微米宽的线形电极的过程[21,22]。
Wang Putian[23]等也合成了用作纳米压印光刻的导电复合物, 与以上报道不同的是既填充了纳米碳管又含有纳米银颗粒在体系中, 他们先把多壁碳纳米管放进硝酸和硫酸的混合溶液中处理, 然后加入到硝酸银的乙二醇溶液中超声分散, 这个过程中纳米级的银颗粒就会沉积到多壁碳纳米管壁上, 分离后再把得到的碳银复合物分散到可光固化的丙烯酸树脂中超声分散即可得到均匀体系。检测结果表明, 银的尺寸在20nm左右, 当体系含5%的碳银复合物时, 电阻率可降到42Ω·cm, 比只用多壁碳纳米管降低了两个数量级。
3.4 其他研究与应用
离子液体是指那些包含有机阳离子和有机或者无机阴离子, 并且熔点低于水的沸点的物质, 他们具有不挥发, 高离子浓度, 导电以及化学电化学稳定性等特点[24]。Izabela Stepniak等利用离子液体的这些特点再加上光固化体系制成了新的三元聚合物电解液。他们把二醇二丙烯酸酯和光引发剂加入到离子液体的四甲基硅烷溶液中, 混合均匀后在氩气的环境下紫外光固化制得了0.05cm厚的固态聚合物电解液膜。25℃时, 各种对比试验中最高导电率为2.92×10-2 S cm-1。更重要的是发现紫外光固化后的固态聚合物电解液膜的导电性要比单纯的离子液体的导电性高2～3.5倍[24]。
金属铋由于其各向同性电行为、低的导电能带、高的电迁移等特性, 在电子应用领域具有较高的应用价值, Balan L[25]等通过BiCl3在叔丁基醇钠 (起稳定铋粒子作用) /氢化钠体系中还原得到铋的金属颗粒, 然后分散到光固化体系中, 室温搅拌1h, 然后光固化制得了金属/聚合物的纳米复合物。
Mohammad Rezaul Karim[26]等把含有苯胺、磺酸盐、自由基氧化剂以及金属银盐的溶液进行紫外光固化, 银离子在此体系中经过光照还原成银单质后又反过来催化了掺杂聚苯胺的形成, 整个实验在不含交联剂或还原剂的情况下原位法进行。
采用光固化树脂作为结合剂制作金刚石锯片是近年来快速制造领域里的一个新型制造工艺, 针对各种材料进行的切割试验也验证该项技术的可行性和实用性, 在使用过程中发现锯片的导电性是一个非常重要的性能要求。高涛等经过量取镀铜金刚石磨料、稀盐酸酸洗、量取光固化树脂、量取导电铜粉、搅拌混合、紫外光照射、锯片脱模等步骤, 利用试验手段调整配方, 最终达到了在光固化树脂结合剂超薄锯片的制造中实现具有导电性的目的[27]。
另外在医疗器械等领域, 紫外光固化与导电性能相结合也制造了各种医用电极, 比如理疗电极、一次性使用心电电极、高频电刀用板电极等[28]。
4 结论
紫外固化 篇6
关键词：三羟甲基丙烷二烯丙基醚,尿素,降解,水性环保
人们日常生活消耗掉大量的一次性塑料用品, 包括一次性饭盒、塑料袋、保鲜膜等源于石油深加工的产品, 是构成垃圾的主要成分之一, 这些垃圾难以降解、回收困难, 需焚烧或填埋, 浪费土地资源, 与现在强调的低碳经济背道而驰。可降解材料[1]由于可以在一定的时间内降解, 不会对环境造成白色污染而成为了各种一次性塑料用品发展的一个趋势。因此研制一种无毒环保, 无VOC[2,3,4,5]释放的可降解的涂膜是符合当前的低碳经济原则的。
我们在前期的工作中, 合成了一种紫外光固化的不饱和聚酯酰胺脲树脂[6,7], 该树脂成本低无毒无味, 可降解, 但是树脂本身固化速度较慢, 需加入光引发剂和活性稀释剂以获得较快的固化速度, 为油溶性树脂。为了解决以上问题, 我们以TMPDE对不饱和聚酯酰胺脲封端, 进一步提高树脂本身的固化速度, 调整尿素的用量, 树脂合成完毕后用三乙醇胺调和, 使树脂离子化, 增加树脂的亲水性。这样可以获得一种水溶性的树脂, 并且由于在尿素和TMPDE的双重固化促进作用下, 即使不加任何引发剂和活性稀释剂, 树脂的固化速度也能达到较理想的水平。而用该树脂调配的涂料无小分子引发剂和活性稀释剂, 采用高效节能的紫外光照射固化, 无VOC、无毒, 成膜后可以作为各类包装膜材料, 并且能在一定的时间降解, 不会对环境造成白色污染。
1 实验部分
1.1 原料
顺丁烯二酸酐, 化学纯;邻苯二甲酸酐, 化学纯;尿素, 化学纯;丙二醇, 化学纯;乙二醇, 化学纯;三羟甲基丙烷二烯丙基醚, 化学纯;三乙醇胺, 化学纯;氢氧化钾, 分析纯;无水乙醇, 分析纯;蒸馏水。
1.2 树脂的合成
根据用量在三口烧瓶中加入所有邻苯二甲酸酐、部分丙二醇和乙二醇, 将体系升温至160℃, 保温1h以上;然后降温至120℃加入PEG-400, 顺丁烯二酸酐, 尿素, 剩余的丙二醇和乙二醇反应1h, 升高体系温度至160℃, 保温1h;继续升温至180℃, 保温l h;再次升温至195℃反应直至酸值降低到60～80左右, 然后再降温至160℃, 将TMPDE在30min内滴加进去, 再升温至180℃反应1h完毕, 降温至100℃以下出料。整个反应过程都得通入氩气保护。
1.3 测试与表征
取少量涂膜溶于四氢呋喃溶液, 涂覆于晶片上, 干燥后, 用Nicolet MAGNA2IR红外光谱仪进行红外光谱分析。
酸值测定:按 GB/ T2895282“不饱和聚酯树脂酸值的测定”测定酸值。
反应前的理论酸值计算:
酸值=酸的摩尔质量×56.1×1000/反应物总质量 (1)
反应过程中的酸值计算:
酸值=C×V×56.1/M (2)
式中, C—KOH乙醇溶液浓度 (mol/L) ;V—消耗KOH乙醇溶液体积 (ml/L) ;M—取出样品质量 (g) 。
按GB/T6739—1996《漆膜硬度铅笔测定方法》测定涂层硬度。
按GB/T9286—1998《漆膜附着力测定方法》测试涂层附着力。
按照GB/T1732—1993《漆膜耐冲击测定方法》测试涂层耐冲击性能。
采用SHZ-A型水浴恒温振荡箱进行降解 (水解) 测试。
2 结果与讨论
2.1 红外光谱分析
利用TMPDE封端的不饱和聚酯酰胺脲树脂的红外谱图如图1所示:
图1是试样在无水干燥的条件下的FTIR分析结果, 它排除了样品中残余单体及水的干扰。图中主要在1724cm-1有强的聚酯的C=O伸缩振动特征吸收峰, 1252cm-1处是C-O-C反对称伸缩振动峰, 这两个峰都是酯的特征峰。2925cm-1处为C-H伸缩振动吸收峰。1591cm-1有不饱和聚酯C=C伸缩振动吸收峰, 不饱和的C=C键可以参与交联固化反应, 1458cm-1处为=CH平面摇摆振动吸收峰。1068cm-1是亚甲基醚桥中醚键的伸缩振动特征峰, 3296cm-1处为-N-H-特征伸缩振动吸收峰, 964cm -1 处为反式=CH非平面摇摆振动吸收峰, 说明在反应过程中顺丁烯二酸酐的酯几乎全部异构化为反式结构, 这种异构化非常重要, 由顺式转为反式, 反式双键的活性较高, 在后期光固化中有利。实验结果表明所有合成聚合物的结构与理论期待值相一致。
2.2不饱和聚酯酰胺脲反应的酸值与固化速度的关系
酸值的大小也会对固化速度产生影响, 所以不饱和聚酯酰胺脲在用TMPDE封端前需要测试其酸值, 然后再滴加TMPDE。滴加的TMPDE的质量为树脂质量的15%, 紫外灯功率为1000W, 灯距为25cm, 空气氛围, 则酸值的大小与固化速度的关系如图2所示。
从图2可知, 酸值从60mgKOH/g增加到80mgKOH/g时, 固化时间是先减少后增加的。因为不饱和聚酯酰胺脲树脂随着酸值的降低, 颜色会越来越深, 则紫外光不易透过, 影响了固化速度, 所以当不饱和聚酯酰胺脲树脂酸值从60mgKOH/g到70mgKOH/g时, 固化速度会变快。同时, 当酸值从70mgKOH/g增加到80mgKOH/g时, 虽然树脂的颜色变浅了, 但是树脂本身的分子量也会降低, 即使滴加完TMPDE以后分子量仍然会较小, 树脂颜色变浅带来的固化速度加快部分不足以补偿分子量降低所带来的固化速度减慢部分, 导致总的固化速度减慢, 涂膜表面发黏。
2.3尿素的加入量和TMPDE的加入量对固化速度的影响
从图3可以看出, 随着尿素的加入量的增加, 固化速度也增加, 但是增加到一定程度以后固化速度反而减慢。这是由于尿素的加入使得传统的不饱和聚酯树脂的分子链中引入了分子链段:
-OC-CH=CH-CO-NH-CO-NH-CO-CH=CH-CO-
该链段中强极性的脲键, 能增强分子链间的作用力, 并诱使C=C发生极化而易于打开, 有利于交联。再者C=C的π电子可与尿素氨基氮原子上的P孤对电子及C=O键的π电子形成对紫外光敏感的π-P-π大共轭结构, 在紫外光激发下, C=C键打开形成自由基, 引发交联反应。所以不饱和聚酯酰胺脲树脂与传统的不饱和聚酯树脂相比固化时间明显缩短, 随着尿素加入量的增多固化速度也越来越快。但是增加到一定程度以后, 由于尿素对预聚体体系中的发色基团有增色效应, 尿素用量过多将导致不饱和聚酯酰胺脲树脂颜色会越来越深, 紫外光透过会变得很困难, 导致光固化时间延长。
当尿素的用量为酸的量的1/12时, 即0.4摩尔时, 不饱和聚酯酰胺脲反应酸值为70, TMPDE的加入量对固化速度的影响如图4所示。
TMPDE能赋予树脂以空干性能。TMPDE具有烯丙基醚结构, 而氧气可以氧化烯丙基醚上的α氢形成过氧化自由基, 过氧化自由基易与电正性碳上相连的氢原子发生反应生成聚合物的过氧化氢化合物, 聚合物氢过氧化物可以产生活性强的自由基与树脂中的双键反应生成高分子量的聚合物。从图4可以看出, 随着TMPDE用量从树脂质量的5%增加到25%的过程中, 固化时间先是迅速减少, 然后是缓慢减少至趋于平缓。通过尿素对光聚合和TMPDE的暗聚合双重作用, 涂膜的固化速度得到了很大的提升。
2.4 涂膜的力学性能研究
不饱和聚酯酰胺脲树脂成膜后必须要有一定的力学性能才能作为各种包装材料使用。当尿素的用量为0.04mol, TMPDE的用量对涂膜的硬度、附着力、冲击强度影响如表1所示。
从表1可以看出, 随着TMPDE的量逐渐增加, 涂膜的硬度也逐渐增加, 这是由于涂膜的交联度越来越大的缘故。涂膜的附着力随着TMPDE量的增加而逐渐增大, 这是因为涂膜交联得越好则与基材的结合越好, 附着力也随之增大。涂膜的抗冲击强度随TMPDE的量的增加而减小, 这主要是由于随着涂膜交联度的增加, 涂膜中的聚合物分子链受约束的程度也增加, 因此脆性增大, 从而使抗冲击强度下降。综合考虑, TMPDE的用量为树脂质量的15%时最佳。
同时, 滴加TMPDE之前的不饱和聚酯酰胺脲树脂的酸值大小也对其成膜后的涂膜力学性能会产生直接的影响。过高的酸值会直接导致不饱和聚酯酰胺脲树脂的反应程度过低, 分子量过小, 间接导致涂膜的力学性能下降。所以, 滴加TMPDE之前的不饱和聚酯酰胺脲树脂的酸值得达到70mgKOH/g比较合适。
当TMPDE的用量为树脂质量的15%, 尿素的用量对涂膜的硬度、附着力、冲击强度影响如表2所示。
从表2可以看出, 随着尿素加入量的增加, 涂膜的硬度也是增加的。这是由于随着尿素的增多, 脲键的数量增多致使交联点增多, 使得涂膜的交联度增大, 分子链受约束的程度也越大, 分子链活动困难, 从而表现为硬度也增大。而交联度的增大使得涂膜的抗冲击强度降低, 所以涂膜的冲击强度是随着尿素加入量的增加也变小的。随着尿素加入量的增加, 涂膜的交联度增大, 与基体材料的结合也越紧密, 致使附着力也增加。
由于随着尿素加入量的增大, 树脂的颜色会越来越深, 当尿素的用量超过0.04mol时反而致使紫外光固化时间延长, 能量的消耗增大, 所以综合考虑, 尿素的用量为0.04mol时为最佳。
不饱和聚酯酰胺脲树脂含有丰富的极性酯键和酰胺-脲键, 能赋予涂膜良好的力学性能。涂膜的力学性能还受紫外光固化时间长短的影响。紫外光照射的时间越长, 则涂膜的交联度越大, 硬度较高, 但是韧性较差;紫外光照射的时间越短, 则涂膜的交联度越小, 硬度较低, 韧性较好。所以也可以选择合适的紫外光照射时间来获得所需要的综合性能较好的涂膜。
2.5 树脂固化后的涂膜降解性能研究
在室温 (25℃) 下, 尿素的用量为酸的量的1/12 (0.4mol) 时, 不饱和聚酯酰胺脲反应酸值为70mgKOH/g, 滴加的TMPDE量从5%～25%不等, 采用加水降解来测试涂膜的降解性能如图5所示。
从图5可以看出, 当涂膜中的TMPDE含量从5%增加到25%时, 涂膜的水降解速度是逐渐降低的。这是由于随着TMPDE含量的增加, 涂膜的交联度将会升高, 导致涂膜中晶区和分子链受破坏的难度增大, 所以涂膜的水降解速度会有所下降。
实验结果也表明, 蒸馏水中, 随尿素含量的不同, 所得不饱和聚酯酰胺脲树脂涂膜降解的速率也会不同。在蒸馏水中, 不饱和聚酯酰胺脲涂膜降解速率受尿素含量的影响极大。尿素含量越高, 降解速率越快。这是由于不饱和聚酯酰胺脲中富含脲键, 而脲键是亲水性极强的一种键, 所以加快了树脂的水降解速度。涂膜的降解速率的大小也是可以通过尿素的加入量来调节的。
3 结论
采用本体熔融聚合的方法制得了一种具有较快固化速度, 可降解的新型不饱和聚酯酰胺脲树脂。该树脂不需要加入任何引发剂和活性稀释单体, 可以用三乙醇胺和水调和, 通过紫外光照射进行固化, 无毒环保。该树脂的降解速度可以根据尿素的加入量的多少来进行调节;固化速度也可以通过改变TMPDE和尿素的加入量进行调节;力学性能可以根据TMPDE和尿素的加入量以及紫外光照射时间的长短进行适当调节。综合考虑各方面的因素, 当尿素的加入量为0.4mol,
TMPDE的加入量为不饱和聚酯酰胺脲的质量的15%时可获得综合性能较好的涂膜。
参考文献
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紫外固化 篇7
LCD/OLED 封装是紫外光(UV)固化技术的主要应用领域之一,并且具有如下特点:不用溶剂或少量溶剂,减少了溶剂对环境的污染;耗能少,可低温固化,适用于对热敏感的材料;固化速度快,效率高,可在高速生产线上使用,固化设备占地面积小等。
本文综述了全球LCD/OLED用UV固化封装胶粘剂的技术现状和进展。
1 国内外生产现状
我国目前有100多家大学和研究所都从事LCD与OLED器件的研究,这些LCD/OLED生产厂商都需要UV固化封装胶粘剂,其市场需求很大。据统计在2000年世界上UV固化胶粘剂在光电子、信息行业总用量为90t,2005年用量达到575t,平均年增长率达到45%。
国际上LCD/OLED封装粘结剂的主要供应商有汉高乐泰、三键公司(Three Bond)、3M、Dymax和日本厂商,尤其以日本厂商在这一领域占有绝对的优势,代表厂商有三井化学、太阳油墨、协力化学和长濑化学等。我国所使用的粘结剂大部分依赖进口。
2 国内外研究进展
国外相关各大公司积极开展平板显示器封装胶粘剂的研发和生产。我国有许多研究机构进行平板显示器相关材料的研究,但主要涉及的是发光薄膜、ITO薄膜和金属电极等,而对一些附件如微连线、封装材料等方面没有足够的重视,其中用于平板显示器的UV封装胶粘剂的研发在我国还较少。
UV光固化封装胶粘剂主要由光引发剂、光聚合预聚物、活性稀释剂、流平剂、偶联剂、消泡剂、颜料、填料以及分散剂组成。其中光聚合预聚物和活性稀释剂是感光组分,对UV光固化封装胶粘剂的性能起决定作用。目前在电子工业封装中应用最多的是环氧丙烯酸酯体系,其主要特点是:成本低,可靠性好,光固化反应速率很快,固化后硬度和抗拉伸强度大,膜层光泽度高,耐溶剂性好;缺点是:固化膜柔性不足,脆性高,膜层中残留的丙烯酸酯基团较多,聚合反应在较低转化率下就被刚硬的交联网状结构“冻结”,残留的未反应基团对耐老化、抗黄变等性能不利。
光固化后,环氧丙烯酸树脂的机械性能和热性能与许多因素密切相关,其中影响比较显著的因素有:环氧树脂本身的化学结构和性能、固化剂的结构与性能、引发剂的种类和用量、UV固化的条件、环氧基团的转化率、交联剂与环氧基团的比例等因素。针对环氧丙烯酸树脂粘结剂的缺陷,国内外有许多改进的制备工艺研究。
2.1 增加柔韧性,降低脆性
引入柔性链段是降低脆性的一种有效方法。物理共混有机硅烷[1]是最简洁的方法,但它与树脂间的相容性较差,效果不佳; 如果将有机硅烷酯化制备成丙烯酸酯预聚物[2,3,4,5,6,7] ,然后引入到环氧丙烯酸酯体系内固化,这种树脂则具备了有机硅烷的柔韧性,并且很好地解决了硅烷与环氧丙烯酸树脂间的相容性问题。另外将缩水甘油醚环氧树脂与丙烯酸的预聚物[2,8]加入到环氧丙烯酸体系内,也可以提高体系的韧性。聚异戊二烯和丁二烯的嵌段共聚物是一种典型的橡胶类材料,具有良好的韧性,用特殊的方法可将聚异戊二烯和丁二烯嵌段共聚物中的不饱和双键氧化生成环氧基,然后与丙烯酸发生酯化反应生成大分子丙烯酸酯作为预聚物[9,10],对环氧丙烯酸树脂进行改性。采用类似的方法引入多支链的聚合物[11,12] 可以增加其柔韧性或降低环氧树脂的黏度。
有效地控制分子量和分子量分布以及共聚合物的序列结构[13] ,用柔性长链脂肪二酸或一元羧酸部分代替部分丙烯酸的方法也可以改善粘结剂的附着力、柔韧性、浇铸灌封时的抗开裂、包封时的抗流淌、涂料的抗划伤等性能。
另外引入功能基团也可以提高环氧丙烯酸粘结剂的韧性。常见的带有功能基团有羟基和多功能环烷烃[9,14]、亚烃基芳基[15]、给电子基团和吸电子基团[16,17]等,可以明显提高粘结剂的柔韧性。
引入其它功能单体,如混杂固化[18]以及具有低模量高柔性的光固化组合物[19]、水性的聚酯光固化组合物[20]、环氧丙烯酸用作光固化涂层的组合物[21]和含有羰基的环氧丙烯酸光固化组合物[22],与其它光固化树脂如不饱和聚酯、聚氨酯-丙烯酸酯[23,24]、聚酰胺-聚丙烯酸酯[25]、聚醚丙烯酸酯、丙烯酸酯化聚丙烯酸树脂[26]等可光固化的光聚合预聚物共混改性等也可以明显提高粘结剂的柔韧性。
改进光引发剂的类型,例如采用硅氧为主链的光引发剂[27]就可以将硅烷的柔性链段接在粘结剂分子的一端,增加粘结剂的柔韧性。
2.2 提高粘结剂的玻璃化转变温度(Tg)
含有2个或以上环氧基团的粘结剂具有特殊的性能,特别是环氧酚醛树脂具有高的芳烃含量和较多的交联点[28],这样的结构具有较高的耐热性,其Tg比一般的双酚A型高30～50℃。
2.3 其它性能的改进
在粘结剂体系中引入聚碳酸酯聚合物,可以制备出具有良好透明性[29]的粘结剂;引入氟[30,31]或磷可提高粘结剂的阻燃性[32,33]。
3 UV固化环氧丙烯酸粘结剂发展方向
未来LCD/OLED封装用胶粘剂的研究方向:
(1)混杂固化[34,35]。在环氧丙烯酸系列粘结剂的配方中,丙烯酸类单体属于典型的自由基固化体系,由于存在氧的阻聚作用,丙烯酸类单体固化后体积收缩率大,影响附着力,深度固化效果差;而环氧基团属于典型的阳离子固化体系,它排除了以上丙烯酸类单体固化后的缺点,但价格较高;而采用阳离子和自由基混杂固化,形成互穿网络型体系,可以降低固化后的体积收缩率和保持收缩一致性。
(2)水性化。环氧树脂通常只溶于芳烃类、酮类及醇类有机溶剂,其水性体系也得到了广泛的研究,水基固化体系既环保,又适于电子束固化。
(3)可循环利用[36,37]。资源和环保对电子产品的要求越来越高,为此需要设计新型光固化胶粘剂,使其可以很容易的清除和溶解,以便于回收利用基片或回收粘结剂体系。
4 结 语
紫外固化 篇8
UV固化水性体系综合了紫外光固化体系固化速率快、费用低、污染少等特点以及水基体系对环境无污染、对人体健康无影响、不易燃烧、安全性好等优点,目前其应用领域在不断地扩大,被广泛应用于涂料、油墨、胶粘剂等各个方面[1]。
通常情况下,水性聚氨酯丙烯酸酯在其分子骨架上引入亲水基团(如二羟甲基丙酸[2,3,4])而获得水溶性,但是DMPA (二羟甲基丙酸)需要高沸点的亲水溶剂加以溶解,导致体系的VOC(可挥发性有机物质总和)增多;并且此类体系由于每个单元分子中较低的双键含量,导致交联密度降低,从而所得树脂的力学性能降低。
本文针对上述不足,合成得到一种带有不饱和基团的亲水二元醇,其在常温下为液态,可以直接将其与聚碳酸酯二元醇、TDI、2—HEA等合成出性能优良的新型水性紫外光固化聚氨酯丙烯酸酯。合成路线如图1所示,所得到的亲水二元醇的引入,使得—C=C—含量增加,在紫外光固化后交联密度提高,从而树脂的力学性能得以提高。(如图1)
2 实验部分
2.1 实验药品与仪器
三羟甲基丙烷;马来酸酐;甲苯-2,4-二异氰酸酯(TDI);丙烯酸—2—羟乙基酯(2—HEA);三乙胺(TEA);聚碳酸酯二醇(PCDL-1000);二月桂酸二丁基锡(DBTDL);二正丁胺;甲苯等均为分析纯,使用前均经过预处理。
镜向光泽度计(WGG60型)上海现代环境工程技术有限公司;铅笔硬度计(PPH-1型)上海现代环境工程技术有限公司;Mastersizer粒度分析仪英国MALVERN公司;傅立叶红外光谱仪(Tensor27型)德国Bruker公司。
2.2 亲水二元醇(T.M)的合成
在装有搅拌器、冷凝器、氮气保护装置的四口烧瓶中,通氮气10分钟后,加入计量比的马来酸酐、三羟甲基丙烷以及适量丁酮,升温至60℃,至固体全部溶解,缓慢升温至80℃左右,反应至酸值恒定,真空除去未反应的马来酸酐以及溶剂,出料后加分子筛保存。
2.3 新型水性紫外光固化聚氨酯丙烯酸酯(TTMPH)的合成
反应在带有搅拌器、温度计、冷凝管和导气管的四口瓶中进行。通氮气10分钟后,加入T.M;室温下缓慢加入甲苯二异氰酸酯和1wt%的催化剂二月桂酸二丁基锡(DBTDL),升温至65℃,持续反应约2小时。反应中NCO值通过二正丁基胺反滴定的方法控制,达到理论值时,加入PCDL—1000,持续保温反应约2小时,当NCO值达到理论值时加入丙烯酸羟乙酯,在50℃下进行约12小时,直到反应完全为止,反应的终点通过傅立叶红外光谱图(FTIR)中NCO基团在2270cm-1处峰的消失确定。
2.4 分析测试方法
2.4.1 酸值的测定
准确称取1—2g样品,加入吡啶—水溶液15ml(吡啶/水为1:2),充分摇动使样品溶解,加2-3滴1%的酚酞指示剂,用0.5 mol/L的标准KOH溶液滴定至出现桃红色15秒内不褪色为终点。并做空白实验。根据Av=56.11×CKOH×(Vs-Vo)/W计算所得。Vs,Vo分别为滴定样品和空白滴定所耗用的KOH的体积;W为所取样品的质量
2.4.2 异氰酸酯含量的测定
从反应釜中移取1ml溶液,转入250ml的聚塞锥形瓶中不要沾附在瓶颈上,加入甲苯15ml,用移液管吸取10ml二正丁胺无水甲苯溶液于锥形瓶中,盖上瓶盖,摇荡使式样完全溶解。以上过程约5min完成,中间不停顿,操作尽量快。继续摇30min,然后加入无水乙醇10ml,滴入溴酚蓝指示剂4滴,用盐酸标准滴定至溶液由蓝色变成黄色。按上述测定的方法同时进行空白实验。异氰酸酯基含量以摩尔百分数表示,根据X=(V1-V2)×C×0.001×V计算所得。X为反应釜中的残留异氰酸酯的量;V1为空白实验所消耗盐酸标准滴定溶液的体积;V2为预聚物所消耗盐酸标准滴定溶液的体积;C为盐酸标准滴定溶液的实际浓度;V为试样的总体积。
3 结果与讨论
3.1 亲水二元醇(T.M)的合成与表征
3.1.1 合成T.M过程中酸值的变化
三羟甲基丙烷和马来酸酐在一定温度下反应。当三羟甲基丙烷的一个羟基与马来酸酐反应后,另外两个羟基由于空间位阻效应,其反应活性将降低;同时酸酐反应形成羧基,其反应活性低于酸酐,有利于反应的控制。
从图2可知,酸值随着反应的进行而逐渐降低,达到3.5h时,体系的反应酸值为247.68mg
KOH/g,接近于理论酸值为241 mgKOH/g,因此可以确定已经达到反应终点。
3.1.2 T.M的红外谱图
由图3可知,1700-1800cm-1处酸酐C=O的伸缩振动双峰消失,而在1723 cm-1,1635 cm-1,1205 cm-1出现α,β-不饱和酯类的特征吸收峰,同时合成物的酸值接近理论值。这说明酐基已经参与反应,产物结构与理论相符。
3.2 新型水性紫外光固化聚氨酯丙烯酸酯(TTMPH)的合成与表征
3.2.1 合成TTMPH过程中异氰酸酯的变化
TDI的两个异氰酸酯基团的反应活性相差较大,4位上的活性是2位上的6.25倍[6]。第一步即前两个小时(未加HEA之前)曲线基本上是一条直线。说明滴加速度控制在小于聚合进度上,反应器中的异氰酸酯基团处于“饥饿”状态。这样的滴加速度有利于优先消耗掉TDI活性较高的4为上异氰酸酯基团,使第一步反应结束时候生成TDI—T.M—TDI的三聚体。
从二正丁胺反滴法检测的-NCO的量可以表明三步反应结束的一NCO的量与预期的一致。由于TDI较高的活性,反应末期没有出现-NCO持续不降低的情况。反应10小时后滴定法几乎检测不到—NCO。此时的红外谱图中2270cm-1处没有-NCO的尖峰,说明—NCO已基本反应完毕。图5显示了反应过程中—NCO的变化。
3.2.2. TTMPH固化膜的反射红外光谱图
由图6得知,在2270 cm-1处-NCO吸收峰消失,说明-NCO基本上己经全部反应。3338cm-1处为—NH键的伸缩振动吸收峰,2937cm-1处为CH2的伸缩振动吸收峰,1731cm-1处为C=O的伸缩振动吸收峰,1637cm-1处为C=C的伸缩振动吸收峰消失了,说明双键在固化时完全交联反应了,1601cm-1处为N-H变形振动吸收峰,1533cm-1处为N-H的弯曲振动吸收峰和C-N的伸缩振动吸收峰的合频,1453cm-1处为CH2的变形振动吸收峰,1406 cm-1处为C-H弯曲振动吸收峰,1246cm-1,1062cm-1处为C-O的伸缩振动吸收峰。
3.3 TTMPH中羧基含量对平均粒径的影响
由图7可以得知:在低—COOH含量(约40%)时乳液粒径随—COOH含量的提高,粒径明显下降。当—COOH达到一定量时,粒径下降不是很明显。
这是由于亲水基团的含量对粒径的影响有两个方面:一方面,随着亲水基团含量的增加,树脂的亲水性提高,这将使粒径减小;另一方面,随着亲水基团含量的增加,将会使粒子的总双电层厚度和粒子的流体动力学体积增加。另外由于亲水性的增加而产生的颗粒水膨胀性也能使粒径明显增大,这种膨胀性随亲水性的增大而愈见明显。因此随亲水基团含量的增加,粒径呈减少趋势。图8为TTMPH02测量的粒径分布图。
3.4 TTMPH固化膜性能测试
由表1可以看出TTMPH的光泽度和硬度都比较好。当TDI:TM:PCDL:HEA=2:1:0.5:2时TTMPH的硬度最好,为2H。由于分子链中硬段含量高,导致固化膜的硬度增大。以PVC为基材,固化膜在水中浸泡72h后膜的变化观察耐水解性,所得固化膜在丙酮中浸泡48h后观察其耐溶剂性。由表1可以得知所得固化膜均具有良好的耐水解性以及耐溶剂性。
4 结论
1、合成得到一种新型亲水二元醇(T.M),对其合成过程及其结构进行了详细表征。
2、首次以T.M与聚碳酸酯二元醇、甲苯-2,4-二异氰酸酯(TDI),和丙烯酸-2-羟乙基酯(2-HEA)等合成出性能优良的新型水性紫外光固化聚氨酯丙烯酸酯,并通过傅立叶红外光谱(FT-IR)对其进行了详细结构表征,并对平均粒径及其分布、固化膜的性能进行了测试;结果表明所得树脂各项性能指标良好。
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