涂料、粘合剂与密封剂业务单元
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紫外光固化涂料基础知识介绍
Wendy Yu 2007/09
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Drying / Curing of Coatings
days / hours
outdoor temperature decorative paint
hours / minutes
1 h roomtemperatur
up to 15 min. 180°C
drying by heat
UV- or electronbeam
curing
seconds/
milliseconds
electromagnetic radiation
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UV raw materials:
Acrylate Monomer
Epoxy Acrylate
Urethane Acrylate
Polyester Acrylate
Polyether Acrylate
Others
Coatings
Inks
Adhesive
P.
R.
I.C.
LCD
PCB
Dry Film
Wet Film
LPSM
Color Filter
Screen print
Offset Ink
Flexo
Gravure
Lithography
Others
DVD bonding
Electronics
Glass
Optical Fiber
Ink Jet Printing
………..
Wood
Plastic
Metal
OPV
Application
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Global Coatings’ Trend (in kt)
1147.56.54.53.5UV cure
1502017.5128Powder
6122.519.91614Waterborne
1001715.5108.5Electrophoresis
-328.5101212.5High N.V.
-8271530.539.5Low N.V.
Increasings2010200520001995Coatings (%)
N.V. : non volatile
Source: a chinese coatings magazine (2002)
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Cost Benchmark (rough estimation)
Coatings systems in industrial furniture production
129
81
66
45
62
94
100
134
0 20 40 60 80 100 120 140
PUD-UV WB
PU 2K WB
UA (b)
UA (a)
UP-UV
PU 2K SB
PU 1K SB
NC
Price/ soilds of 120 g/m2
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内容简介
一光化学基础 光谱能量分布
光源和辐照装置
二紫外光固化涂料 紫外光固化机理
氧阻聚影响
紫外光固化涂料特点
紫外光固化涂料的基本组成
三紫外光固化原材料
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一 光化学基础
1 光谱能量分布
2 光源和辐照装置
o光源的分类
o辐照装置
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1 光谱能量分布
UV-A
用于较厚漆膜的固化。
UV-A
用于较厚漆膜的固化。
X射线
200nm
UV-B
支持并保持引发反应,由于波长较
长可确保较好的固化效果。
UV-B
支持并保持引发反应,由于波长较
长可确保较好的固化效果。
UV-C
在印刷油墨聚合作用过程中可见,
在完全固化后消失不见。
UV-C
在印刷油墨聚合作用过程中可见,
在完全固化后消失不见。
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2光源和辐照装置
光源分类:
汞弧灯
无极灯
在光固化体系中,化学反应所需要的能量来自于光源。
光源的种类必须与光化学反应所需波长匹配。
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汞弧灯的通用MATCH_
word
word文档格式规范word作业纸小票打印word模板word简历模板免费word简历
_1716184742932_0
• 汞蒸气压为1 至 2个大气
• 常用的起始气体为氩气
• 钍电子发射材料
• 灯的输出功率达到每英寸800瓦
– (瓦特/英寸 x 1/长度)
• 通常灯管长度为90英寸
• 灯的使用寿命: 保证1000小时
• 汞 (Hg)光谱分布图
– 可以附加灯管
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汞弧灯的分类
特点使用寿命主要发射波长汞蒸气压力
电极与灯管工作温
度很高,需要不断
冷却, 使用寿命短
75-100h提供最强的紫
外和可见光
105--106Pa高压汞灯
发射的谱线波长范
围较宽并有重叠,
使用寿命较长,目
前广泛使用中
1000-1500h365nm
313nm
303nm
105Pa中压汞灯
功率较小,发射波
长很短,易产生臭
氧,污染环境,在
光固化中较少使用
200-400h185nm
254nm
10--100Pa低压汞灯
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中压汞灯结构图
钼连接片
钨电极
汞 惰性气体
陶瓷绝缘石英管
接线端
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无极灯的通用标准
• 微波激活
• 多灯管的输出功率可达每英寸600瓦
– 与长度无关
• 标准
设计
领导形象设计圆作业设计ao工艺污水处理厂设计附属工程施工组织设计清扫机器人结构设计
: 6” and 10”宽
• 灯管的使用寿命: 保证达到 8000 小时
• 可快速启动,关灯后可立即从新启动
• 光谱分布范围广,可更好的配合光化
学反应
• 超长时间工作输出功率稳定
• 超长时间工作输出波长稳定
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微波激发的无极灯泡
磁电管
波导
天线
反射镜
灯泡 屏幕 后向反射镜
耦合
冷却孔
磁电管散热片
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Fusion 公司无极灯
Fusion针对光固化需求,开发了不同发射光谱的无极灯
辐
射
输
出
-
瓦
特
波长(nm) 波长(nm)
辐
射
输
出
-
瓦
特
辐
射
输
出
-
瓦
特
波长(nm)
辐
射
输
出
-
瓦
特
波长(nm)
D-Bulb = iron H-Bulb = mercury
Q-Bulb = iridium V-Bulb = gallium
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两种反射器的示意图
椭圆形抛物面形
反射器的作用是提高光源的使用率,使绝大部分的光能都能达到被辐照物,
同时还具有使光束聚焦或均匀分布的功能
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二紫外光固化涂料
o紫外光固化机理
o氧阻聚影响
o紫外光固化涂料特点
o紫外光固化涂料的基本组成
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紫外线固化步骤
+
紫外辐射
不饱和丙烯酸树脂 光引发剂
自由基••紫外辐射激发光引发剂,
自由基随时可打开丙烯酸双建
聚合作用分子相互键合
硬化树脂完成
n
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UV-Systems based on Urethane acrylates
Comparison to 2K-PUR Systems
1) Thermal Curing
2) UV Curing
R
N
OO
R
O
O
N
OO
R
O
O
R
N
OO
R
O
O
N
OO
R
O
O
H
H
H
H
UV
Polyacrylate
Polyacrylate
Urethanacrylate Polyurethane
R
N
OO
R
O
O
N
OO
R
O
O
R
N=C=O
N=C=O
R
O
O
OH
R
O
O
OH
H
H
RT-150°C
Polyacrylate
Polyacrylate
Polyacrylate
Polyacrylate
+
Polyisocyanate Polyacrylate Polyurethane
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3 紫外光固化涂料的特点
优点:
– 固化极其快速(按秒计)-产率高
– 固化单位小
– 不需要热烘烤 (所需能量少)
– 应用范围广 (喷射、流动、切割、滚压、旋压)
– 配方范围广(100%的固体、水性、高固化) - “绿色技
术”
– 单组分体系 (无需考虑使用期限)
– 性能卓越
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紫外光固化涂料的特点
局限性:
– 3D适宜性限制
– 无法在阴影区进行固化
– 缺乏柔韧性
– 固化时会产生收缩
– 对于一些基材附着困难
– 某些原材料具有刺激性/光敏性
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4 紫外光固化涂料的基本组成
配方
o低聚物
o活性稀释剂(单体)
o光引发剂
o添加剂
o填料/颜料
作用
o提供漆膜基本物性
o用于调节涂料黏度
o产生引发聚合的自由基
o调节涂料附着,流平等性能
o调节漆膜色彩与打磨等性能
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氧阻聚影响
LS
298
9
LS
222
0
LS
230
8
LS
225
8
LS
226
5
S 2
298
/1
LS
226
6
S 2
299
S 2
110
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
110
120
130
LL L
normal air 0.5 % oxygene 1 UV lamp, mercury , 80 W / cm
Formulation FWO 3541: resin as supplied, diluted with HDDA. Ratio resin/ reactive thinner 1:1, 3 % Irgacure 184
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2000
2500
3000
3500
4000
4500
5000
75 60 50 40
C
y
c
l
e
s
/
1
0
0
µ
m
G
r
i
t
f
e
e
d
e
r
,
l
o
a
d
1
0
N
/
w
h
e
e
l
Desmolux UA LS 2989 basis resin % b.w.
Form supplied Application viscosity ca. 2000 mPas
Reduction of properties
with increased amount of reactive thinner, e.g. abrasion resistance
Grit feeder
4,900
2,800
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Desmolux U100 in combination with LS 2265
Performance of viscosity and hardness dependend on product blend
2,5 % lrg. 184, 120µm, 5 m / min, 1 Hg- lamp (80 W / cm
0
1000
2000
3000
4000
5000
6000
7000
0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100
0
20
40
60
80
100
120
140
Desmolux U100
P
e
n
d
u
l
u
m
h
a
r
d
n
e
s
s
i
n
s
e
c
V
i
s
c
o
s
i
t
y
a
t
2
3
°
C
i
n
m
P
a
s
pbw. % Desmolux UA VP LS 2265
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Desmolux UA VP LS 2265 in combination with
Desmolux U100 and LS 2266
Performance of viscosity and hardness dependend on product blend
2,5 % lrg. 184, 120µm, 5 m / min, 1 Hg- lamp (80 W / cm
0
1000
2000
3000
4000
5000
6000
7000
0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100
0
20
40
60
80
100
120
140
0
1000
2000
3000
4000
5000
6000
7000
0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100
0
20
40
60
80
100
120
140
Desmolux U100 Desmolux UA VP LS 2266
P
e
n
d
u
l
u
m
h
a
r
d
n
e
s
s
i
n
s
e
c
V
i
s
c
o
s
i
t
y
a
t
2
3
°
C
i
n
m
P
a
s
pbw. % Desmolux UA VP LS 2265 pbw. % Desmolux UA VP LS 2265
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Thinnability of Desmolux U100 and U375H with HDDA and TPGDA
pbw reactive thinner
pbw reactive thinner
UV reactivty
30 µm DFT
V
i
s
c
o
s
i
t
y
2
3
°
C
i
n
m
P
a
s
B
e
l
t
s
p
e
e
d
i
n
m
/
m
i
n Pendulum hardness
5 m / min, 120 µm DFT
P
e
n
d
u
l
u
m
H
a
r
d
n
e
s
s
i
n
s
0
2000
4000
6000
8000
10000
0 10 20 30 40 50
0
10
20
30
40
0 10 20 30 40 50
10
30
50
70
90
0 10 20 30 40 50
Curing condition:
2,5 % Photoinitiator Irgacure 184
1 UV lamp (mercury, 80 W / cm)
Viscosity Desmolux U100 TPGDA
DesmoluxU100 HDDA
Desmolux U 375H TPGDA
Desmolux U375H HDDA
pbw reactive thinner
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低聚物生命周期和市场份额
发展 增长 顶峰 下降
在苯乙烯中的
不饱和聚酯
不饱和丙烯酸
阳离子光固
化树脂
紫外水性材料
紫外光粉末树脂
在活性稀释剂中的不饱和聚酯
目前市场上使用的低聚物主要是不饱和丙烯酸酯为主
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不饱和丙烯酸树脂的类型
O C N
O H
O
PU 树脂
O CH CH CH O
O
2 2
脂肪烃/芳香烃
饱和聚酯
支链
O聚氨酯丙烯酸酯:
环氧丙烯酸酯:
OH
O
聚酯丙烯酸酯:
O
聚醚支链O
O
聚醚丙烯酸酯:
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Properties of Different UV Systems
Hardness
Elast icity
Toughness
Abrasion resistance
Adhesion
Viscosity range
Chemical resistance
React ivity
Epoxy acrylate Polyester acrylate Polyether acrylate Urethane acrylate
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Application possibilities with urethane acrylates
Monocure
Polyurethane
acrylates
Powder Dual cure
Waterborne
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Product range of Desmolux UA
Desmolux UA VP LS 2220
Desmolux UA VP LS 2308
Desmolux UA U 375 H
Desmolux UA XP 2609
Desmolux UA XP 2491
Desmolux B175X
Desmolux UA VP LS 2220
Desmolux UA VP LS 2308
Desmolux UA U 375 H
Desmolux UA XP 2609
Desmolux UA XP 2491
Desmolux B175X
Urethane-acrylateUrethane-acrylate
with reactive thinnerwith reactive thinner
Desmolux UA U 100*
Desmolux UA XP 2587*
Desmolux UA VP LS 2265
Desmolux UA U 200
Desmolux UA XP 2513
Desmolux LP WDJ 4529
Desmolux U 400
Desmolux 2614
Desmolux 2666
Desmolux UA U 100*
Desmolux UA XP 2587*
Desmolux UA VP LS 2265
Desmolux UA U 200
Desmolux UA XP 2513
Desmolux LP WDJ 4529
Desmolux U 400
Desmolux 2614
Desmolux 2666
100%100%
Desmolux UA VP LS 2337
Desmolux UA VP LS 2396
Desmolux UA XP 2510
Desmolux UA VP LS 2337
Desmolux UA VP LS 2396
Desmolux UA XP 2510
with NCO groupswith NCO groups
Desmolux UA VP LS 2110
Desmolux UA VP LS 2381
Desmolux UA XP 2490
Desmolux UA VP LS 2110
Desmolux UA VP LS 2381
Desmolux UA XP 2490
with reactiv thinnerwith reactiv thinner
Desmolux UA VP LS 2266Desmolux UA VP LS 2266 Desmolux UA VP LS 2299Desmolux UA VP LS 2299
100%100%
Polyether-acrylatePolyether-acrylateUnsaturated polyesterUnsaturated polyester
100%100%Epoxy-acrylateEpoxy-acrylate
*Water soluble oligomer
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UV Curable Polyurethane Dispersions
O
O
O O N
H
O
ON
H
O
CH3 COO-O
O
ON
H
O
O N
H
O
O
n
Diisocyanates
Hydrophilic group
(ionic / non-ionic)
Diols:
monomeric, e.g. hexanediol
polymeric, e.g. polyester
Polyester acrylate /
Epoxy acrylate /
Polyether acrylate / etc. …
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BayhydrolBayhydrol® ® UV UV Polyurethane Dispersions
HO
ONC
NCO
Polyisocyanate
UV light
NCO/ OH reaction*
NCO/ OH reaction**
OH
OH
MW > 200.000
MW = ∞
UV curable PU dispersion
Fully cured PU coating
HO
OH
OH
OH
Polyol
ONC
NCO
Polyisocyanate UV curable Polyol
2K Polyurethane Coating:
UV curable PU dispersion:
* NCO/ OH reaction on the substrate, after application
** NCO/ OH reaction during production of PU dispersion, before application
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WaterBorne Dispersions Film Forming
Water
Evaporation
Filmazione di un legante monocomponente all’acqua
Further water
evaporation
--->Particle
deformation
---->Coalescence
Tightly packed
polymer particles
26% water remains
New applied film
“Glas” Spheres
dispersed in water
40% Solids
Dry Film
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WaterBorne UV Dispersions Film Forming
New applied film
“Glas” Spheres
dispersed in water
40% Solids
Water
Evaporation
Tightly packed
polymer particles
26% water remains
--->Particle
deformation
---->Coalescence
Dry Film
UV
Irradiation
UV-Cured
Film
Filmazione di un legante UV all’acqua
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颜料润湿 :
LS 2280
物理干燥快
XP 2629
耐化学性
LS 2317
湿膜透明
纳米分散体
UV 2282
All Round Use
Standard Resin
XP 2420
XP 2661
出色的耐候性
柔韧性
塑料上附着力好 ( PVC )
LS 2348
出色的木纹显映性
附着力好
Bayhydrol® UV
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表
关于同志近三年现实表现材料材料类招标技术评分表图表与交易pdf视力表打印pdf用图表说话 pdf
层固化/清漆用光引发剂
化学类型 产品名称 结构
二苯甲酮
Benzophenone
Genocure BP
C
O
α-羟烷基苯酮 Darocur 1173 Irgacure184
C C OH
O CH3
CH3
苯甲酰甲酸酯 Genocure MBF C C CH3O
O O
二甲基苯偶酰缩酮 l
Irgacure 651
Genocure BDK
Lucirin BDK O
O
C C
O
CH3
CH3
涂料、密封剂和粘合剂业务单元
EMEA营销 • Radcure • 2004年2月 • 第46页
拜耳材料科技拜耳材料科技
深层固化/有色体系用光引发剂
化学类型 产品名称 结构
α--胺烷基苯酮
Irgacure369
Irgacure907
双苯甲酰基苯基氧化
膦 (BAPO)
Irgacure 819
异丙基硫杂蒽酮 ITX
酰基膦氧化物 Lucirin TPO C P
O O
C
O
S
CH3
N O
CH3
CH3
N C
O
N
CH3
CH3
CH3
O
涂料、密封剂和粘合剂业务单元
EMEA营销 • Radcure • 2004年2月 • 第47页
拜耳材料科技拜耳材料科技
Penetration of UV in pigmented systems
Short λ light
(< 300 nm)
Mid UV λ light
(340-360 nm)
Long λ light
(> 380 nm)
184
184
184
184
184
184
819 369
369
369
369
369
369
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819
819
819
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819
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184
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369
369
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819
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369
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369
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819
819
819
819
819
819
184
184
Short l light penetrates at or just below the air/liquid interface ® IRGACURE 184
Medium l light penetrates through midway into typical coatings ® IRGACURE 369
Longer l light penetrates deeper and more to the bottom of the coatings® IRGACURE 819
涂料、密封剂和粘合剂业务单元
EMEA营销 • Radcure • 2004年2月 • 第48页
拜耳材料科技拜耳材料科技
CIBA SPECIALTY CHEMICALS
IMAGING AND COATING ADDITIVES
MC IMAGING IRGACURE® and DAROCUR® are Trademarks of Ciba Specialty Chemicals Inc.
Long wavelength Light penetrates more effectively:
• into pigmented Inks
• into thick Films
Why long wavelength Absorption?
Bis Acyl Phosphine Oxides (BAPO)Bis Acyl Phosphine Oxides (BAPO)
涂料、密封剂和粘合剂业务单元
EMEA营销 • Radcure • 2004年2月 • 第49页
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几种引发剂的吸收光谱
% Absorption
% Transmission (TiO2)
100
50
300 nm 400 nm 500 nm
C CH
O
O
CH CH3CH3
C C
O
OCH3CH3O
C C
O
CH3OH
CH3
C P
O
O
CH3
CH3
CH3
a)
b)
c)
d)
TiO2 (Rutil)
d
c
b
a
a = Benzoinether b = Irgacure 651 c = Darocur 1173 d = Lucirin TPO
吸收
传输(TiO2)
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EMEA营销 • Radcure • 2004年2月 • 第50页
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Penetration of UV in pigmented systems