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摘要：介绍了紫外光固化技术的基本概念和特点，讨论了预聚物、活性稀释荆以及添加荆对低能表面有机玻璃的附着力和耐磨性的影响。 ‘
关键词：光固化；涂料；耐磨性；预聚物；有机玻璃
0 前言
UV(ultraviolet 紫外光 ) 固化技术是一项节能和环保型新技术，它具有不含有机溶剂、对环境污染小、固化速度快、固化产品性能好、劳动生产率高、节约生产成本、适合高速自动化生产涂 装等特点，在实际生产应用中显示出强大的生命力。目前已广泛应用于涂料、油墨、粘合剂、印刷版材、电子加工、微细加工和快速成型等许多领域。辐射固化涂料 作为一种绿色环 保涂料，与其他传统涂料相比，一直保持快速增长的 势头。特别在我国，进入 21 世纪后，以平均每年大于 50 ％的年增长率快速增长。
有机玻璃的主要成分为聚甲基丙烯酸甲酯，属于低表面能物质。如何使涂料很好地附着在其表面上并具有良好的耐磨性是一个新兴的课题，本文主要论述了预聚物、活性稀释剂以及添加剂对 UV 固化涂料在低能表面——有机玻璃上的附着力和耐磨性的影响。
l 实验部分
1 ． 1 原材料
齐聚物：新齐 3 ( 双酚 A 环氧丙烯酸酯 ) ，自制； PEA400( 聚酯丙烯酸 uV 树脂 ) ，陕西金岭光固化材料股份有限公司； 6148J( 脂肪族聚氨酯丙烯酸 酯 ) 、 6071( 含溶剂型丙烯酸酯改性低聚物 ) ，台湾 长兴化学品公司； CN972( 芳香族聚氨酯丙烯酸酯 ) ，美国 Sartomer 公司。
稀释单体：二缩三丙二醇二丙烯酸酯 (TPGDA) 、 1 ， 6 —己二醇二丙烯酸酯 (HDDA) 、三羟甲基丙烷三丙烯酸酯 ( TMPTA) ，台湾长兴化学品公司。
引发剂： 1173 光引发剂。
助剂： BYK — 361 、 307 ，德国 BYK 公司； LuwaxAF29 微粉化蜡， BASF 公司。
1 ． 2 仪器与设备
UV — 125A 型紫外光固化机，北京埃士博印刷新技术发展中心； QFz 漆膜附着力测定仪，天津市材料试验机厂； XB 线棒涂布器、 JM — IV 型磨耗仪，上海现代环境工程技术研究所； CCA — 100 表面张力测定仪，英国 CAMTEL 公司。
1 ． 3 涂料的配制及固化
1 ． 3 ． 1 涂料的配制
称取一定质量的预聚物，然后加入稀释单体、光 引发剂、助剂，搅拌均匀，配制成涂料。涂料的配比 见表 1 。
表 1 涂料的基本配比
表 1 涂料的基本配比
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1 ． 3 ． 2 膜的制备与固化
用涂膜涂布器将配好的涂料涂覆在洁净的有机玻璃板上，涂膜厚度为 200 nm ，在光固化机上固化，使固化膜达到表干，用指触干法进行表征，记录固化时间。
1 ． 4 性能测试
固化时间：本实验采用指触干法，以手指轻触漆膜表面，如不感到发粘，即认为漆膜表面已固化。硬度：按照 GB 6739 — 86 涂膜铅笔硬度法测 定。
附着力：按照 GB ／ T 1720 — 79 涂膜附着力测定法测定。分为 7 级， 1 级最佳， 7 级最差。
耐磨性：按照 GB 1768 — 89 涂膜耐磨性测定法测定。磨耗较少者为耐磨性好。
结果与讨论
2 ． 1 附着力及其影响因素
涂膜与基材之间可以通过机械结合、范德华力、形成氢键和化学键、互相扩散等作用形成粘附力。这些作用产生的粘附力决定了涂膜与基材的附着力。
2 ． 1 ． 1 预聚物的影响
预聚物是光固化树脂的主体，它的性能基本上决定了固化后涂膜的主要性能。固定其它条件，考察了新齐 3 、 PEA400 ， 6148 和 6071 对附着力的影响， 对结果较好的新齐 3 和 6148 进行了复配试验，分析 预聚物配比对涂膜附着力的影响，结果见表 2 。
表 2 预聚物配比 ( 质量分数 ) 对涂膜附着力的影响
表 2 预聚物配比 ( 质量分数 ) 对涂膜附着力的影响
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由表 2 可见，在其它组分不变的条件下，改变双酚 A 环氧丙烯酸酯与聚酯改性丙烯酸聚氨酯树脂的比例，附着力变化很大。增大前者的比例，附着力变差。这是由于双酚 A 型环氧丙烯酸酯的双酚 A 刚性结构使固化速率较快，涂膜收缩率大，产生收缩应力，涂膜性脆，附着力变差。聚酯改性丙烯酸聚氨酯树脂含有较长的柔性链结构，涂膜收缩率小，同时涂膜与 基材形成氢键是提高涂膜附着力的主要因素。配方 6 中新齐 3 提供了较快的固化速率和表面硬度，而 6148 则提供了较好的附着力，是理想的预聚物配比。
． 1 ． 2 活性稀释剂的影响
确定预聚物的种类和用量后，考察了双官能度 TPGDA 、 HDDA 和三官能度的 TMPTA 对附着力的影响，实验结果表明：在 TPGDA ： TMPTA=4 ： 1 时附着力最佳。原因为： TMPTA 是三官能度单体，固化快，收缩应力大，其含量高时，附着力下降； TPGDA 交联密度低，收缩率小，使涂膜的残余应力降低，导 致涂膜附着力增强。
2 ． 2 ． 1 预聚物的影响 2 ． 2 ． 2 活性稀释剂的影响
用不同种类预聚物配制涂料，考察涂膜的耐磨性。首先，将涂料涂覆在洁净的光盘上，在紫外灯下进行固化。将固化好的涂膜在磨耗仪上预磨 50 次，在电子天平上准确称出其质量，然后在磨耗仪上磨 300 次，再准确称出质量，两者相减，即为涂料的磨耗失重，结果见表 4 。
表 4 预聚物种类对涂料耐磨性的影响
表 4 预聚物种类对涂料耐磨性的影响
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由表 4 可见，环氧丙烯酸酯主链结构中的双酚 A 结构单元属刚性结构，硬度大，柔韧性差；聚氨酯丙烯酸酯类涂料耐磨性较好，这是因为氨酯键问形成氢键的缘故：应力较高时，氢键断裂吸收能量，保护了共价 键．夕 力撤消，氢键重新形成。实际配制的涂料从综合性能考虑，采用新齐 3 与 6148 复配。以新齐 3 ： 6148=3 ： 7 为基础，改变预聚物含量，测定涂料的耐磨性，结果见表 5 。
表 5 预聚物含量对涂料耐磨性的影响
表 5 预聚物含量对涂料耐磨性的影响
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由表 5 可见，磨耗失重随着预聚物含量的增加而减少，但预聚物过多，耐磨性反而降低。原因是：聚合物材料的强度主要决定于主链的化学键力和分子间的作用力，增加主 链的强度或分子间的作用力， 可使聚合物的强度增加。预聚物含量上升，产物相 对分子质量增加，涂膜的强度和耐磨性都较好；但预聚物含量超过 55 ％时，涂料的粘度上升，不利于涂膜的流平和对基材表面的润湿，表面状态不好，摩擦系数变大，耐磨性降低。
少量的多官能度稀释剂可提高耐磨性，但用量太 多则会有负面影响。较好的配方是 TMFrA ： TPGDA=1 ： 4 ，二者总量占体系的 30 ％ ～ 35 ％。
2 ． 2 ． 3 蜡助剂的影响
固定其它条件不变，考核 AF —29 微粉蜡对涂料耐磨性的影响，结果见表 6 。
表 6 蜡助剂对涂料耐磨性能的影响
表 6 蜡助剂对涂料耐磨性能的影响
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由表 6 可以看出，蜡对涂膜耐磨性的影响非常显著，添加蜡助剂后涂膜的耐磨性提高了 8 ～ 9 倍。而蜡含量则对涂膜的耐磨性没有显著的影响，所以并非蜡越多越好。试验表明，当蜡的加人量占体系的 1 ％ ( 质量分数 ) 时，就可得到综合性能较好的涂料。原因是 AF —29 是一种球形的高分子蜡粉，涂层固化后，蜡粉漂浮在涂层表面，球形表面使涂层耐磨性更佳。可见，蜡对涂层的保护作用，与填料的作用相似，其中蜡颗粒的形状对 涂膜的耐磨性有较大的影响，普通的蜡粉从微观上看一般是针状的，容易磨损破碎；球状的蜡粉，对于提高涂膜的耐磨性非常有利。
结语
(1) 涂膜的附着力不但与预聚物和活性稀释剂的组成有关，而且由于有机玻璃是低表面能物质，因此合适的流平剂对提高附着力有很大作用，其用量控制在 0 ． 2 ％左右较好。
(2) 涂膜的耐磨性与预聚物的种类有很大关系，聚氨酯丙烯酸酯类预聚物耐磨性较好，合理地将环氧和聚氨酯丙烯酸酯类预聚物进行复配效果更好。
(3) 蜡助剂的添加对涂料耐磨性的改善是很明显的，其用量控制在 l ％效果较好。
(4) 具有较佳附着力和耐磨性的配方为：预聚物为新齐 3 ： 6148=3 ： 7 ， 占体系总量的 50 ％ ～ 55 ％ ，活性稀释剂占体系总量的 40％ ～ 45 ％ ，光引发剂占 3 ％ ～ 7 ％ ，另加少量的流平剂及其它添加剂。
Welcome to BW tool world! We are an experienced tool maker specialized in cutting tools. We focus on what you need and endeavor to research the best cutter to satisfy users’ demand. Our customers involve wide range of industries, like mold & die, aerospace, electronic, machinery, ,,,etc. We are professional expert in cutting field. We would like to solve every problem from you. Please feel free to contact us, it’s our pleasure to serve for you. BW product including: utting tool、aerospace tool .HSS Cutting tool、Carbide end mills、Carbide cutting tool、NAS Cutting tool、Carbide end mill、Aerospace cutting tool、Carbide drill、High speed steel、Milling cutter、Core drill、Taperd end mills、Metric end mills、Miniature end mills、Pilot reamer、Electronics cutter、Step drill、Metal cutting saw、Double margin drill、Gun barrel、Angle milling cutter、Carbide burrs、Carbide tipped cutter、Chamfering tool、IC card engraving cutter、Side cutter、NAS tool、DIN tool、Special tool、Metal slitting saws、Shell end mills、Side and face milling cutters、Side chip clearance saws、Long end mills、Stub roughing end mills、Dovetail milling cutters、Carbide slot drills、Carbide torus cutters、Angeled carbide end mills、Carbide torus cutters、Carbide ball-noseed slot drills、Mould cutter、Tool manufacturer.
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关键词：光固化；涂料；耐磨性；预聚物；有机玻璃
0 前言
UV(ultraviolet 紫外光 ) 固化技术是一项节能和环保型新技术，它具有不含有机溶剂、对环境污染小、固化速度快、固化产品性能好、劳动生产率高、节约生产成本、适合高速自动化生产涂 装等特点，在实际生产应用中显示出强大的生命力。目前已广泛应用于涂料、油墨、粘合剂、印刷版材、电子加工、微细加工和快速成型等许多领域。辐射固化涂料 作为一种绿色环 保涂料，与其他传统涂料相比，一直保持快速增长的 势头。特别在我国，进入 21 世纪后，以平均每年大于 50 ％的年增长率快速增长。
有机玻璃的主要成分为聚甲基丙烯酸甲酯，属于低表面能物质。如何使涂料很好地附着在其表面上并具有良好的耐磨性是一个新兴的课题，本文主要论述了预聚物、活性稀释剂以及添加剂对 UV 固化涂料在低能表面——有机玻璃上的附着力和耐磨性的影响。
l 实验部分
1 ． 1 原材料
齐聚物：新齐 3 ( 双酚 A 环氧丙烯酸酯 ) ，自制； PEA400( 聚酯丙烯酸 uV 树脂 ) ，陕西金岭光固化材料股份有限公司； 6148J( 脂肪族聚氨酯丙烯酸 酯 ) 、 6071( 含溶剂型丙烯酸酯改性低聚物 ) ，台湾 长兴化学品公司； CN972( 芳香族聚氨酯丙烯酸酯 ) ，美国 Sartomer 公司。
稀释单体：二缩三丙二醇二丙烯酸酯 (TPGDA) 、 1 ， 6 —己二醇二丙烯酸酯 (HDDA) 、三羟甲基丙烷三丙烯酸酯 ( TMPTA) ，台湾长兴化学品公司。
引发剂： 1173 光引发剂。
助剂： BYK — 361 、 307 ，德国 BYK 公司； LuwaxAF29 微粉化蜡， BASF 公司。
1 ． 2 仪器与设备
UV — 125A 型紫外光固化机，北京埃士博印刷新技术发展中心； QFz 漆膜附着力测定仪，天津市材料试验机厂； XB 线棒涂布器、 JM — IV 型磨耗仪，上海现代环境工程技术研究所； CCA — 100 表面张力测定仪，英国 CAMTEL 公司。
1 ． 3 涂料的配制及固化
1 ． 3 ． 1 涂料的配制
称取一定质量的预聚物，然后加入稀释单体、光 引发剂、助剂，搅拌均匀，配制成涂料。涂料的配比 见表 1 。
表 1 涂料的基本配比
表 1 涂料的基本配比
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1 ． 3 ． 2 膜的制备与固化
用涂膜涂布器将配好的涂料涂覆在洁净的有机玻璃板上，涂膜厚度为 200 nm ，在光固化机上固化，使固化膜达到表干，用指触干法进行表征，记录固化时间。
1 ． 4 性能测试
固化时间：本实验采用指触干法，以手指轻触漆膜表面，如不感到发粘，即认为漆膜表面已固化。硬度：按照 GB 6739 — 86 涂膜铅笔硬度法测 定。
附着力：按照 GB ／ T 1720 — 79 涂膜附着力测定法测定。分为 7 级， 1 级最佳， 7 级最差。
耐磨性：按照 GB 1768 — 89 涂膜耐磨性测定法测定。磨耗较少者为耐磨性好。
结果与讨论
2 ． 1 附着力及其影响因素
涂膜与基材之间可以通过机械结合、范德华力、形成氢键和化学键、互相扩散等作用形成粘附力。这些作用产生的粘附力决定了涂膜与基材的附着力。
2 ． 1 ． 1 预聚物的影响
预聚物是光固化树脂的主体，它的性能基本上决定了固化后涂膜的主要性能。固定其它条件，考察了新齐 3 、 PEA400 ， 6148 和 6071 对附着力的影响， 对结果较好的新齐 3 和 6148 进行了复配试验，分析 预聚物配比对涂膜附着力的影响，结果见表 2 。
表 2 预聚物配比 ( 质量分数 ) 对涂膜附着力的影响
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由表 2 可见，在其它组分不变的条件下，改变双酚 A 环氧丙烯酸酯与聚酯改性丙烯酸聚氨酯树脂的比例，附着力变化很大。增大前者的比例，附着力变差。这是由于双酚 A 型环氧丙烯酸酯的双酚 A 刚性结构使固化速率较快，涂膜收缩率大，产生收缩应力，涂膜性脆，附着力变差。聚酯改性丙烯酸聚氨酯树脂含有较长的柔性链结构，涂膜收缩率小，同时涂膜与 基材形成氢键是提高涂膜附着力的主要因素。配方 6 中新齐 3 提供了较快的固化速率和表面硬度，而 6148 则提供了较好的附着力，是理想的预聚物配比。
． 1 ． 2 活性稀释剂的影响
确定预聚物的种类和用量后，考察了双官能度 TPGDA 、 HDDA 和三官能度的 TMPTA 对附着力的影响，实验结果表明：在 TPGDA ： TMPTA=4 ： 1 时附着力最佳。原因为： TMPTA 是三官能度单体，固化快，收缩应力大，其含量高时，附着力下降； TPGDA 交联密度低，收缩率小，使涂膜的残余应力降低，导 致涂膜附着力增强。
2 ． 2 ． 1 预聚物的影响 2 ． 2 ． 2 活性稀释剂的影响
用不同种类预聚物配制涂料，考察涂膜的耐磨性。首先，将涂料涂覆在洁净的光盘上，在紫外灯下进行固化。将固化好的涂膜在磨耗仪上预磨 50 次，在电子天平上准确称出其质量，然后在磨耗仪上磨 300 次，再准确称出质量，两者相减，即为涂料的磨耗失重，结果见表 4 。
表 4 预聚物种类对涂料耐磨性的影响
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由表 4 可见，环氧丙烯酸酯主链结构中的双酚 A 结构单元属刚性结构，硬度大，柔韧性差；聚氨酯丙烯酸酯类涂料耐磨性较好，这是因为氨酯键问形成氢键的缘故：应力较高时，氢键断裂吸收能量，保护了共价 键．夕 力撤消，氢键重新形成。实际配制的涂料从综合性能考虑，采用新齐 3 与 6148 复配。以新齐 3 ： 6148=3 ： 7 为基础，改变预聚物含量，测定涂料的耐磨性，结果见表 5 。
表 5 预聚物含量对涂料耐磨性的影响
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由表 5 可见，磨耗失重随着预聚物含量的增加而减少，但预聚物过多，耐磨性反而降低。原因是：聚合物材料的强度主要决定于主链的化学键力和分子间的作用力，增加主 链的强度或分子间的作用力， 可使聚合物的强度增加。预聚物含量上升，产物相 对分子质量增加，涂膜的强度和耐磨性都较好；但预聚物含量超过 55 ％时，涂料的粘度上升，不利于涂膜的流平和对基材表面的润湿，表面状态不好，摩擦系数变大，耐磨性降低。
少量的多官能度稀释剂可提高耐磨性，但用量太 多则会有负面影响。较好的配方是 TMFrA ： TPGDA=1 ： 4 ，二者总量占体系的 30 ％ ～ 35 ％。
2 ． 2 ． 3 蜡助剂的影响
固定其它条件不变，考核 AF —29 微粉蜡对涂料耐磨性的影响，结果见表 6 。
表 6 蜡助剂对涂料耐磨性能的影响
表 6 蜡助剂对涂料耐磨性能的影响
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由表 6 可以看出，蜡对涂膜耐磨性的影响非常显著，添加蜡助剂后涂膜的耐磨性提高了 8 ～ 9 倍。而蜡含量则对涂膜的耐磨性没有显著的影响，所以并非蜡越多越好。试验表明，当蜡的加人量占体系的 1 ％ ( 质量分数 ) 时，就可得到综合性能较好的涂料。原因是 AF —29 是一种球形的高分子蜡粉，涂层固化后，蜡粉漂浮在涂层表面，球形表面使涂层耐磨性更佳。可见，蜡对涂层的保护作用，与填料的作用相似，其中蜡颗粒的形状对 涂膜的耐磨性有较大的影响，普通的蜡粉从微观上看一般是针状的，容易磨损破碎；球状的蜡粉，对于提高涂膜的耐磨性非常有利。
结语
(1) 涂膜的附着力不但与预聚物和活性稀释剂的组成有关，而且由于有机玻璃是低表面能物质，因此合适的流平剂对提高附着力有很大作用，其用量控制在 0 ． 2 ％左右较好。
(2) 涂膜的耐磨性与预聚物的种类有很大关系，聚氨酯丙烯酸酯类预聚物耐磨性较好，合理地将环氧和聚氨酯丙烯酸酯类预聚物进行复配效果更好。
(3) 蜡助剂的添加对涂料耐磨性的改善是很明显的，其用量控制在 l ％效果较好。
(4) 具有较佳附着力和耐磨性的配方为：预聚物为新齐 3 ： 6148=3 ： 7 ， 占体系总量的 50 ％ ～ 55 ％ ，活性稀释剂占体系总量的 40％ ～ 45 ％ ，光引发剂占 3 ％ ～ 7 ％ ，另加少量的流平剂及其它添加剂。
Welcome to BW tool world! We are an experienced tool maker specialized in cutting tools. We focus on what you need and endeavor to research the best cutter to satisfy users’ demand. Our customers involve wide range of industries, like mold & die, aerospace, electronic, machinery, ,,,etc. We are professional expert in cutting field. We would like to solve every problem from you. Please feel free to contact us, it’s our pleasure to serve for you. BW product including: utting tool、aerospace tool .HSS Cutting tool、Carbide end mills、Carbide cutting tool、NAS Cutting tool、Carbide end mill、Aerospace cutting tool、Carbide drill、High speed steel、Milling cutter、Core drill、Taperd end mills、Metric end mills、Miniature end mills、Pilot reamer、Electronics cutter、Step drill、Metal cutting saw、Double margin drill、Gun barrel、Angle milling cutter、Carbide burrs、Carbide tipped cutter、Chamfering tool、IC card engraving cutter、Side cutter、NAS tool、DIN tool、Special tool、Metal slitting saws、Shell end mills、Side and face milling cutters、Side chip clearance saws、Long end mills、Stub roughing end mills、Dovetail milling cutters、Carbide slot drills、Carbide torus cutters、Angeled carbide end mills、Carbide torus cutters、Carbide ball-noseed slot drills、Mould cutter、Tool manufacturer.
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