阻聚剂在紫外光固化色漆中的应用探讨

余宗萍，杨 昊，黄世斌，杨鹏飞，邱凤仙

（1.苏州市明大高分子科技材料有限公司，江苏苏州 215234；2.浙江省瑞通光电材料有限公司，浙江湖州 313000；3.江苏大学化学化工学院，江苏镇江 212013）

0 引言

紫外光固化涂料是环保材料中比较热门的研究对象，特别是目前溶剂型涂料受到环保限制的前提下，环保、高效的紫外光固化涂料已成为最能和水性涂料相媲美的高分子材料之一。最近几年，紫外光固化涂料以每年15%～20%的速度发展，是所有涂料品种中发展最为快速的品种之一［1］。紫外光固化涂料在涂膜光泽、硬度、耐磨性等方面具有很多优点［2］，但其在色漆固化方面存在着致命的弱点，这主要是因为色漆具有遮盖性，影响了紫外光的穿透性，因而色漆的深层固化是一个软肋；另一方面，通过添加特殊的引发剂虽能提高引发效果，但是贮存稳定性又成为一个很大的应用问题。因而使用阻聚剂是紫外光固化色漆（油墨）中的一个重要问题。

阻聚剂是紫外光固化涂料中常用的一种助剂，因为在大多数的紫外光固化体系中，都是以自由基聚合为主，这也就决定了成膜物组成中是碳碳双键的结构，目前主要是丙烯酸酯类和烯丙基醚类，其中绝大多数还是以丙烯酸酯为主，使用阻聚剂基本上以此类组成物为研究对象，本研究亦然。

关于阻聚剂在紫外光固化体系中的使用，需要注意两个问题：一是发挥阻聚剂的作用，提高贮存稳定性；二是加入的阻聚剂不能影响固化速率。本研究通过考察固化速率、贮存稳定性、固化度等几方面性能，优选出紫外光固化色漆用阻聚剂品种及其最佳用量。

1 试验部分

1.1 主要试剂

脂肪族聚氨酯丙烯酸酯6145-100、环氧丙烯酸酯621A-80、丙氧化新戊二醇二丙烯酸酯EM2251，长兴化学；三羟甲基丙烷三丙烯酸酯（TMPTA），江苏利田化学；分散剂BYK163，毕克化学；对甲氧基苯酚（MEHQ），工业级，无锡恒辉化学公司；N-亚硝基苯胲铝盐510，上海点耀精细化工有限公司；对苯二酚（HQ）、2，6-二叔丁基对甲苯酚（MTBHQ），工业级，南京邦诺生物科技有限公司；光引发剂184（1-羟基环己基苯基甲酮）、TPO（2，4，6-三甲基苯甲酰基-二苯基氧化膦）、907［2-甲基-1-（4-甲硫基苯基）-2-吗啉-1-丙酮］、369［2-苯基苄-2-二甲基胺-1-（4-吗啉苄苯基）丁酮］、819［双（2，4，6-三甲基苯甲酰基）苯基氧化膦］，天津久日化学；酞菁蓝、酞菁绿、永固红，江苏亚邦颜料有限公司；钛白粉R706，美国杜邦公司；炭黑R400，美国卡博特公司。

1.2 主要仪器

400目印刷丝网，广州标格达实验室仪器用品有限公司；紫外光固化机FUSION F300，德国贺利士（Heraeus Noblelight）集团公司；UV能量计（UV-INTEGRATOR），涿州蓝天特灯发展有限公司；Nicolet iS5傅里叶红外光谱仪，美国Thermo Nicolet公司；耐热烘箱DHG-9070、桌上型紫外老化箱BGD 852，广州标格达实验室仪器用品有限公司。

1.3 试验基准配方

按照表1配方制备色漆，根据色漆颜色使用相应颜料，阻聚剂按照0.5%用量进行对比试验。

表1 基础色漆配方Table 1 The basic formula of colored paint

1.4 性能测定

1.4.1 固化度（RAU）的测定

由于紫外光固化色漆不能厚涂，因此我们只能做很薄的涂膜来进行测试研究，目前我们采用的是丝网印刷制膜。将色漆用400目的丝网印刷在200 g的白色铜版纸上，满足涂膜在8 μm下印刷制膜，在同一紫外光汞灯固化条件，温度25℃下静置24 h后，在25℃，湿度50%的条件下用红外光谱仪测试固化度。主要是利用丙烯酸酯中C=C的特征指纹区光谱（波数在808～810 cm-1处的吸收光谱）的峰高或峰面积在固化前后的变化来计算固化度RAU［3］。不同颜色色漆的固化能量如表2所示。

表2 不同颜色色漆的固化能量Table 2 The curing energy of colored paint with different colors

1.4.2 固化速率的测定

按GB/T 1728—1989《漆膜、腻子膜干燥时间测定法》中的指触法来测定固化速率。

1.4.3 耐热性能的测定

在烘箱中进行耐热性能的测定，试验条件是80℃，72 h，对比观察体系外观及黏度的变化。

2 结果与讨论

2.1 阻聚剂对固化度（RAU）的影响

2.1.1 阻聚剂品种的影响

紫外光固化涂料的固化度是极其重要的一个考核指标，准确地说，它是最直接影响紫外光固化行为的因素，反应出体系的交联程度。不同阻聚剂对固化度的影响见表3。

表3 不同阻聚剂对固化度（RAU）的影响Table 3 The effect of different polymerization inhibitor on curing degree（RAU）

从表3中可见，这4种阻聚剂中，MEHQ和510对固化度的影响较弱，对紫外光固化阻碍较小，而另外两种阻聚剂对固化度的影响要大一些。仅固化度一项比较，MEHQ、510是相对首选的阻聚剂。

2.1.2 阻聚剂用量的影响

考察了两种对固化度影响较小的阻聚剂的用量对色漆固化度的影响。MEHQ及510在白色和蓝色体系中的表现分别见图1和图2。

与其它体系一样，随着阻聚剂用量的增大，色漆固化度变小。当阻聚剂的用量＞0.5%后，就会有显著的阻碍固化作用。由图1、2可见，合适的阻聚剂用量为0.1%～0.5%，具体应根据不同颜色对紫外光的吸收情况，来选择阻聚剂的用量。

2.2 阻聚剂对耐热性能的影响

通过比较色漆在耐热老化前后的黏度变化情况来考察阻聚剂对色漆耐热性能的影响，结果见表4。

由表4可见，不同色漆中几种阻聚剂的表现是不一样的：在白漆中表现最好的是MEHQ，其次是510；在蓝漆和绿漆中，只有510表现得最好，耐热前后黏度基本不变，其余3种阻聚剂体系都出现了不同程度的结块固化；在红漆中表现最好的是510和MTPHQ；在黑漆中表现最好的是MEHQ和510。综合来看，在5种色漆中耐热性最好的是510。

图1 白漆中阻聚剂用量对固化度RAU的影响Figure 1 The influence of polymerization inhibitor content on the RAU of white paint

图2 蓝漆中阻聚剂用量对固化度RAU的影响Figure 2 The influence of the polymerization inhibitor content on the RAU of blue paint

表4 不同阻聚剂对色漆耐热性能的影响Table 4 The effects of different polymerization inhibitor on heat resistance of colored paint

2.3 阻聚剂对固化速率的影响

阻聚剂对固化速率的影响见表5。

表5 阻聚剂对固化速率的影响＊Table 5 The effects of polymerization inhibitor on curing rate

由表5可见，在有色体系中阻聚剂对固化速率影响不是很大，但相对来说，MEHQ、510表现较好。

3 结语

通过考察耐热稳定性、固化度（RAU）、固化速率等几方面性能，对几种阻聚剂在紫外光固化色漆（红、绿、蓝、白、黑）中的应用作了对比，结果表明：在有色体系中，对羟基苯甲醚（HEMQ）和N-亚硝基苯胲铝盐（510）是较合适的阻聚剂，但由于HEMQ在酞菁体系中达不到耐热性的要求，不建议使用。因此在紫外光固化色漆中，N-亚硝基苯胲铝盐（510）是比较优选的阻聚剂，其合适的用量为0.1%～0.5%。

1 施文芳.浅谈我国辐射固化行业发展——新阶段新里程［A］.2014第十五届中国辐射固化年会论文集［C］.四川成都：中国感光学会辐射固化专业委员会，2014：15.

2 Ramsey S W. GRAS Bio-Based Materials for UV-Cured Coatings［J］. Paint & Coatings Industry，2012，28（7）：44-49.

3 余宗萍，黄世斌，丁海琳，等.红外光谱在紫外光固化研发中的应用［J］.上海涂料，2016（1）：37-40.