今天，粉末涂料技術廣泛應用于不同材料(木材、塑料、金屬等)。這種涂料除了性能優越，其使用還具重要的生態優勢。例如，與液體油漆不同，由于不使用溶劑所以只有數量可忽略不計的揮發性有機化物(VOC)釋放到大氣中。粉末涂料通常是噴涂到制件上形成涂層并固化。于是固化或交聯過程可在爐中等溫進行(典型的在180oC)也可在低溫(例如110oC)通過紫外光進行。
用紫外光固化的優勢是對溫度靈敏的材料(如木材或塑料制品)能用高價值涂料涂層。
實際上，聯用的紅外／紫外加工線用于粉末涂料的紫外光固化。在紅外區，粉末在紅外(IR)光的作用“熔化”，在要涂層的基板上形成均一的薄膜。液態薄膜形成后在幾秒或幾分內就在紫外區固化。
目的
本應用的目的是說明DSC如何能用來研究粉末涂料的紫外光固化行為。
與紫外光固化有關的三個基本問題：
1．溫度和紫外光對固化過程有什么影響?
2．樣品必須在紫外光下曝光多久才能獲得足夠的固化交聯度?
3．固化反應的最佳參數是什么?
前兩個問題在下面部分詳述，后一點在最后的結論中討論。
樣品
研究的樣品是作為商品用作木材纖維板和碎木板表層透明底漆的粉末涂料。
條件
測試儀器：
帶光量熱附件的DSC
坩堝：無蓋40ul，鋁坩堝
樣品制備：典型的，8.5mg原料均勻地涂滿坩堝的底部，形成厚約0.8mm的一層。
DSC測試：
每例樣品在進行固化的溫度下等溫保持25min。在該時間段中，樣品對三個不同的紫外光強度之一曝光15min。
然后通過用10K／min的單獨升溫實驗測試樣品的玻璃化轉變溫度來測定固化度。
氣氛：靜態空氣
解釋 為了研究溫度和紫外光強度對固化反應的影響，用三個不同的紫外光強度在四個不同的溫度測試等溫DSC曲線。圖5.8表示在不同入射光強度下測試的DSC曲線的進程。在130oC下測試中，光在4min時開始照射，曝光持續了l5min。在0.37
mWcm-2的弱光強度下，曲線表明，固化反應在15rain后尚未完成。甚至在紫外光切斷后，反應還在繼續并逐漸停下來。
圖5.9左邊的曲線表示當粉末涂料體系在1.12mWcm-2的恒定光強下在不同溫度固化時測得的熱流。樣品在所示溫度下等溫保持25min，對紫外光曝光都為15min。反應焓表明，在這個光強水平上溫度對固化度沒有任何明顯的影響。然而，固化峰的寬度和高度在不同溫度下確實不同。在較高溫度下，最大熱流增加而峰寬下降，即固化發生較快。
圖右邊的小圖所示為在固化后立即測試的DSC升溫曲線。它表明固化后測得的玻璃化轉變溫度與溫度無關。
表5.8 所有測試的反應焓和峰溫。
|
溫度
|
水平l
0.37 mWcm一2
|
水平2
1.12 rnWcm一2
|
水平3
2.04 mWcm 2
|
|
△Hcure J/g
|
峰 Peak mW
|
△Hcure J/g
|
峰 Peak mW
|
△Hcure J/g
|
峰 Peak mW
|
|
100
|
21.6
|
0.32
|
29.2
|
0.91
|
33.9
|
1.68
|
|
110
|
24.5
|
0.37
|
29.5
|
0.95
|
33.3
|
1.70
|
|
120
|
29.9
|
0.45
|
29.5
|
1．Ol
|
34.5
|
1.85
|
|
130
|
32.4
|
0.48
|
28.7
|
1．O5
|
34．O
|
2.O0
|
所用的樣品質量在8.4至8.8mg之間。
在最低紫外光強度下反應焓隨溫度升高而增大完全是由于對達到完全固化來說時間太短了。因為活性基團的擴散隨著溫度而增加，所以在較高溫度下發生較多的轉化。這可說明由于層厚導致的反應受限，就是說，紫外光只作用在表面。
對于給定的入射紫外光強度，固化度和玻璃化轉變溫度，主要與紫外光曝光時間有關。圖5.10表示對不同曝光時間的等溫固化以及在固化后立即對樣品進行加熱測試的DSC曲線。
圖5．10的測試結果能測定紫外光固化的轉化率與相應的玻璃化轉變溫度之間的關系。轉化率等于部分固化與完全固化樣品的反應焓之比。根據表5.8和圖5.9，對l00％紫外光固化，反應焓約為30J／g，相應的玻璃化轉變溫度為71oC。
計算 對于涂料充分固化的曝光時間可借助圖5.11和圖5.12測定。對于實際應用，涂料應該具有約70
oC的玻璃化轉變溫度。根據圖5.11，這在固化度即轉化率80％時達到。圖5.12表明，曝光時間約為5min后達到該轉化率。
結論
對于這里研究的涂料體系，實驗清楚地表明，如果入射光強度足夠大，溫度對實際固化過程的影響響忽略不計。然而，溫度對未固化涂料的流動性能、因而對交聯反應中生成的涂層的均一性確實具有重要的影響。其他許多研究已經確定，110℃是粉末涂料具有最佳流動行為的溫度，接著可進行紫外光交聯。
UV—DSC實驗表明，在該溫度下用1.12mW／cm2的光強度需要大約5min來獲得足夠的交聯度。如果紫外光強度加倍，曝光時間下降至約3min。
不過紫外光曝光時間的下降有一定的限度：過高的光強度導致粉末涂料固化不完全。另一方面，過長的紫外光曝光時間引起基材表面溫度的升高，這不可避免地導致涂層較差的力學性能。
