真空金屬鍍膜UV底漆的研制及影響因素

由于輻射固化涂料的綠色環(huán)保與高效率，使得該技術(shù)在世界范圍內(nèi)獲得了廣泛重視和快速增長，其應(yīng)用領(lǐng)域越來越廣。UV涂層具有極好的表面光潔度，很適合作為底漆用于真空金屬鍍膜技術(shù)領(lǐng)域，在塑料基材上可獲得十分光亮的金屬外觀。隨著汽車工業(yè)的發(fā)展，許多金屬替代工藝得到了應(yīng)用，目前在汽車車燈反射罩應(yīng)用領(lǐng)域，已經(jīng)完全采用在PC、BMC等塑料表面通過真空鍍鋁膜來提高反射效果，用于這一領(lǐng)域的UV涂料要求具有良好的流平性，高耐溫性(用于PC基材要求120℃以上，BMC基材高達180℃以上)。

本文研究并探討了在PC為基材的汽車車燈反射罩上應(yīng)用的UV底漆的一些配方原則，分析了影響底漆性能的各種因素。

1、實驗部分

1.1 原材料

Desmolux 2265(脂肪族聚氨酯丙烯酸低聚物，拜耳公司)、CN965(脂肪族聚氨酯丙烯酸低聚物，Sartomer公司)、環(huán)氧丙烯酸酯(自制)、氨基丙烯酸酯(自制)、三羥甲基丙烷三丙烯酸酯(TMPTA)、丙烯酸丁酯(BA)、己二醇二丙烯酸酯(HDDA)、二縮三丙二醇二丙烯酸酯(TPGDA)、RUNTECURE1103、RUNTECURE1107(光引發(fā)劑，常州華鈦有限公司)、Irgacure184、甲基異丁基酮、甲苯、異丙醇，醋酸丁酯。

1.2 實驗儀器

UV-102型光固化機(歐石曼科技發(fā)展有限公司)、UV-INTEGRATOR型UV能量計(德國)、730型傅立葉-紅外光譜儀(Nicolet公司)、Q-100型差示掃描量熱儀(TA Instruments公司)、1800×1950型全自動電阻蒸發(fā)真空鍍膜機(佛山市艾特曼真空機器廠)。

1.3 UV涂料的配制

將配方量的活性低聚物、活性稀釋劑、光引發(fā)劑、稀釋劑等一并投入容器中，充分混合均勻即配得涂料。

1.4 實驗方法

將UV涂料噴涂于PC基材上，在光固化機下照射固化，然后真空鍍鋁，采用國標方法測定涂層與基材、涂層與鍍鋁層的各項物理機械性能。采用傅立葉-紅外光譜儀，用KBr壓片法測試涂料固化前后雙鍵的變化情況。用差示掃描量熱儀(DSC)測試涂層在溫度升高時的熱流變化情況，判斷涂層熱穩(wěn)定性的好壞。

2、結(jié)果與討論

2.1 真空鍍膜對UV底漆的要求

在真空鍍膜前要在塑料基材表面進行UV涂裝的主要原因有以下兩點:第一，通過UV涂層來封閉基材，防止真空鍍膜時或工件使用時基材中的揮發(fā)性雜質(zhì)逸出，影響鍍膜質(zhì)量。像在車燈反射罩應(yīng)用時，由于在使用過程中溫度會升到100℃以上，基材中如有揮發(fā)性雜質(zhì)釋放會使鍍鋁層發(fā)彩、變色、影響反射效果。圖1(略)為PC塑料的DSC曲線，此圖顯示出PC基材在溫度為90℃左右時有明顯的熱流變化，可以認為有物質(zhì)釋放，其玻璃化轉(zhuǎn)變溫度Tg約為140℃，該材料的使用溫度應(yīng)該低于這一溫度。第二，提高基材表面平整度，確保獲得鏡面的鍍膜效果。一般來說塑料表面本身具有0.51nn左右的粗糙度，真空鍍膜的厚度不超過0.2μm，無法填平基材表面的凹凸不平，得不到理想的鏡面效果，UV涂層厚度達到10-20μm，表面平整度在0.1μm以下，可填平基材缺陷并得到理想的鍍膜效果。

適用于PC材料車燈反射罩的UV涂料必須具備以下基本特點:(1)流平狀態(tài)好，漆膜豐滿光亮，這樣可以確保真空鍍膜后有一個完整的反射膜。(2)涂膜具有封閉作用，可以在120℃時保證PC基材的逸出物不會影響鍍層。(3)涂層自身有一定的耐熱性，120℃不會有物質(zhì)分解釋放而對鍍層產(chǎn)生影響。

2.2 活性低聚物對真空鍍膜UV底漆性能的影響

固定配方為47%活性低聚物，20%TPGDA30%甲基異丁基酮、3%1103，考察各種活性低聚物經(jīng)UV固化后涂層性能的差異及用于真空鍍膜底漆的可行性。結(jié)果如表1所示。

表1 活性低聚物對UV涂料性能的影響

注:1―流平性以5為最好，1為最差；2-DSC測試涂層有逸出物的溫度；3―固化性以涂膜實干所需接受的UV輻照量為單位，數(shù)值越大，表明越難固化。

從表1可以看出:低聚物種類對涂層的流平性有著很大的影響，Desmolux2265這種低粘度活性低聚物流平性特別好，3.7的高官能度使得它的固化速度要大大快于其他二官能度的脂肪族聚氨酯丙烯酸低聚物。上述實驗還表明:在UV涂料實干后，其耐熱性均可以達到PC車燈反射罩用UV底漆的要求，低聚物種類對耐熱性影響不大。

2.3 活性稀釋劑對真空鍍膜UV底漆性能的影響

改變活性稀釋劑的種類和配比，考察其對UV涂層與基材間、鍍膜與涂層間的附著力以及鍍膜耐熱性的影響。結(jié)果如表2所示。

表2 活性稀釋劑對UV涂料性能的影響

2.3.1 活性稀釋劑對涂層附著力的影響

從表2可以看出:當TMPTA和HDDA的加量占配方總量的40%以上時，涂層對基材有著良好的附著力。就影響UV涂料對塑料附著力的因素而言，活性稀釋劑主要體現(xiàn)在它們對基材的侵蝕能力，活性稀釋劑將塑料基材輕微溶脹或軟化，這樣固化后介面之間形成了互穿網(wǎng)絡(luò)，可以提高附著力。TMPTA和HDDA對PC都有著很好的侵蝕性，BA也同樣具有這種能力，以它們?yōu)橹饕钚韵♂寗┙M分就可以保證附著力，相比較而言，TPGDA對PC的侵蝕能力較差，附著力就不好。

2.3.2 活性稀釋劑對鍍膜附著力的影響

從表2來看:隨著多官能度活性稀釋劑用量的減少，鍍膜與涂層間的附著力受到了較大的影響。在真空鍍膜過程中，處于蒸發(fā)態(tài)的鋁很容易形成高能粒子，這些粒子可以輕易嵌入涂層淺表層，模糊相界，使鍍膜與涂層緊密結(jié)合。當UV涂料中雙官能度和單官能度稀釋劑增加時，涂膜交聯(lián)密度下降，真空鍍膜過程中基材中的一些逸出物、未反應(yīng)的涂料組成物會在真空作用下到達涂層表面，削弱了高能粒子的作用，鍍膜在這些未成膜物質(zhì)上也不會有很好的附著作用，所以表現(xiàn)出鍍膜附著力下降。

2.3.3 活性稀釋劑對鍍膜耐熱性能的影響

從表2來看:對鍍膜耐熱性產(chǎn)生影響的是活性稀釋劑的官能度，主要原因還是因為在其他組分確定的情況下，活性稀釋劑的官能度越高，涂層交聯(lián)密度越大，對基材的封閉性也越好，在受熱時，基材中的逸出物很難通過涂層與鍍膜接觸發(fā)生一些反應(yīng)，導(dǎo)致鍍膜外觀變化。從這個角度來說，在保證涂層其他性能的同時，要盡量增加涂層的交聯(lián)密度，這樣才能獲得更好的封閉效果。

2.4 UV涂料固化程度對鍍膜性能的影響

UV涂料固化過程中雙鍵的轉(zhuǎn)化率不可能達到100%，通過涂料固化前后的紅外光譜分析可以看出雙鍵含量的變化情況。碳碳雙鍵的伸縮振動吸收峰在1635cm-1、809.2cm-1處非常明顯。而在固化后的譜圖中，這兩處的碳碳雙鍵吸收峰大大減弱，但不會消失，我們將涂膜的曝光量從350mJ/cm2增加到2100mJ/cm2，這一吸收峰仍然存在。因此，我們必須知道涂膜固化到什么程度才會對鍍膜性能的影響最小。

隨著UV涂料固化的不斷完善，涂層的硬度會越來越好，圖2是隨著UV輻照劑量的增加涂層擺桿硬度的變化情況，所用配方為前面所述的配方2、配方5和配方6。從圖2(略)中可以看出:隨著UV涂料固化時交聯(lián)不斷進行，涂層硬度在一定的固化情況下有一明顯的拐點，在這點之后增加輻照能量，涂層硬度沒有顯著提高。圖3(略)是在拐點前后涂層的DSC曲線圖。圖3中A是配方5在接受UV輻照量為230mJ/cm2后的涂層DSC測試結(jié)果，B是輻照量為260mJ/cm2的結(jié)果。圖3表明:UV涂層固化不完全的情況下，涂層在高溫下會釋放出低分子物質(zhì)，這會導(dǎo)致鍍膜發(fā)生變化。實驗結(jié)果也驗證了這一點，在如A的底漆固化條件下，真空鍍膜后，升溫到110℃左右時，鍍膜出現(xiàn)發(fā)彩現(xiàn)象。通過上述實驗，我們得出結(jié)論:只有當UV底涂固化完全的情況下，才能獲得好的鍍膜效果，這里所謂的固化完全就是涂層硬度出現(xiàn)如圖3所示的拐點位置。

2.5 光引發(fā)劑對鍍膜性能的影響

在實驗中我們發(fā)現(xiàn):采用混合光引發(fā)劑體系得到的涂層，在真空鍍膜后鍍膜耐熱性更好。實驗結(jié)果見表3。

表3 不同光引發(fā)劑體系對鍍膜耐熱性的影響

我們分析，影響鍍膜耐熱性的主要因素仍然是涂層的固化程度。由于實驗是在PC塑料基材上進行，它在UV波段300-340nm處有明顯吸收，該吸收峰和RUNTECURE 1103、Irgacure 184的主要UV吸收波段重合，影響了涂層的固化，尤其在鍍膜工件接受UV照射不充分的部位更是如此，因而在耐熱測試時出現(xiàn)局部發(fā)彩現(xiàn)象。而RUNTECURE 1107的最強UV吸收在300-340nm之外，可以確保涂層的完全固化。

3、結(jié)語

在設(shè)計PC車燈反射罩用UV底漆時，要注意提高涂層的交聯(lián)密度來保證涂層有良好的封閉性，通過調(diào)整配方中活性稀釋劑的配比來使涂層與基材、鍍膜與涂層之間的附著力達到最佳，工件結(jié)構(gòu)復(fù)雜時，要特別注意保證UV照射不充分的部位也能完全固化。