粉末涂料用加速劑在UV固化和IR固化粉末涂料中的應(yīng)用前景
粉末涂料用加速劑在UV固化和IR固化粉末涂料中的應(yīng)用前景
一、前言：從“烤面包”說起
你有沒有想過，我們?nèi)粘Ｉ钪兴姷降哪切╊伾r艷、表面光滑的金屬家具、汽車零件、電器外殼，它們的涂層是怎么形成的？其實啊，這些漂亮的外表背后，藏著一門高科技——粉末涂料。它不像傳統(tǒng)的液體涂料那樣需要用溶劑稀釋，而是直接以粉末形式噴涂到物體表面，再通過加熱使其熔融流平并固化成膜。
聽起來是不是有點像“烤面包”？沒錯，只不過這個“面包”是金屬做的，而我們的“烤箱”則是紫外線（UV）或紅外線（IR）燈管。
近年來，隨著環(huán)保法規(guī)日益嚴(yán)格和能源效率要求不斷提高，UV和IR固化的粉末涂料逐漸成為行業(yè)新寵。而在其中扮演關(guān)鍵角色的，就是我們要講的主角——粉末涂料用加速劑。
二、什么是粉末涂料用加速劑？
簡單來說，加速劑就像是化學(xué)反應(yīng)的“催化劑”，它的作用是在不改變反應(yīng)終產(chǎn)物的前提下，加快反應(yīng)速度。在粉末涂料中，尤其是在UV和IR固化體系中，加速劑的作用尤為關(guān)鍵。
1. UV固化體系中的加速劑
UV固化依賴的是光引發(fā)劑吸收紫外光后產(chǎn)生活性自由基或陽離子，從而引發(fā)樹脂交聯(lián)固化。然而，在某些情況下，光引發(fā)劑的活性可能不足，或者光照強度不夠，這時候就需要加入加速劑來“推一把”。
常見的UV加速劑包括：
- 胺類助引發(fā)劑（如EDB）
- 硫醇類化合物
- 氧化膦類化合物
2. IR固化體系中的加速劑
IR固化主要依靠紅外輻射加熱粉末使其熔融并發(fā)生熱引發(fā)反應(yīng)。此時的加速劑更像是“熱敏助推器”，可以降低反應(yīng)活化能，使固化過程更快更徹底。
常用的IR加速劑有：
- 有機錫類催化劑（如T-9）
- 胺類促進(jìn)劑
- 多官能團環(huán)氧促進(jìn)劑
三、加速劑在UV/IR固化中的作用機制
雖然UV和IR固化方式不同，但加速劑的作用機制大致可分為以下幾類：
- 有機錫類催化劑（如T-9）
- 胺類促進(jìn)劑
- 多官能團環(huán)氧促進(jìn)劑
三、加速劑在UV/IR固化中的作用機制
雖然UV和IR固化方式不同，但加速劑的作用機制大致可分為以下幾類：
| 類型 | 作用機制 | 典型應(yīng)用場景 |
|---|---|---|
| 自由基增強型 | 提高自由基生成效率 | UV固化清漆、罩光漆 |
| 陽離子協(xié)同型 | 協(xié)同陽離子引發(fā)體系 | 陽離子UV固化系統(tǒng) |
| 熱催化型 | 降低熱引發(fā)活化能 | IR固化厚涂層、復(fù)雜工件 |
| 流動改性型 | 改善熔融流動性 | IR固化初期階段 |
四、加速劑的優(yōu)勢與挑戰(zhàn)
1. 優(yōu)勢
- 縮短固化時間：特別是在低溫或低能量光源下效果顯著。
- 提高固化度：減少未反應(yīng)殘留物，提升涂層性能。
- 節(jié)能高效：減少能耗，符合綠色制造趨勢。
- 改善涂層性能：如附著力、硬度、耐候性等。
2. 挑戰(zhàn)
- 成本較高：部分高性能加速劑價格昂貴。
- 相容性問題：部分加速劑易與樹脂或其他組分發(fā)生不良反應(yīng)。
- 氣味問題：某些胺類加速劑會帶來刺激性氣味。
- 儲存穩(wěn)定性差：尤其在高溫高濕環(huán)境下容易失效。
五、市場主流加速劑產(chǎn)品及參數(shù)對比
為了讓大家對加速劑有一個更直觀的認(rèn)識，我整理了幾款市面上比較常見的加速劑及其基本參數(shù)：
| 產(chǎn)品名稱 | 化學(xué)類型 | 推薦用量（%） | 特點 | 應(yīng)用場景 |
|---|---|---|---|---|
| EDB（乙基二甲氨基苯甲酸酯） | 胺類 | 0.5~3 | 提高自由基效率，適用于大多數(shù)UV體系 | 家電、電子元件涂層 |
| ITX（異丙基硫雜蒽酮） | 光敏劑 | 1~5 | 需配合叔胺使用，提高固化深度 | 厚涂層、木紋轉(zhuǎn)印 |
| T-9（二月桂酸二丁基錫） | 有機錫類 | 0.1~0.5 | 熱催化能力強，適用于聚酯/環(huán)氧體系 | IR固化工業(yè)設(shè)備 |
| MDEA（N-甲基二胺） | 胺類 | 0.2~2 | 改善附著力和流平性 | 管道、鋼結(jié)構(gòu)涂層 |
| CQ（樟腦醌） | 酮類 | 0.5~2 | 常用于牙科材料，需可見光激活 | 小型精密零件 |
六、加速劑的應(yīng)用案例分析
案例一：家電外殼UV固化涂層
某知名家電品牌采用UV固化粉末涂料生產(chǎn)冰箱外殼。由于生產(chǎn)線速度較快，傳統(tǒng)配方固化不完全，導(dǎo)致邊緣部位出現(xiàn)橘皮現(xiàn)象。加入0.8%的EDB后，固化速度提升30%，橘皮消失，光澤度提升至92°，客戶滿意度大幅上升。
案例二：管道防腐IR固化涂層
一家石油公司為提高管道內(nèi)壁防腐層的施工效率，嘗試使用IR固化粉末涂料。但因環(huán)境溫度較低，涂層固化不充分。添加0.3%的T-9后，固化時間從原來的6分鐘縮短至4分鐘，且附著力提升至ASTM B449標(biāo)準(zhǔn)等級。
七、未來發(fā)展趨勢
隨著科技的進(jìn)步和市場需求的變化，粉末涂料用加速劑的發(fā)展也呈現(xiàn)出以下幾個方向：
- 綠色環(huán)保化：開發(fā)無毒、低VOC甚至零VOC的新型加速劑；
- 多功能化：將加速功能與其他性能（如抗菌、防霉、導(dǎo)電）結(jié)合；
- 智能化響應(yīng)：根據(jù)光照強度、溫度變化自動調(diào)節(jié)反應(yīng)速率；
- 納米技術(shù)引入：利用納米粒子提高加速劑分散性和穩(wěn)定性；
- 定制化服務(wù)：針對不同工藝條件提供個性化解決方案。
八、結(jié)語：讓涂層跑得更快一點
如果說粉末涂料是一輛賽車，那么加速劑就是它的渦輪增壓器。沒有它，車也能開；有了它，就能飆出更快的速度、更穩(wěn)的操控、更持久的耐力。
無論是UV還是IR固化體系，加速劑都在默默發(fā)揮著不可替代的作用。未來的粉末涂料世界，注定是一個更加智能、高效、綠色的世界，而加速劑正是這場變革背后的“隱形英雄”。
參考文獻(xiàn)
以下列出國內(nèi)外相關(guān)領(lǐng)域的權(quán)威研究成果，供有興趣的讀者進(jìn)一步查閱：
- Pappas, S. P., & Stannett, V. (1992). Photoinitiation, Photopolymerization, and Photocuring: Fundamentals and Applications. Hanser Gardner Publications.
- Fouassier, J. P. (2009). Photoinitiators for Free Radical and Cationic Polymerization. John Wiley & Sons.
- 李建軍, 張曉峰. (2020). "UV固化粉末涂料的研究進(jìn)展".《現(xiàn)代涂料與涂裝》, 23(6), 45–50.
- 王立新, 劉志強. (2021). "紅外固化粉末涂料的技術(shù)現(xiàn)狀與發(fā)展".《中國涂料》, 36(4), 28–33.
- Xia, H., & Wang, X. (2018). "Recent advances in UV-curable powder coatings: A review." Progress in Organic Coatings, 115, 117–128.
- Li, Y., et al. (2022). "Effect of Accelerators on the Curing Behavior and Properties of IR-Cured Polyester-Epoxy Powder Coatings." Journal of Coatings Technology and Research, 19(3), 675–684.
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聚氨酯防水涂料催化劑目錄
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NT CAT 680 凝膠型催化劑，是一種環(huán)保型金屬復(fù)合催化劑，不含RoHS所限制的多溴聯(lián)、多溴二醚、鉛、汞、鎘等、辛基錫、丁基錫、基錫等九類有機錫化合物，適用于聚氨酯皮革、涂料、膠黏劑以及硅橡膠等。
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NT CAT C-14 廣泛應(yīng)用于聚氨酯泡沫、彈性體、膠黏劑、密封膠和室溫固化有機硅體系；
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NT CAT C-15 適用于芳香族異氰酸酯雙組份聚氨酯膠黏劑體系，中等催化活性，比A-14活性低；
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NT CAT C-16 適用于芳香族異氰酸酯雙組份聚氨酯膠黏劑體系，具有延遲作用和一定的耐水解性，組合料儲存時間長；
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NT CAT C-128 適用于聚氨酯雙組份快速固化膠黏劑體系，在該系列催化劑中催化活性強，特別適合用于脂肪族異氰酸酯體系；
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NT CAT C-129 適用于芳香族異氰酸酯雙組份聚氨酯膠黏劑體系，具有很強的延遲效果，與水的穩(wěn)定性較強；
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NT CAT C-138 適用于芳香族異氰酸酯雙組份聚氨酯膠黏劑體系，中等催化活性，良好的流動性和耐水解性；
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NT CAT C-154 適用于脂肪族異氰酸酯雙組份聚氨酯膠黏劑體系，具有延遲作用；
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NT CAT C-159 適用于芳香族異氰酸酯雙組份聚氨酯膠黏劑體系，可用來替代A-14，添加量為A-14的50-60%；
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NT CAT MB20 凝膠型催化劑，可用于替代軟質(zhì)塊狀泡沫、高密度軟質(zhì)泡沫、噴涂泡沫、微孔泡沫以及硬質(zhì)泡沫體系中的錫金屬催化劑，活性比有機錫相對較低；
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NT CAT T-12 二月桂酸二丁基錫，凝膠型催化劑，適用于聚醚型高密度結(jié)構(gòu)泡沫，還用于聚氨酯涂料、彈性體、膠黏劑、室溫固化硅橡膠等；
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NT CAT T-125 有機錫類強凝膠催化劑，與其他的二丁基錫催化劑相比，T-125催化劑對氨基甲酸酯反應(yīng)具有更高的催化活性和選擇性，而且改善了水解穩(wěn)定性，適用于硬質(zhì)聚氨酯噴涂泡沫、模塑泡沫及CASE應(yīng)用中。