CN106475286B - 一种强度渐变的电子束辐射涂料固化工艺 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种强度渐变的电子束辐射涂料固化工艺。本发明基于电子束辐射固化技术,采用强度渐变的固化方式,主要用于厚度在100μm‑500μm的固化涂料,电子束强度由计算机程序精确控制,实现与涂料的固化厚度动态配合。一方面,本发明基于电子束辐射固化,解决了传统的紫外光固化能耗高,固化深度不够的问题,另一方面,本发明采用强度渐变的固化方式,分别固化涂料的表面和内部,进一步解决了紫外‑电子束间歇固化时内外层膜固化不均的问题,从而提高涂料与基材直接的附着力,使涂料具有优异的耐磨性和防腐性能,同时减少单一强度下电子束辐射固化时不必要的能耗。本发明提供的固化工艺所得涂料可用于金属重防腐领域,同时还能做到带锈涂装。
Description
技术领域
本发明属于辐射固化技术领域,具体涉及一种强度渐变的电子束辐射涂料固化工艺。
背景技术
目前,随着人们环保意识的逐渐提高,光固化涂料作为新一代环境友好型涂料应用广泛。紫外(UV)光固化涂料是通过UV光照射使树脂固化,体系中不含有机挥发物(VOC),固化速度较快,效率较高。但是UV能耗较大,对于形状复杂工件存在辐射“盲区”,不能有效固化,并且UV涂料存在固化厚度较低(100μm以下),深层固化不彻底、腐蚀介质存在的情况下涂层与底材的附着力对防腐性能和机械性能下降的问题。电子束固化(EB)是以电子加速器产生的高能电子束为辐射源,诱导液体低聚物经过交联聚合而快速形成固体产物的过程。EB固化是一种室温固化技术,能耗低,不含VOC,不会对环境产生污染。与其他固化方式相比,EB技术具有固化速度快、穿透能力强、能耗低、涂膜性能优良等优点,在涂料、胶黏剂及油墨等领域有着广泛的应用前景。EB产品在辐射固化后可立刻处理,大大提高了生产效率,固化产品的物理性能得以改善。因此,EB固化成为UV固化之后发展起来的新型环保固化技术。
现有的关于EB固化工艺和固化涂料应用的文献报道较少,且多是先通过UV辐射使表面固化,然后再进行EB辐射使深层固化。根据专著[潘祖仁.高分子化学[M].化学工业出版社,2011]可知,hv影响Rp的变化,进而影响v的变化,v又影响到体系的分子量M,而M又会影响产品的性能,也就是说,经不同频率的辐射固化后,产品的性能不同。通过UV和EB两种不同的固化方式,以及在深层固化中,对于不同厚度层采用相同频率的EB辐射时,产品的性能差别均会很大,导致表面和深层之间的界面接触处的附着力差。中国专利201410566312.9提供了一种无氮气保护的电子束固化的涂料/油墨、制备及固化方法,先在基材上实现UV的初步固化,然后进行无氮气保护的电子束辐照固化成型,该发明提供的涂料/油墨具有一定的耐腐蚀性能,但是涂覆时需要洁净的表面环境,不能做到带锈涂装,更重要的是,该专利中没有提到如何避免界面处收缩速率不同,接触不好,附着力较差的问题,采用UV-EB辐射固化实际上降低了固化效率和产品性能。因此,如何保证涂料在固化时,表面和深层之间的界面接触处具有良好的附着力,是固化技术领域急需解决的一个问题。
发明内容
为了解决表层和深层固化所需能量不同,固化时界面接触处附着力差的问题,同时保证深层固化的彻底性和防腐性能,本发明提供了一种强度渐变的电子束辐射涂料固化工艺。本发明基于电子束辐射固化技术,采用强度渐变的固化方式,主要用于厚度在100μm-500μm的固化涂料,电子束强度由计算机程序精确控制,与涂料的固化厚度相匹配,实现表面与深层依次固化,减少单一强度下电子束辐射固化时不必要的能耗。
本发明的技术方案如下:
一种强度渐变的电子束辐射涂料固化工艺,真空或氮气环境下,在电子束辐射固化过程中,电子束强度采用连续变化或阶梯式变化的变换方式。
进一步地,一种强度渐变的电子束辐射涂料固化工艺,真空或氮气环境下,在电子束辐射固化过程中,电子束强度采用连续变化或阶梯式变化的变换方式,并满足关系式即在0≤t<0.1s时,施加固定的电子束强度从t=0.1s开始,按关系式施加电子束强度,其中,E为电子束强度,D为涂层总厚度,v为电子加速器传动车速,U为辐射电压,G为电子束辐射剂量,I为束流,t为电子束辐射固化时间。
优选地,电子束辐射固化过程中,所述的真空度为10-1-10-5bar,所述的氮气环境下氮气浓度为100-500mg/L,所述的固化温度5-40℃。
优选地,所述的辐射电压U为100-1200KeV,所述的电子束剂量G为15-150KGy,所述的束流I为80-200mA,所述的电子加速器传动车速v为50-1000m/min,所述的涂层总厚度D为100μm-500μm。
与现有技术相比,本发明具有以下优点:
(1)固化效率高,环境友好,能耗低;
(2)固化深度高,涂层厚度大,表面和深层之间的界面接触处的附着力强,具有优异的耐磨性和防腐性能,可用于金属重防腐领域;
(3)可以做到带锈涂装,扩大了涂料的应用范围。
附图说明
图1是实施例1(线1)、对比例1(线2)和对比例7(线3)中的电子束强度随时间变化的关系曲线。
具体实施方式
下面结合实施例和附图对本发明作进一步详述。
本发明实施例中使用的涂料配方为:
氟乙烯-烃基乙烯基醚共聚物 60g
烷氧基己二醇二丙烯酸酯 1.5g
三环癸烷二甲醇二丙烯酸酯 1.5g
类石墨相氮化碳 5g
碳纳米管 5g
云母氧化铁 5g
三聚磷酸铝 5g
磷酸锌 5g
气相二氧化硅 6g
气相白炭黑 6g
实施例1
将涂料涂覆于金属件上,金属件为80mm×80mm的不锈钢板材,涂层厚度为200μm,在真空环境下经电子束辐射而固化,固化参数为:辐射电压400KeV;电子束剂量40KGy;束流100mA;电子加速器传动车速100m/min;真空度10-3bar,时间1.3s。电子束辐射过程中,开始的0.1s施加的电子束强度E为1250μW/cm2,之后从0.1s开始,按E=125/t施加电子束强度,至1.3s停止施加,完成涂料的固化。
实施例2
将涂料涂覆于金属件上,金属件为80mm×80mm的不锈钢板材,涂层厚度为500μm,在真空环境下经电子束辐射而固化,固化参数为:辐射电压1MeV;电子束剂量100KGy;束流150mA;电子加速器传动车速850m/min;真空度10-1bar,时间2.5s。电子束辐射过程中,开始的0.1s施加的电子束强度E为2408μW/cm2,之后从0.1s开始,按E=240.8/t施加电子束强度,至2.5s停止施加,完成涂料的固化。
实施例3
将涂料涂覆于金属件上,金属件为80mm×80mm的不锈钢板材,涂层厚度为300μm,在氮气环境下经电子束辐射而固化,固化参数为:辐射电压800KeV;电子束剂量60KGy;束流120mA;电子加速器传动车速300m/min;氮气浓度300mg/L,时间0.6s。电子束辐射过程中,开始的0.1s施加的电子束强度E为586μW/cm2,之后从0.1s开始,按E=58.6/t施加电子束强度,至0.6s停止施加,完成涂料的固化。
实施例4
将涂料涂覆于金属件上,金属件为80mm×80mm的不锈钢板材,涂层厚度为100μm,在真空环境下经电子束辐射而固化,固化参数为:辐射电压100KeV;电子束剂量90KGy;束流80mA;电子加速器传动车速50m/min;真空度10-5bar,时间0.4s。电子束辐射过程中,开始的0.1s施加的电子束强度E为347μW/cm2,之后从0.1s开始,按E=34.7/t施加电子束强度,至0.4s停止施加,完成涂料的固化。
实施例5
将涂料涂覆于金属件上,金属件为80mm×80mm的不锈钢板材,涂层厚度为300μm,在氮气环境下经电子束辐射而固化,固化参数为:辐射电压100KeV;电子束剂量150KGy;束流200mA;电子加速器传动车速120m/min;氮气浓度500mg/L,时间1.5s。电子束辐射过程中,开始的0.1s施加的电子束强度E为1440μW/cm2,之后从0.1s开始,按E=144/t施加电子束强度,至1.5s停止施加,完成涂料的固化。
实施例6
将涂料涂覆于金属件上,金属件为80mm×80mm的不锈钢板材,涂层厚度为120μm,在真空氮气环境下经电子束辐射而固化,固化参数为:辐射电压1200KeV;电子束剂量15KGy;束流200mA;电子加速器传动车速1000m/min;真空度10-1bar,氮气浓度100mg/L,时间2.5s。电子束辐射过程中,开始的0.1s施加的电子束强度E为2778μW/cm2,之后从0.1s开始,按E=277.8/t施加电子束强度,至2.5s停止施加,完成涂料的固化。
以下对比例1-6中的固化参数分别与实施例1-6对应一致,唯一不同的是施加的电子束强度为恒定值,并与实施例1-6中起始时间的电子束强度对应相同。
对比例1
本对比例与实施例1的固化条件相同,唯一不同的是施加的电子束强度为恒定值1250μW/cm2。
对比例2
本对比例与实施例2的固化条件相同,唯一不同的是施加的电子束强度为恒定值2408μW/cm2。
对比例3
本对比例与实施例3的固化条件相同,唯一不同的是施加的电子束强度为恒定值586μW/cm2。
对比例4
本对比例与实施例4的固化条件相同,唯一不同的是施加的电子束强度为恒定值347μW/cm2。
对比例5
本对比例与实施例5的固化条件相同,唯一不同的是施加的电子束强度为恒定值1440μW/cm2。
对比例6
本对比例与实施例6的固化条件相同,唯一不同的是施加的电子束强度为恒定值2778μW/cm2。
以下对比例7-12中的固化参数分别与实施例1-6对应一致,唯一不同的是施加的电子束强度为恒定值,并分别与实施例1-6中起始时间和结束时间时的电子束强度的加权平均值对应相同。
对比例7
本对比例与实施例6的固化条件相同,唯一不同的是施加的电子束强度为恒定值673μW/cm2。
对比例8
本对比例与实施例6的固化条件相同,唯一不同的是施加的电子束强度为恒定值1252μW/cm2。
对比例9
本对比例与实施例6的固化条件相同,唯一不同的是施加的电子束强度为恒定值342μW/cm2。
对比例10
本对比例与实施例6的固化条件相同,唯一不同的是施加的电子束强度为恒定值217μW/cm2。
对比例11
本对比例与实施例6的固化条件相同,唯一不同的是施加的电子束强度为恒定值768μW/cm2。
对比例12
本对比例与实施例6的固化条件相同,唯一不同的是施加的电子束强度为恒定值1445μW/cm2。
将各实施例和对比例得到的涂料涂覆于金属件上,金属件为80mm×80mm的板材,进行固化。参照国家标准GB1725-79《涂料固体含量测定法》进行涂料的固含量测定;参照国家标准GB/T 1723-1993《涂料粘度测定法》,使用涂-4粘度计在25℃下测定所得涂料的粘度;根据国家标准GB/T 13452.2-2008《色漆和清漆漆膜厚度的测定》测定涂料清漆的膜厚;参照国家标准GB/T 9286-1998《色漆和清漆漆膜的划格实验》进行涂层的附着力测试;参照国家标准GB/T 10125-2012《人造气氛腐蚀试验盐雾试验》进行盐雾试验;根据国家标准GB/T 1732-1993《漆膜耐冲击测定法》进行涂料的抗冲击性能测试。经过对各实施例和对比例的样品进行检测表征,得到性能数据如下表所示:
对比实施例1-6与对比例1-6的测试结果可以看出,固化参数不变,持续施加与起始时间相同的恒定的电子束强度时,固化后涂层的厚度下降很多,不能保证处于重防腐涂料理想的防腐厚度范围内,附着力急剧下降,涂料表面硬度不够,造成涂料的中性盐雾严重降低,抗腐蚀能力严重削弱。对比实施例1-6与对比例7-12的测试结果可以看出,固化参数不变,持续施加恒定的、分别与实施例1-6中起始时间和结束时间时的电子束强度的加权平均值对应相同的电子束强度时,固化后涂层的厚度同样下降很多,虽然附着力下降程度较对比例1-6对应缓和一点,但中性盐雾下降更多,涂料表面碰撞极易发生开裂,总体上防腐能力严重不足。
Claims (3)
1.强度渐变的电子束辐射涂料固化工艺,其特征在于,真空或氮气环境下,在电子束辐射固化过程中,电子束强度采用连续变化或阶梯式变化的变换方式,并满足关系式即在0≤t<0.1s时,施加固定的电子束强度从t=0.1s开始,按关系式施加电子束强度,其中,E为电子束强度,D为涂层总厚度,v为电子加速器传动车速,U为辐射电压,G为电子束辐射剂量,I为束流,t为电子束辐射固化时间。
2.根据权利要求1所述的强度渐变的电子束辐射涂料固化工艺,其特征在于,电子束辐射固化过程中,所述的真空度为10-1-10-5bar,所述的氮气环境下氮气浓度为100-500mg/L,所述的固化温度5-40℃。
3.根据权利要求1或2所述的强度渐变的电子束辐射涂料固化工艺,其特征在于,所述的辐射电压U为100-1200KeV,所述的电子束剂量G为15-150KGy,所述的束流I为80-200mA,所述的电子加速器传动车速v为50-1000m/min,所述的涂层总厚度D为100μm-500μm。
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