作者：克里斯·鲍姆加特(Chris Baumgart), 美国红点涂料公司(Red Spot Paint and Varnish)
编译：润奥化工-杜鹏
双固化是一种新兴技术，它结合了典型的热固化和UV固化系统的优势。它可以提供了UV涂料的卓越耐刮擦和耐化学品性能，同时允许通过热反应来进行阴影固化。这一特性使双重固化成为汽车内饰应用的一个颇有吸引力的选择。其工艺的灵活性还允许涂装者可以对现有生产线进行调整和改造，而无需从头开始构建。
介绍
出于各种原因，许多涂装者已经避开在汽车内饰中使用UV涂料。其中最被关切问题就是，涂料是否能在缺少紫外辐射的情况下完全固化。低分子量的单体可能会留下并处于未固化状态，从而导致部件在后续处理和放气时发粘等问题。这些合理的考量，使热固化涂层从加工的角度来看，成为一个简单的选择。然而，双固化技术的新发展解决了许多这些担忧。配方技术现在能够使用多种树脂，以及树脂技术来固化涂层内的所有材料。
配方
正如“双固化”这个词的表面意思所表达的那样，该技术是UV固化和热固化树脂的结合。UV丙烯酸酯单体和低聚物、光引发剂、丙烯酸树脂和溶剂构成了基本组成。配方中还可以包括其他改性树脂和添加剂。这些原材料的组合形成了一个系统，对诸多基材具有良好附着力，同时提供无可挑剔的表面硬度，具有抗划伤和耐磨性。出于稳定性的考量，双固化系统通常为双组分的(2K)。将双固化涂料包装为单组份(1K)系统，可能会因为体系所使用固化机理的多元化而存在困难。
性能增强
双固化涂料的筛选矩阵通常分为四个范畴：附着力、抗划伤、耐化学品和耐候。热固化涂层可以具有“自修复”特性，表面的磨损和擦伤由于树脂的柔韧性而最终会消失。虽然从划痕的角度来看这是一个有利的特性，但它也使涂层容易受到各种化学试剂的攻击。UV涂料通常具有高交联度的表面，表现出优异抗划伤的刚性，但涂料较碎且易产生附着力和耐候的问题。
双固化涂层图
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图1. 双固化涂层在抗划伤和抗化学品测试中优于热固型的底涂/清漆涂层。它们在微划痕和五指划痕测试中也优于UV面漆。热固底漆/面漆的组合是双组分的溶剂型聚氨酯体系。UV面漆也是一种溶剂型聚氨酯体系。
双固化涂层可以达到图1中所有性能要求。高度交联的表面可防止化学品和湿气的侵蚀，耐磨损，并提供更好的附着力和防紫外降解。该涂层对空气清新剂和防晒霜中的刺激性化学物质具有极佳的耐受性。表面没有褶皱，变色，且重影(空气清新剂留下的轮廓)最小。耐摩牢度测试对表面的影响可以忽略不计，五指划痕显示出轻微的压痕，并不会暴露出基材。
加工工艺
双核处理路径
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图2. 双固化工艺可以采用两条不同的路径。由于快速的表面固化，在短暂溶剂挥发工段之后的UV固化，可以减少灰尘的堆积/碎屑。然后可以进行后烘烤以继续热固化(左图)。可以通过在产线末端增加紫外灯的方式，对已有的热固化产线进行改装。结果是涂装商能够使用各种涂料，而无需安装新的生产线装置(右图)。
正如有多种方法可以配制双固化涂层一样，也有多种的涂料处理工艺方式。双固化涂层只有两个加工要求：用于热固化的烘箱和用于丙烯酸酯固化的紫外灯。这使涂装者能够改造现有的涂料生产线，而无需建造新的涂料生产线。
双固化涂层通常使用两种基本方式之一进行处理：预烘烤后进行紫外固化，或紫外固化后进行后烘烤(图2)。
为热固化技术设置的涂料生产线通常有一个喷漆房，喷漆房配有用于底漆和清漆的喷枪，然后是对流或红外烘道。在烘道末端添加一排紫外灯是确保完全固化所需做的唯一一件事。这种适应性允许涂装商创建占地面积更小的新生产线，或修改现有生产线以确保满负荷生产。带有后烘烤的UV固化生产线配置提供了多种好处。紫外固化前的短暂溶剂挥发过程，可以产生不指粘的表面，同时减少了会在长时间烘烤过程中产生的灰尘积累，从而减少了废料。这种配置还可以缩短加工时间，从而降低涂装商的成本。
注意事项
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图3. 颜料会影响紫外光能量的传输。本图表明了来自颜料的对能量的阻挡和反向散射。这会干扰涂层更深层的固化。
双固化技术的最大障碍之一是调色方面的限制。大多数紫外固化系统都是透明或浅色的，因为颜色会干扰紫外固化。颜料、珍珠粉和金属薄片等，都可以通过散射紫外辐射并阻止足够的紫外线深入到涂层来抑制固化(图3)。其结果是在基材界面附近形成尚未固化的丙烯酸酯。这些有色涂料的涂层堆积程度越高，固化就越差。
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为了避开这种障碍，可以应用两种方法之一。首先，双固化涂料可以用在360-380纳米范围内吸收的光引发剂来配制。这些所谓“完全固化”光引发剂对紫外灯发出的波长更长的能量表现出反应性。更长的紫外光波可以更深渗透到涂层中，并允许在靠近基材处更好地固化。
克服固化相关问题的第二种方法是改变紫外灯的光谱输出。常规的UV涂料生产线配备有汞灯(通常称为H灯)。H灯产生波长较短的能量，适用于固化薄且无色的涂层。D灯(掺铁)和V灯(掺镓)产生更长波长的能量，特别适合固化厚涂层或有色涂层。为了获得更完全的固化，可以使用D灯或V灯，甚至是H、D和V灯的组合。提供合适的能谱对于实现完全固化至关重要。
另一个潜在的挑战是多种固化机制之间的干扰。根据加工工艺，双固化涂层可能会经历更彻底的紫外固化或热固化，具体取决于涂层何时接受热量或紫外辐射。无论哪种方式，当有利于其中一种固化机制的反应时，就可能同时会锁定另一条分子链中未反应的材料，从根本上终止任何未来的链增长。这种固化不完全会导致性能问题。残留的物质会导致放气现象(未反应成分的挥发)。它还可能导致过早的附着力失效。必须仔细对配方和加工工艺进行平衡，从而提供充足的热固化和紫外固化。
结论
双固化技术的进步为特种需要的涂料打开了大门，这些涂料能够为频繁使用部件提供卓越的耐刮擦性、耐化学品和防潮性，同时允许有色体系的完全固化。这种两次固化的连环出击，提供了更广的加工处理范围，可以顺应大多数涂料生产线的需求。这些发展将继续推动更小占用空间的生产线、更低的能源和材料输出，并最终以更低的成本来提高性能。
编译者简介 PROFILE
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杜鹏，四川大学高分子硕士，香港科技大学MBA，曾在德国WHU商学院及墨西哥IPADE商学院学习。从事光固化行业20余年，曾先后在全球最领先的两家光固化企业任职，从事技术、销售和管理工作。常在各种国际国内的会议和论坛上作报告，并为在校大学生讲解光固化课程。发表光固化相关微信原创文章近千篇。现任润奥化工董事长。马拉松和铁人三项运动选手。
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