加氢石油树脂在UV光固化涂料中的流平性优化

UV光固化涂料因固化速度快、能耗低、VOC 排放少等优势，广泛应用于家具、电子、汽车等领域，但其施工过程中易因“流平不足”出现橘皮、缩孔、刷痕等缺陷，严重影响涂层外观与性能。流平性的核心是涂料在基材表面铺展、流动并消除表面不规则的能力，依赖涂料的黏度特性、表面张力及成膜过程中的流动性调控。加氢石油树脂（Hydrogenated Petroleumresin，HPR）作为一种低分子量、高相容性的热塑性树脂，可通过“黏度调节”“表面张力匹配”“成膜过程流动性调控”三重机制，优化UV光固化涂料的流平性，同时兼顾涂层的硬度、附着力等关键性能，成为解决UV涂料流平缺陷的重要功能助剂。本文从UV光固化涂料流平性的影响因素切入，系统剖析HPR的优化机制，结合应用参数确定适宜的使用方案，为高性能UV涂料的配方设计提供理论支撑。

一、UV光固化涂料流平性的核心影响因素

UV光固化涂料的流平过程分为“湿膜流动期”与“固化定型期”：湿膜流动期需涂料具备适宜的流动性，消除施工产生的表面纹理；固化定型期需涂料在流平完成后快速固化，避免过度流动导致流挂。流平性不足的本质是“流动动力无法平衡阻力”，核心影响因素包括三方面：

（一）涂料黏度与黏度随时间的变化

黏度是涂料流动的核心阻力 —— 黏度过高会导致涂料难以铺展，无法消除刷痕；黏度过低则易导致流挂，且湿膜在固化前过度流动可能产生新的表面不规则。更关键的是，UV涂料在施工后（暴露于UV光前）会因“预聚体与单体的轻微聚合”“溶剂挥发（若含活性稀释剂）”导致黏度随时间上升，若黏度上升过快，会压缩湿膜流动时间，流平不充分；若上升过慢，则可能错过良好的固化窗口，引发流挂。

（二）涂料与基材的表面张力匹配

表面张力差是涂料铺展的动力 —— 当涂料表面张力低于基材表面张力时，涂料易在基材表面自发铺展（铺展系数＞0）；反之则易收缩形成缩孔或针孔。UV涂料的表面张力主要由预聚体（如环氧丙烯酸酯、聚氨酯丙烯酸酯）与活性稀释剂（如 TMPTA、HEA）决定，多数预聚体表面张力较高（35-45 mN/m），而木材、塑料等基材表面张力较低（25-30mN/m），表面张力不匹配易导致流平缺陷。

（三）成膜过程的流动性保留

UV涂料的固化速度极快（通常几秒至几十秒），流平需在固化前完成 —— 若涂料在湿膜阶段流动性不足（如预聚体交联度高、分子链刚性强），或固化引发速度过快，会导致湿膜未充分流平即定型，表面缺陷被固化保留。此外，涂料中的颜填料（如钛白粉、炭黑）若分散不均，会形成局部高黏度区域，阻碍流动，加剧流平问题。

二、优化UV光固化涂料流平性的核心机制

HPR的分子结构（低分子量1000-5000Da、饱和烷烃主链、弱极性）与UV涂料体系（预聚体+活性稀释剂+光引发剂）具有优异相容性，可从“降低流动阻力”“调节表面张力”“延长有效流平时间”三方面协同优化流平性，且不损害涂层固化后的力学性能。

（一）黏度调控：降低流动阻力，延长有效流平时间

HPR通过“稀释增塑”与“黏度-时间曲线优化”，为涂料提供适宜的流动窗口：

降低体系黏度，减少流动阻力：HPR的低分子量特性使其可作为“内增塑剂”，嵌入UV涂料的预聚体分子链间，削弱分子链间的范德华力与氢键作用，降低涂料整体黏度。实验显示，在环氧丙烯酸酯型UV涂料中添加 5%C5基HPR（Tg=-15℃），涂料黏度（25℃，旋转黏度计测试）从 3500mPa・s 降至2200mPa・s，流动阻力显著降低，施工时刷痕可在 30秒内初步消除；而未添加HPR的涂料，黏度高导致刷痕保留时间超1分钟，最终固化后仍有明显纹理。

延缓黏度上升，延长流平窗口：UV涂料施工后，活性稀释剂的轻微自聚会导致黏度缓慢上升，HPR的饱和结构可抑制稀释剂分子的过早聚合（通过降低自由基反应活性），延缓黏度上升速率。对比实验表明，添加 8%HPR的UV涂料，施工后黏度从2000mPa・s 升至 3000mPa・s 需120秒（有效流平时间），而未添加组仅需 60秒，流平时间延长1倍，确保湿膜有充足时间消除表面不规则。

避免过度降黏，防止流挂：与传统降黏剂（如小分子酯类活性稀释剂）相比，HPR的分子链具有一定刚性（饱和烷烃主链），降黏同时可保留涂料的“假塑性”（剪切力作用下黏度降低，便于施工；剪切力消失后黏度回升，抑制流挂）。添加HPR的UV涂料，触变指数（TI = 黏度 6rpm/黏度 60rpm）从1.2 提升至1.8，施工后静置时黏度快速回升，流挂长度从 5mm 降至1mm 以下，兼顾流平与抗流挂性。

（二）表面张力调节：促进涂料铺展，消除缩孔

HPR通过“降低涂料表面张力”与“改善基材润湿性”，解决表面张力不匹配问题，促进涂料在基材表面均匀铺展：

降低涂料表面张力，提升铺展性：HPR的弱极性分子结构（饱和烷烃主链）可降低UV涂料的表面张力 —— 环氧丙烯酸酯预聚体的表面张力约 42 mN/m，添加 6%C5/C9共聚基HPR后，表面张力降至 34 mN/m，与木材基材（表面张力28 mN/m）的差值缩小，铺展系数从 0.8 提升至1.5，涂料可自发铺展形成均匀湿膜，避免收缩形成缩孔。

改善基材润湿性，消除针孔：HPR具有一定的表面活性，可吸附在涂料-基材界面，减少界面张力，促进涂料对基材表面微小凹陷（如木材纹理、塑料划痕）的浸润。未添加HPR的UV涂料在木材表面施工时，因润湿性差，微小凹陷处易形成“空气包裹”，固化后出现针孔（针孔密度约20个 /dm²）；添加HPR后，涂料可完全浸润凹陷，针孔密度降至3个 /dm² 以下，表面平整度显著提升。

抑制颜填料团聚，避免局部表面张力波动：UV涂料中的颜填料（如钛白粉）若团聚，会导致局部区域表面张力升高，引发涂料向低表面张力区域流动，形成橘皮。HPR可吸附在颜填料表面，通过空间位阻效应防止团聚（钛白粉团聚粒径从 500nm 降至200nm 以下），使涂料表面张力均匀分布（表面张力变异系数从 8% 降至 3%），消除因局部张力差异导致的流平缺陷。

（三）成膜过程流动性保留：匹配流平与固化速度

HPR通过“调节固化速率”与“增强湿膜弹性”，确保涂料在固化前完成流平，同时避免固化后表面变形：

延缓初期固化，保留流动性：HPR的饱和结构对光引发剂（如1173、TPO）的活性有轻微抑制作用，可延缓UV涂料的初期固化速率（凝胶时间从8秒延长至15 秒），为湿膜提供更长的流动时间。但HPR不影响最终固化程度（红外光谱测试显示，添加HPR的涂料 C=C 双键转化率仍达 90% 以上），确保涂层力学性能不受损。

增强湿膜弹性，消除固化收缩导致的表面缺陷：UV涂料固化过程中会因 C=C 双键聚合产生体积收缩（收缩率约 5%-8%），收缩不均易导致表面产生橘皮。HPR可作为“柔性链段”嵌入固化后的树脂网络，增强湿膜在收缩过程中的弹性（拉伸弹性模量从2500MPa 降至2000MPa），缓冲收缩应力，减少表面变形。实验显示，添加HPR的UV涂层，橘皮值（DOI 光泽仪测试）从15 降至 8，表面平整度达到镜面级（60° 光泽度提升至 95% 以上）。

改善涂层均一性，避免局部厚度差异：HPR的均匀分散性可确保涂料在流平过程中形成均一厚度的湿膜（湿膜厚度变异系数从12% 降至 5%），避免因局部厚度不均导致固化速度差异（厚膜区域固化慢，易过度流动；薄膜区域固化快，流平不足），进一步优化表面流平效果。

三、在UV光固化涂料中的应用参数优化

为最大化HPR的流平优化效果，需结合UV涂料的类型（如清漆、色漆）、基材特性（如木材、塑料）及性能需求（如硬度、附着力），优化HPR的“类型选择”“添加量”与“配方协同”。

（一）类型选择：匹配涂料体系与基材

清漆体系（如家具透明UV漆）：选择高纯度C5基HPR（色相≤1#，透光率＞95%），其低黏度、高透明性可避免影响涂层光泽，同时显著提升流平性；

色漆体系（如塑料UV色漆）：选择C5/C9共聚基HPR（Tg=0℃-10℃），其与颜填料的相容性更好，可同时优化流平性与颜填料分散性；

低表面能基材（如 PP 塑料）：选择改性HPR（如引入少量羟基的HPR），其极性略高，可进一步降低涂料表面张力（降至 30mPa・s 以下），改善对低表面能基材的润湿性。

（二）添加量控制：平衡流平性与涂层性能

HPR的添加量需控制在 3%-10%（以涂料总质量计），过量会导致涂层硬度下降，不足则流平优化效果有限：

低添加量（3%-5%）：适用于对硬度要求高、流平需求中等的场景（如地板UV漆），可提升流平性20%-30%，涂层铅笔硬度仍保持2H 以上；

中添加量（5%-8%）：适用于流平与硬度均衡需求的场景（如家具UV清漆），流平性提升 40%-50%，铅笔硬度≥H，附着力（划格法）达 0级；

高添加量（8%-10%）：适用于低表面能基材（如 PP 塑料UV漆）或流平需求极高的场景（如镜面UV漆），流平性提升 60%-70%，需搭配少量纳米二氧化硅（1%-2%）弥补硬度损失（铅笔硬度恢复至 H）。

（三）配方协同：与其他助剂优化搭配

与流平剂协同：HPR与有机硅流平剂（如 BYK-333，添加量 0.1%-0.3%）复配，可产生“协同效应”——HPR降低黏度、延长流平时间，有机硅流平剂进一步降低表面张力、消除缩孔，使涂层橘皮值从8降至5以下；

与光引发剂协同：当HPR添加量＞8% 时，需适当提高光引发剂用量（如 TPO 从2% 增至2.5%），抵消HPR对固化速率的轻微抑制，确保凝胶时间控制在12-15 秒，兼顾流平与固化效率；

与活性稀释剂协同：选择低黏度活性稀释剂（如 HEA，添加量10%-15%）与HPR复配，可进一步降低涂料黏度（从2200mPa・s 降至1800mPa・s），同时 HEA 的高反应活性可弥补HPR对涂层硬度的影响，确保固化后涂层力学性能达标。

加氢石油树脂通过“黏度调控降低流动阻力”“表面张力调节促进铺展”“成膜流动性保留匹配固化速度”的协同机制，可显著优化UV光固化涂料的流平性，消除橘皮、缩孔、刷痕等缺陷，同时通过合理的类型选择（C5基、C5/C9共聚基）、添加量控制（3%-10%）及配方协同（与有机硅流平剂、活性稀释剂复配），兼顾涂层的硬度、附着力与固化效率，解决了UV涂料“流平性与性能难以兼顾”的痛点。未来，随着HPR改性技术的升级（如引入功能性基团提升与UV体系的反应性、纳米复合增强力学性能），其在高性能UV涂料（如 3C 产品镜面UV漆、柔性基材UV涂料）中的应用将进一步拓展，为UV光固化涂料行业的外观与性能升级提供关键支撑。

本文来源：河南向荣石油化工有限公司 http://www.upresinchem.com/