紫外光固化抗菌耐污清面涂料的研究與應用

胡石成，王金歡，李冠來

（1.上海展辰涂料有限公司，上海 201700；2.浙江圣奧有限公司，浙江杭州 311200）

0 引言

紫外光固化涂料的固化機理是涂料中的光引發劑吸收紫外光而分解成自由基或離子，引發低聚物進行聚合、接技、交聯等化學反應后達到固化成連續的涂膜。它可廣泛應用在家具、櫥柜、地板木門等涂裝領域。隨著涂料技術的高質量發展和人們對美好生活的向往，消費者希望家具既能經久耐用，又具有抗菌性和耐沾污的效果。雖然市面上的紫外光固化涂料具有硬度、交聯密度高，耐污等優點，但是少有兼顧良好的抗菌性和耐沾污功能。為此，通過采用特殊的光引發劑和抗菌劑、經特殊處理的硬質填料以及合理搭配的配方體系，研制了一款紫外光固化抗菌耐污清面涂料，只需輥涂一道，就可實現快速干燥，且具有抗菌性、耐污性，能滿足機械化施工程度較高的木地板、家裝公司的生產要求，既保證了涂裝效果，又節省了涂裝成本。

1 試驗部分

1.1 原材料

主體樹脂：改性環氧丙烯酸酯樹脂HM302，江蘇坤隆新材料有限公司；改性環氧丙烯酸酯樹脂S5325，珠海展辰新材料股份有限公司；九官能度脂肪族聚氨酯樹脂3910，廣東中山科田化工有限公司；九官能度脂肪族聚氨酯樹脂ZC6590，廣東開平姿彩新材料有限公司；氟改性樹脂（L6905A、L6905C），廣東東莞藍柯路新材料有限公司。

單體：二丙二醇二丙烯酸酯（DPGDA）、1.6-已二醇二丙烯酸酯（HDDA），江蘇三木化工股份有限公司。

粉料：RAD2105 改性二氧化硅，美國格雷斯公司；三氧化二鋁（30 μm、5 μm），山東濟南魯信化工有限公司。

助劑：抗污劑TEGO450、消泡劑TEGO920、氣相二氧化硅R972，贏創德固賽（中國）投資有限公司；抗菌劑PT100，南京天詩新材料科技有限公司；分散劑BYK2009，德國畢克公司；光引發劑1173、光引發劑TPO，天津久日新材料股份有限公司；胺類助引發劑RY4103，江蘇瑞陽化工股份有限公司。

1.2 實驗儀器及設備

環保木器實驗室用變頻分散機、刮板細度計、黏度計，上?，F代環境工程有限公司；恒溫恒濕箱，上海一恒科學儀器有限公司；電子分析天平計量器，上海精密儀器儀表有限公司；UV 輥涂機、UV 光固化機，臺灣豐巧機械（昆山）有限公司；制冷加熱一體機，廣東省東莞市廣聲試驗設備有限公司。

1.3 紫外光固化抗菌耐污清面涂料的制備工藝

紫外光固化抗菌耐污清面涂料的基礎配方見表1。

表1 紫外光固化抗菌耐污清面涂料的基礎配方Table 1 Basic formula of UV-cured antibacterial and antifouling clear topcoat

紫外光固化抗菌耐污清面涂料的制備工藝：根據表1 配方，在干凈的容器里緩慢加入1～5，然后放入變頻分散機中，中速攪拌10 min 至混合均勻；邊攪拌邊依次加入原材料6～10，中速分散10 min，至混合均勻；在低速攪拌下，加入物料11～13，再高速分散30 min；進行成品細度檢測，控制細度≤30 μm；在低速攪拌時加入原材料14，中速分散10 min。最后獲得樣漆，備用。

1.4 性能檢測指標及檢測方法

在做好底漆的硅酸鈣板（40 cm×60 cm）上，采用輥涂機（臺灣豐巧FC-W2-CR-AHH）對樣漆進行涂裝，面漆流平8 s 后固化，依據相關標準進行檢測，涂料相關性能檢測指標見表2。

表2 涂料性能檢測指標Table 2 The performance test index of the coatings

2 結果與討論

2.1 樹脂的選擇

4 種樹脂的性能參數見表3。

表3 4 種樹脂的性能參數Table 3 Performance parameters of four types of resins

按照紫外光固化抗菌耐污清面涂料的基礎配方（表1），在其他原材料添加量不變的基礎上，制定了4 種樹脂——1#、2#、3#、4#的搭配方案，如表4 所示。不同樹脂的搭配方案對涂料性能的影響見表5。

表4 4 種樹脂的搭配方案Table 4 Matching schemes of four types of resins

九官能度脂肪聚氨酯樹脂固化速度快，成膜硬度高，超耐磨，如果將其作為成膜物質單獨使用，漆膜交聯度較大，會導致漆膜偏硬偏脆，附著力等不良現象；改性環氧丙烯酯兼顧丙烯酸的快干和漆膜硬度以及對粉料很好的分散性，性價比高，且具有良好的柔韌性。因此將改性環氧丙烯酸酯樹脂和九官能脂肪族聚氨酯樹脂互配使用來滿足產品性能和產品施工的要求。由表5 可見，1#方案和2#方案的涂料物性指標較好，但1#方案涂料表觀黏度偏大，施工的寬容性欠佳，不利于涂布量的控制，故選擇2#方案——50 %改性環氧丙烯酸酯樹脂HM302 和50 %九官能度脂肪族聚氨酯樹脂3910。

2.2 單體的選擇

由于紫外光固化抗菌耐污清面涂料應具有良好的流平性，所以在使用高黏度樹脂時，需要配合使用低黏度的單體來降低黏度。三官或以上的單體降低體系黏度效果差，用以輔助主樹脂提供更好的交聯密度，二丙二醇二丙烯酸酯（DPGDA）較三丙二醇二丙烯酸酯（TPGDA）的支鏈少，稀釋能力更強。1，6-己二醇二丙烯酸酯（HDDA）有一定的消光能力，可以減少啞粉的使用量，從而提高施工時的流動性，有利于更好的循環使用。

根據篩選好樹脂（2#方案），按照表1 的基礎配方，除單體外，其他原料的種類和添加量保持一致，進行單體的篩選試驗。3 種單體的搭配方案見表6，不同單體的搭配方案對涂料性能的影響見表7。

表6 3 種單體的搭配方案Table 6 Matching schemes of three kinds of monomers

表7 不同單體的搭配方案對涂料性能的影響Table 7 The effects of different monomer matching schemes on the coatings’ performances

由表7 可知，5#方案綜合性能最優，即14 %二丙二醇二丙烯酸酯（DPGDA）、5 %三丙二醇二丙烯酸酯（TPGDA）、4 % 1，6-己二醇二丙烯酸酯（HDDA）互配使用，可使體系得到良好流平性和施工黏度。

2.3 硬質填料的選擇

由于紫外光固化抗菌耐污清面涂料應具有耐磨的特點，所以需要加入部分改性二氧化硅之外的硬質填料來提高耐磨程度。根據篩選好的樹脂和單體，參照表1 的基礎配方，除硬質填料外，其它原料的種類和添加量保持一致，進行硬質填料的篩選試驗。硬質填料的搭配方案見表8，不同硬質填料的搭配方案對涂料性能的影響見表9。

表8 硬質填料的搭配方案Table 8 Matching schemes of hard fillers

表9 不同硬質填料的搭配方案對涂料性能的影響Table 9 The effects of different matching schemes of hard fillers on the coatings’ performances

從上述實驗可以得出，方案9#——8 %三氧化二鋁（30 μm）和4 %三氧化二鋁（5 μm）可使涂料體系的綜合性能得到保障。傳統三氧化二鋁具有硬度高、價格適中、易添加和UV 涂料體系相容性好的優勢。粒徑越細，體系穩定性越好、漆膜越細膩；粒徑越粗，其吸油量變小，耐磨性效果提升，漆膜表面變得粗糙，耐污效果會下降，而且長時間的貯存極易出現分層或沉淀現象。所以需將二者合理搭配使用，兼顧漆膜透明性、耐磨性和耐污性。

2.4 抗菌劑的選擇

VANQUISH 100 抗菌劑是一種新型的抗菌產品，并能給予涂膜長效表面抗菌性能；ZN90 抗菌產品用于保護高分子材料產品免受細菌和霉菌的影響，能夠有效對抗大腸桿菌、金黃色葡萄球菌；PT100 抗菌劑是一種有效的聚合物防腐劑，可用于保護聚氨酯等涂料干膜。這3 種抗菌劑的抗菌效果均＞ 97 %。

根據篩選好的樹脂、單體、硬質填料，參照表1的基礎配方，除抗菌劑之外，其中其它原料的種類和添加量保持一致，對抗菌劑進行篩選試驗和測試。表10 為抗菌劑的搭配方案，表11 為不同抗菌劑搭配方案對涂料性能的影響。

表10 抗菌劑的搭配方案Table 10 Matching schemes of antibacterial agents

表11 不同抗菌劑搭配方案對涂料性能的影響Table 11 The effects of different matching schemes of antibacterial agents on the coatings’ performances

從以上實驗可以得出，方案13#的涂料綜合性能最優，使用PT100 和ZN90 抗菌劑的組合最好，可以通過歐洲ABGG 標準中的相關要求。

2.5 改性二氧化硅的選擇

為了使紫外光固化抗菌耐污清面涂料的光澤滿足市場的需求——四分光，通過使用改性二氧化硅以降低體系的光澤。另外，良好的改性二氧化硅也能輔助氣相二氧化硅達到更好的防沉效果。

根據篩選好樹脂、單體、硬質填料和抗菌劑，按照表1 的基礎配方，除改性二氧化硅外，其它原材料和添加量保持一致，進行改性二氧化硅的篩選實驗。表12 改性二氧化硅的搭配方案，表13 為不同改性二氧化硅搭配方案對涂料性能的影響。

表12 改性二氧化硅的搭配方案Table 12 Matching schemes of modified silicas

表13 不同改性二氧化硅搭配方案對涂料性能的影響Table 13 The effects of different matching schemes of modified silicas on the coatings’ performances

由表13 可見，16#方案——僅使用6 %格雷斯RAD2105作為消光體系能使整個配方體系在保證其它物性的前提下，具有更好的耐磨性和耐污性。格雷斯RAD2105 二氧化硅表面經過特殊的蠟處理，具有良好的消光作用、分散性和貯存穩定性。

2.6 氟改性樹脂的選擇

由于紫外光固化抗菌耐污清面涂料應具有耐污的特點，在使用高黏度的主樹脂同時，需要使用氟改性樹脂來降低體系的表面張力，到達更好的耐污效果。

根據篩選好樹脂、單體、硬質填料、抗菌劑和改性二氧化硅，按照表1的基礎配方，除氟改性樹脂外，其它原材料的種類和添加量保持一致，對氟改性樹脂進行篩選實驗和測試。表14為氟改性樹脂的搭配方案，表15為不同氟改性樹脂搭配方案對涂料性能的影響。

表14 氟改性樹脂的搭配方案Table 14 Matching schemes of fluorine modified resins

表15 不同氟改性樹脂搭配方案對涂料性能的影響Table 15 The effects of matching schemes of different fluorine modified resins on the coatings’ performances

由表15 可見，氟改性樹脂L6905A 具有高效的抗污、高耐磨效果，它能確保涂料的綜合性能，使體系獲得更好的耐污性和耐磨性。所以故選用20#方案——5 %氟改性樹脂L6905A。

2.7 施工涂布量的選擇

根據以上篩選好的原材料制備紫外光固化抗菌耐污清面涂料，并且在已涂覆清底漆的木板上進行施工，研究不同施工涂布量對涂料性能的影響，見表16。

表16 不同施工涂布量對涂料性能的影響Table 16 The effect of different construction coating weight on the coatings’ performances

由表16 可知，當施工涂布量為12 g/m2時，涂料的綜合性能最佳。這也滿足各個生產廠家的設備要求。涂布量過大，耐磨效果會提升，但因漆膜表面較粗糙，導致易藏污納垢，降低耐污效果；涂布量偏小，耐污效果會提升，但耐磨效果會降低。

3 結語

通過對原材料進行篩選，選擇合適的主樹脂（50 %九宮能度脂肪族聚氨酯樹脂3910、50 %改性環氧丙烯酸樹脂HM302）、單體［14 %二丙二醇二丙烯酸酯（DPGDA）、5 %三丙二醇二丙烯酸酯（TPGDA）、4 % 1，6-已二醇二丙烯酸酯（HDDA）］、硬質填料［8 %三氧化二鋁（30 μm）和4 %三氧化二鋁（5 μm）］、改性二氧化硅（6 %格雷斯RAD2105）、抗菌劑（2 %PT100 和2 % ZN90）、氟改性樹脂（5 %氟改性樹脂L6905A），從而制備出性能優異的紫外光固化抗菌耐污清面涂料，各項涂料性能指標（黏度、光澤、干燥速度、硬度、耐磨性、耐污性、抗菌性等）均滿足要求。經過輥涂設備應用測試，當施工涂布量為12 g/m2時，滿足工廠實際生產需求。