ABS 塑料用水性紫外光固化罩光清漆的制备与性能研究

陈中华1, 2, *，陈安勇1，马丽丽1，王玉琼2，崔晓帆2
（1.华南理工大学材料学院，广东 广州 510640；2.广州集泰化工有限公司，广东 广州 510520）

1 前言
由于大多数塑料制品在挤塑或压塑成型后，表面具有很多微观缺陷，导致表面光泽度较低，美观程度较差，另外常规塑料制件大多耐磨、耐溶剂性能不高，容易刮伤、起雾和表面受损等；因此，需对塑料制件进行表面装饰及保护[1]。由于光固化技术具有快速节能的优点，并可制得具有优异物理化学性能的涂膜，因此，用紫外光固化技术对塑料进行装饰保护是个不错的选择。传统的油性紫外光固化涂料难以实现硬度与韧性的平衡，并且稀释性单体和溶剂会污染环境，而水性光固化涂料结合了水性涂料与光固化涂料的优点，既具有水性涂料的环保性和易施工性，又有光固化涂料优异的物理化学性能，故具有很好的应用前景。本文选择了几种水性聚氨酯丙烯酸酯分散体作为成膜物质，并选择合适的光引发剂、流平剂和消泡剂，制得了具有优异物理化学性能的罩光清漆。

2 实验
2. 1 原材料
黑色ABS 塑料板，广州标格达实验室仪器用品有限公司；芳香族聚氨酯丙烯酸分散体LR9005、LR8949脂肪族聚氨酯丙烯酸分散体、基于聚酯型丙烯酸酯⁄脂肪族异氰酸酯的聚氨酯分散体UV2282 和基于聚酯型丙烯酸酯聚氨酯分散体UV XP2689，德国巴斯夫公司；紫外光固化聚酯–聚氨酯树脂LUX250VP，欧宝迪树脂深圳有限公司；光引发剂1173，靖江宏泰；流平剂3580、3772，埃夫卡。

2. 2 仪器
UV-102 型光固化机，欧石曼科技有限公司；QCJ型漆膜冲击器、QFH 型漆膜划格器，上海现代环境工程技术有限公司；铅笔硬度实验仪，天津市精科材料试验机厂；BGD512 型光泽度仪(60°)，广州标格达实验室仪器用品有限公司。

2. 3 罩光清漆基本配方(以质量分数表示)
水性聚氨酯分散体 95% ~ 97%
光引发剂 2% ~ 4%
流平剂 0.1% ~ 0.3%
消泡剂 0.1% ~ 0.2%
增稠流变剂 0.1% ~ 0.3%

2. 4 涂料的制备
将光引发剂用乳化剂乳化成乳液后加入水性聚氨酯分散体中，充分混合均匀后，再加入流平剂、消泡剂和增稠流变剂等助剂，混合均匀即可。

2. 5 性能测试及表征
将制得的涂料按照GB/T 1727–1992《漆膜一般制备法》制膜，干燥、紫外固化后测试各项性能。
铅笔硬度按GB/T 6739–1996《涂膜硬度铅笔测定法》测试；
附着力按GB/T 9286–1998《色漆和清漆 漆膜的划格试验》评价；
耐冲击性能按GB/T 1732–1993《漆膜耐冲击测定法》，用QCJ 型漆膜冲击器测试；
光泽度按GB/T9754–1988《色漆和清漆 不含金属颜料的色漆漆膜的20°、60°和85°镜面光泽的测定》，用BGD512 型光泽度仪测试其60°镜面光泽。
耐醇性测试：无水乙醇100 次擦拭，无白化、变色、擦痕、软化等不良现象。
耐盐水性测试：5% NaCl 溶液浸泡120 h，无异常。
耐冷热循环测试：60 °C 放置2 h 后−20 °C 放置2 h，如此循环10 次，无异常现象。

3 结果与讨论
3. 1 水性光固化树脂的选择
选择几种市售的水性聚氨酯光固化树脂作为成膜物质，依据基础配方制成涂料，其涂膜性能测试结果如表1 所示。
表1 不同水性聚氨酯树脂对涂层性能的影响

由表1 可以看出，LR9005 与UV XP2689 的综合性能好。由于两者在分子结构上都带有芳香结构，因此具有较高的硬度。UV2282、LUX250VP 和LR8949由于是脂肪族聚氨酯，所以在硬度方面比较低，但其抗冲击性能优良。各种树脂在ABS 塑料板均具有良好的附着力，这是因为聚氨酯含有强的极性基团─NCO、─OH 以及脲基等，此外，分子间还能形成氢键及范德华力，有较高的内聚力。因此，它们对极性的ABS 塑料有良好的附着力，同时也赋予了漆膜优异的耐醇性、耐盐水性和耐冷热循环性能。以上聚氨酯树脂在具有高硬度的同时，也具有优异的抗冲击性能。因为聚氨酯分子结构由软段和刚性的硬段交替组成，在微观上具有相分离的结构，刚性的硬段组成的微小单元分布在由柔性的软段组成的连续相中，起着弹性交联点作用，因此聚氨酯具有良好的抗冲击能力。上述各种聚氨酯树脂除具有极佳的力学性能外，还有较高的光泽度，是因为其分子结构中均引入了丙烯酸基团，使漆膜光亮丰满，有极好的装饰性[2]。