裝飾保溫一體板用UV戶外涂料的研究及應(yīng)用

王林 馬偉

（江蘇康程新材料科技有限公司，江蘇 新沂 221400）

1 研究背景

2016年，中國(guó)外墻保溫市場(chǎng)容量約為7 億平方米，其中保溫裝飾一體化板約為4 千萬(wàn)平方米，隨著建筑節(jié)能要求的提高，以及裝配式建筑和全裝修產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展，一體板市場(chǎng)在未來(lái)三至五年將迎來(lái)爆發(fā)式增長(zhǎng)。目前，我國(guó)現(xiàn)有的一體板企業(yè)多采用溶劑型氟碳、水性多彩（真石漆）涂裝工藝，存在環(huán)境污染大（VOC 排放、廢水排放），干燥速度慢（自然干燥大于24h，烘干大于2h），能源消耗高，勞務(wù)用工多等諸多不利因素。近年來(lái)國(guó)家加大環(huán)保治理力度，對(duì)涂裝企業(yè)征收排污費(fèi)；從2018年元旦開(kāi)始將征收環(huán)保稅，環(huán)保高效的UV 涂裝解決方案已成為涂裝升級(jí)的必然趨勢(shì)。

2 UV 涂料簡(jiǎn)介

2.1 UV 涂料

UV 涂料是紫外光固化涂料（Ultraviolet Curing Coating），即利用紫外光作為固化能源，在常溫下快速交聯(lián)成膜的涂料。

2.2 主要成份

1）齊聚物：丙烯酸改性系列樹(shù)脂，如環(huán)氧丙烯酸樹(shù)脂（EA）、聚氨酸丙烯酸樹(shù)脂（PUA）等；

2）單體：不同官能度丙烯酸酯單體，如丙烯酸羥丙酯（HPA）、三丙二醇二丙烯酸酯（TPGDA）等；

3）光引發(fā)劑：有奪氫型、裂解型光引發(fā)劑，如二苯甲酮（BP）、α-羥基酮（1173）等；

4）粉體：顏料、啞粉、填料等；

5）助劑：潤(rùn)濕劑、消泡劑、流平劑等。

2.3 反應(yīng)基理

反應(yīng)機(jī)理屬于自由基化學(xué)反應(yīng)。

2.4 特型

“5E”型涂料，被譽(yù)為”面向21 世紀(jì)綠色工業(yè)的新技術(shù)”。

1）環(huán)保（Ecology）：幾乎100%固含量，無(wú)VOC 排放；

2）高效（Effective）：瞬間固化（以秒計(jì)），效率極高；

3）節(jié)能（Energy）：能耗與烘烤型涂料相比，節(jié)能80%；

4）經(jīng)濟(jì)（Economic）：設(shè)備投入小，占地面積少，生產(chǎn)效率高，用工少，節(jié)能、經(jīng)濟(jì)性優(yōu)；

5）性能優(yōu)異（Excellent）：涂層為三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，高硬耐磨，光澤高，豐滿度佳，耐酸耐堿性能優(yōu)異。

2.5 成熟的工業(yè)化應(yīng)用

地板、家俱、紙張印刷、塑膠電子、玻璃包裝、汽車內(nèi)飾等眾多領(lǐng)域。

3 UV 戶外涂料的研究

3.1 挑戰(zhàn)

耐候性是涂料的重要指標(biāo)之一。涂料耐候性主要指涂料暴露在戶外環(huán)境下的力學(xué)性能、光學(xué)性能、化學(xué)性能的變化。耐候（老化）損害主要由三個(gè)因素引起：光照、溫度和濕度。這三個(gè)因素中的任何一個(gè)都會(huì)引起材料的老化，它們的共同作用，大于其中任一因素造成的危害。

1）光照：高分子材料化學(xué)鍵對(duì)太陽(yáng)光中不同波段敏感性不同，一般對(duì)應(yīng)一個(gè)閥值。太陽(yáng)光中的短波紫外線是引起大部份聚合物性能老化的主要原因；

2）溫度：溫度越高，化學(xué)反應(yīng)速度越快；

3）濕度：水會(huì)參與材料老化，相對(duì)濕度、露水和雨水是自然界水的主要表現(xiàn)形式。研究表明，戶外材料每天都長(zhǎng)期處于潮濕環(huán)境（平均每天8-12H）。

3.2 在涂層設(shè)計(jì)壽命周期內(nèi)，要避免出現(xiàn)以下情況：

1）變色、褪色

2）開(kāi)裂

3）剝離、分層

4）脆化、粉化

5）失光

6）起泡

3.3 UV 戶外涂料配方設(shè)計(jì)

充分考慮戶外因素（光、熱、水），結(jié)合UV 涂料特性，經(jīng)過(guò)大量的篩選評(píng)估測(cè)試，最終定型。

1）樹(shù)脂：選用高官能度脂肪族聚氨酯丙烯酸樹(shù)脂等；

2）單體：選用雙鍵轉(zhuǎn)化率高、殘留低的單體TMPTA、HDDA 等；

3）光引發(fā)劑：選用裂解型光引發(fā)劑184（α-羥基酮）等；

4）顏料：戶外高耐候等級(jí)無(wú)機(jī)顏料BASF；

5）助劑：紫外線吸收劑BASF。

4 UV 戶外涂料耐候性測(cè)試

耐候性測(cè)試分為兩類：人工加速老化試驗(yàn)和自然老化試驗(yàn)

4.1 人工加速老化試驗(yàn)

在實(shí)驗(yàn)室內(nèi)利用各種老化試驗(yàn)箱進(jìn)行試驗(yàn)的一種方法，包括熱老化、水老化、光老化、鹽霧老化等。

優(yōu)點(diǎn)：老化箱可以模擬并強(qiáng)化自然環(huán)境的某些因素，加速老化過(guò)程，較快得到材料試驗(yàn)結(jié)果，是生產(chǎn)和科研中常用老化方法。

缺點(diǎn)：快速老化的模擬結(jié)果，影響因素較多，與實(shí)際老化結(jié)果有偏差。

4.1.1 熱老化試驗(yàn)

4.1.1.1 熱老化性能試驗(yàn)

在常壓和規(guī)定溫度的熱空氣作用下，使材料經(jīng)過(guò)一定時(shí)間后測(cè)定其性能指標(biāo)，用來(lái)判斷材料的熱穩(wěn)定性。

測(cè)試儀器：烘箱

測(cè)試方法：80℃ⅹ168h

4.1.1.2 冷熱循環(huán)試驗(yàn)

高低溫交替冷熱交替測(cè)試，評(píng)價(jià)材料的耐溫差性。

測(cè)試儀器：冷熱循環(huán)試驗(yàn)箱

測(cè)試方法：-40℃ⅹ2h，80℃ⅹ2h，24 個(gè)循環(huán)

4.1.2 水老化測(cè)試

4.1.2.1 水泡試驗(yàn)

在常溫下浸泡于水中。

測(cè)試儀器：水箱

測(cè)試方法：水泡168h

4.1.2.2 水煮試驗(yàn)

樣板飽和吸水后，沸水煮。

測(cè)試儀器：恒溫水浴鍋

測(cè)試方法：水煮8h

4.1.2.3 凍融試驗(yàn)

樣板飽和吸水，低溫冷凍再解凍，評(píng)價(jià)水結(jié)冰狀態(tài)下對(duì)材料破壞情況。

測(cè)試儀器：凍融試驗(yàn)箱

測(cè)試方法：-40℃ⅹ16h，25℃ⅹ8h，25 個(gè)循環(huán)

4.1.2.4 濕熱老化測(cè)試

在大氣環(huán)境下，溫度（熱）和濕度（水）都會(huì)導(dǎo)致材料老化。

測(cè)試儀器：濕熱老化試驗(yàn)箱

測(cè)試方法：漆膜耐濕熱測(cè)定法GB/T1740

4.1.3 光老化試驗(yàn)

1）氙弧燈老化（模擬全光譜太陽(yáng)光：紫外線、紅外線、可見(jiàn)光）

利用惰性氣體氙在超高電壓下原子被激發(fā)電離放電產(chǎn)生弧光來(lái)模擬自然條件下光老化的再現(xiàn)性試驗(yàn)，并且可以模擬黑夜及淋雨現(xiàn)象。

測(cè)試儀器：氙弧燈老化試驗(yàn)箱（Q-sun）

測(cè)試方法：GB/T1865 色漆和清漆人工氣候老化和人工輻射暴露濾過(guò)的氙弧輻射

2）紫外燈老化（主要為紫外線）

紫外熒光燈可模擬關(guān)鍵的短波紫外線，并能完整真實(shí)地重現(xiàn)太陽(yáng)光、雨水和露水造成的損害。

測(cè)試儀器：紫外燈老化試驗(yàn)箱（Q-UV）

測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)：GB/T14522 涂料人工氣候老化試驗(yàn)方法 熒光紫外燈

4.1.4 鹽霧測(cè)試

模擬海洋氣候測(cè)試。

測(cè)試儀器：鹽霧試驗(yàn)箱（Q-Fog）

測(cè)試方法：5%氯化鈉，35℃，72h

4.2 自然老化試驗(yàn)

利用自然環(huán)境條件下進(jìn)行老化的一類試驗(yàn)，包括大氣老化試驗(yàn)和自然儲(chǔ)存試驗(yàn)。

優(yōu)點(diǎn)：老化條件最接近實(shí)際應(yīng)用環(huán)境，可獲得比較可靠的試驗(yàn)結(jié)果，方法簡(jiǎn)便。

缺點(diǎn)：老化速度緩慢，試驗(yàn)周期長(zhǎng)，不能及時(shí)滿足科研與生產(chǎn)的需要。

在不同氣候區(qū)域戶外測(cè)試：

冬冷夏熱地區(qū)：成都

冬暖夏熱地區(qū)：廣州

極寒地區(qū)：烏魯木齊

鹽霧地區(qū)：海口

酸雨地區(qū)：長(zhǎng)沙

全球最嚴(yán)苛戶外曝曬地區(qū)：美國(guó)佛羅里達(dá)州（陽(yáng)光充足、高溫、雨水充沛）

5 UV 戶外涂料的應(yīng)用

5.1 產(chǎn)品系列

UV 滲透、UV 底漆、UV 膩?zhàn)印V 色漆、UV 轉(zhuǎn)印膠、UV 面漆等全UV 體系產(chǎn)品，可實(shí)現(xiàn)工業(yè)化高效生產(chǎn)；

5.2 涂裝工藝

UV 實(shí)色工藝（單色板效果）、UV 金屬色工藝（金屬板效果）、UV 轉(zhuǎn)印工藝（石紋、木紋效果），具有良好的裝飾性；

江蘇康程新材料科技有限公司已將此技術(shù)產(chǎn)業(yè)化規(guī)模生產(chǎn)，并于2017年應(yīng)用在江蘇必康醫(yī)藥綜合體30 萬(wàn)平米外墻項(xiàng)目，是國(guó)內(nèi)最大的裝飾保溫一體化板材應(yīng)用項(xiàng)目，取得了良好的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。