CN101368015B - 一种紫外光固化涂料及其制备方法和用途 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种紫外光固化涂料及其制备方法和用途，该涂料含有光引发剂、带有巯基的化合物、单官能团或多官能团烯丙基化合物和脂肪族二异氰酸酯，含或不含单官能团或多官能团丙烯酸酯；其制备方法为在常温或加热的条件下混合均匀上述物质后静置，即得到所需紫外光固化涂料。本发明涂料制备简单，同时具有高透明性和高光泽性，且折射率可调，能应用于聚合物光纤、光学器件，还可以作为紫外固化剂应用于聚合物分散液晶。

Description

一种紫外光固化涂料及其制备方法和用途

技术领域

本发明属于化工领域中的光固化涂料，特别涉及一种紫外光固化涂料及其制备方法和用途。

背景技术

紫外光固化涂料是20世纪60年代开发的一种新型环保节能型涂料，它具有节省能源、生态环境保护以及经济性等优点。70年代我国开始涉足该技术，90年代后得到长足发展。紫外光固化涂料是以高能量的紫外光作为光固化能源，由涂料中的光引发剂吸收紫外光能形成自由基，引发光敏树脂和活性稀释剂分子，进而发生连锁聚合反应，是涂膜达到固化，涂料可以100％固化成膜、无有机溶剂挥发污染问题，能量利用率高。目前，光固化涂料不仅在木材、金属、塑料、纸张、皮革上大量应用，而且在光纤、印刷电路板、电子元器件封装等材料上都得到了应用。

但是，目前能够应用到聚合物光纤、光学器件上的紫外光固化涂料，其制备方法一般步骤较多，反应时间较长，因而工艺过于复杂。例如，专利CN1528831A中记载了一种透明紫外光固化涂料制备方法就是这样，其中，在将基体、预聚引发剂和链转移剂加热预聚合之前，还包括密封通入氮气排除容器中氧气步骤，预聚合之后还需用超声波混合摇匀预聚物，而且加热预聚合的时间长达0.1-4h，温度要控制在40-120℃。

因此，目前需要研制一种制备步骤少、反应时间短而工艺简单的，能应用于聚合物光纤、光学器件的紫外光固化涂料。

发明内容

本发明实施例要解决的技术问题在于提供一种制备简单，同时具有高透明性和高光泽性，且折射率可调，应用于聚合物光纤、光学器件的紫外光固化涂料。

本发明实施例要解决的另一技术问题在于，提供一种上述紫外光固化涂料的制备方法。

本发明实施例要解决的再一技术问题在于，将上述紫外光固化涂料作为紫外固化剂应用于聚合物分散液晶。

本发明实施例提供的紫外光固化涂料，其中含有光引发剂、带有巯基的化合物、单官能团或多官能团烯丙基化合物和脂肪族二异氰酸酯，含或不含单官能团或多官能团丙烯酸酯。

本发明实施例提供的紫外光固化涂料的制备方法为将光引发剂、带有巯基的化合物、单官能团或多官能团烯丙基化合物和脂肪族二异氰酸酯加入到反应容器中，加或不加单官能团或多官能团丙烯酸酯，在常温或加热的条件下混合均匀后静置，即得到所需紫外光固化涂料。

本发明实施例提供的紫外光固化涂料，可作为紫外固化剂应用于聚合物分散液晶。

采用上述技术方案，只需将所述组分加入到反应容器中，在常温或加热的条件下混合均匀后，静置即得到所需紫外光固化涂料，其反应步骤少，时间短而工艺简单，并且紫外固化速度快，固化时间只需要5-30分钟。另外，上述技术方案采用几种高透明单体进行聚合制备紫外光固化涂料，使该涂料具有高透明性和高光泽性，而且可通过调节单体的比例，改变组分配方，调节紫外光固化涂料的折射率，能适应光学应用的多样性，还可以作为紫外固化剂应用于制备聚合物分散液晶。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

本发明实施例利用带有巯基的化合物、单官能团或多官能团烯丙基化合物、脂肪族二异氰酸酯在光引发剂的条件下，在紫外光的作用下发生化学反应制备紫外光固化涂料。另外，根据需要可选择性的添加单官能团或多官能团丙烯酸酯。

以涂料总量为基准，所述带有巯基的化合物含量为20-60wt％，优选30-35wt％单官能团或多官能团烯丙基化合物含量为30-70wt％，优选45-50wt％，脂肪族二异氰酸酯含量为5-20wt％，优选10-15wt％，单官能团或多官能团丙烯酸酯含量为0-35wt％，优选0-15wt％，光引发剂含量为1-10wt％，优选1-5wt％。

上述的带有巯基的化合物并无特别限制，优选带有三个或四个巯基的化合物，例如可以是三羟甲基丙烷-2-三巯基醋酸酯、三羟甲基丙烷-3-三巯基丙酸酯和季戊四醇-3-四丙烯酸酯中一种或几种。

上述的单官能团或多官能团烯丙基化合物并无特别限制，例如可以是季戊四醇烯丙基醚、三羟甲基丙烷二烯丙基醚和四烯丙氧基醚中一种或几种。

上述的脂肪族二异氰酸酯并无特别限制，例如可以是异佛尔酮二异氰酸酯(IPDI)、六次甲基二异氰酸酯(HDI)和二环己基甲烷二异氰酸酯(HMDI)中一种或几种。

上述的单官能团或多官能团的丙烯酸酯并无特别限制，优选官能度是1-3的丙烯酸酯，可以是单官能团丙烯酸酯、双官能团丙烯酸酯和三官能团丙烯酸酯的一种或几种。其中，单官能团丙烯酸酯可以是丙烯酸乙酯、甲基丙烯酸乙酯、甲基丙烯酸异辛酯、丙烯酸羟丙酯、甲基丙烯酸羟乙酯、丙烯酸2-乙基己酯和N-乙烯基吡咯烷酮；双官能团的丙烯酸酯可以是二缩三丙二醇二丙烯酸酯(TPGDA)和1，6己二醇二丙烯酸酯(HDDA)。三官能团丙烯酸酯可以是三羟甲基丙烷三丙烯酸酯(TMPTA)、三羟甲基丙烷三甲基丙烯酸酯(TMPTMA)和季戊四醇三丙烯酸酯(PETRA)。

上述的光引发剂为本领域所常用的光引发剂，优选不易发生黄变的自由基光引发剂，例如可以是二苯甲酮(Benzophenone photoinitiator)、2-羟基-2-甲基-1-苯基-1丙酮(Darocure1173)、1-羟基环己基苯基酮(Irgacure184)和异丙基硫杂蒽酮(Esacure ITX)中一种或几种。

本发明实施例提供的紫外光固化涂料的制备方法为将光引发剂、带有巯基的化合物、单官能团或多官能团烯丙基化合物和脂肪族二异氰酸酯加入到反应容器中，加或不加单官能团或多官能团丙烯酸酯，在常温或加热的条件下混合均匀后静置，即得到所需紫外光固化涂料。

本发明实施例提供的制备方法，各物质的用量应使得涂料中，以涂料总量为基准，所述带有巯基的化合物含量为20-60wt％，优选30-35wt％，单官能团或多官能团烯丙基化合物含量为30-70wt％，优选45-50wt％，脂肪族二异氰酸酯含量为5-20wt％，优选10-15wt％，单官能团或多官能团丙烯酸酯含量为0-35wt％，优选0-15wt％，光引发剂含量为1-10wt％，优选1-5wt％。

本发明实施例提供的紫外光固化涂料可以通过多种方式进行涂敷，如刮涂、喷涂、滚涂或刷涂等。得到的紫外光固化涂料涂层在紫外光(365nm-400nm)的照射下固化，达到使用高透明紫外光固化涂料的目的。

本发明实施例提供的紫外光固化涂料还可以作为紫外固化剂应用于制备聚合物分散液晶。

上述的透明紫外光固化涂料的折射率可以根据所用单体的配比及其折射率，通过折射率加和计算出来。计算方法如下：

n＝n1V1+n2V2+...+nmVm                                (1)

V1+V2+...+Vm＝1                       (2)

其中n为所要配制的紫外光固化涂料的折射率，m为所配制紫外固化涂料中所用单体的种类，n1、n2、...nm分别为每种单体的折射率，V1、V2、...Vm分别是每种单体的摩尔百分比。

本发明采用五种单体配制紫外光固化涂料，设单体的折射率分别为n1、n2、n3、n4、n5，需要配制的涂料的折射率为n，则：

n＝n1V1+n2V2+n3V3+n4V4+n5V5                           (3)

V1+V2+V3+V4+V5＝1                    (4)

其中V1、V2、V3、V4、V5分别为五种单体的摩尔百分比。

以下实施例以聚合物分散液晶为例，说明本发明涂料及其制备方法和用途，至于将本发明提供应用于聚合物光纤、光学器件，可根据要求计算出算需要的折光率，再用同样的方法配制即可。

聚合物分散液晶是将小分子的液晶以微滴的形态分散在聚合物基体中，在外电场的作用下有透射和散射两种不同的光学状态，其要求聚合物与液晶的折射率相匹配。液晶的种类不同，其折射率不同，一般在1.50-1.56之间。可根据液晶的折射率，配置与其相匹配的紫外光固化涂料，一般要求紫外固化涂料固化前的折射率在1.45-1.48之间。

实施例1

采用如下组分(按重量百分比计算)配制折射率为1.480的紫外光固化涂料：

三羟甲基丙烷-2-三巯基醋酸酯  35％

三甲基丙烷二烯丙基醚  50％

异佛尔酮二异氰酸酯  13％

二苯甲酮  2％

将上述组分按照比例加入到反应容器中，在常温或加热的条件下搅拌15-30分钟，冷却后即得到所述的透明紫外光固化涂料。得到的紫外光固化涂料用棕色玻璃瓶密封存放于阴凉干燥处。

将此涂料与液晶混合可得到聚合物分散液晶。将其涂于光学器件上，紫外光下固化5-30分钟即可。

实施例2

采用如下组分(按重量百分比计算)配制折射率为1.456的紫外光固化涂料：

三羟甲基丙烷-3-三巯基丙酸酯  35％

三甲基丙烷二烯丙基醚  50％

异佛尔酮二异氰酸酯  13％

二苯甲酮  2％

制备方法同实施例1。

实施例3

采用如下组分(按重量百分比计算)配制折射率为1.477的紫外光固化涂料：

季戊四醇-3-四巯基丙酸  35％

三甲基丙烷二烯丙基醚  50％

异佛尔酮二异氰酸酯  13％

二苯甲酮  2％

制备方法同实施例1。

实施例4

采用如下组分(按重量百分比计算)配制折射率为1.467的紫外光固化涂料：

三羟甲基丙烷-2-三巯基醋酸酯  20％

三甲基丙烷二烯丙基醚  40％

异佛尔酮二异氰酸酯  15％

丙烯酸羟丙酯  20％

二苯甲酮  5％

制备方法同实施例1。

实施例5

采用如下组分(按重量百分比计算)配制折射率为1.472的紫外光固化涂料：

三羟甲基丙烷-2-三巯基醋酸酯  20％

三甲基丙烷二烯丙基醚  40％

异佛尔酮二异氰酸酯  15％

1，6己二醇二丙烯酸酯  20％

二苯甲酮  5％

制备方法同实施例1。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (12)

1.一种紫外光固化涂料，其中含有光引发剂、带有巯基的化合物、单官能团或多官能团烯丙基化合物和脂肪族二异氰酸酯，含或不含单官能团或多官能团丙烯酸酯，以涂料总量为基准，所述带有巯基的化合物含量为20-60wt％，单官能团或多官能团烯丙基化合物含量为30-70wt％，脂肪族二异氰酸酯含量为5-20wt％，单官能团或多官能团丙烯酸酯含量为0-35wt％，光引发剂含量为1-10wt％，所述紫外固化涂料固化前的折射率在1.45-1.48之间。

2.如权利要求1所述紫外光固化涂料，以涂料总量为基准，所述带有巯基的化合物含量为30-35wt％，单官能团或多官能团烯丙基化合物含量为45-50wt％，脂肪族二异氰酸酯含量为10-15wt％，单官能团或多官能团丙烯酸酯含量为0-15wt％，光引发剂含量为1-5wt％。

3.如权利要求1所述紫外光固化涂料，其中带有巯基的化合物为带有三个或四个巯基的化合物。

4.如权利要求1所述紫外光固化涂料，其中单官能团或多官能团烯丙基化合物为季戊四醇烯丙基醚、三羟甲基丙烷二烯丙基醚和四烯丙氧基醚中一种或几种。

5.如权利要求1所述紫外光固化涂料，其中脂肪族二异氰酸酯为异佛尔酮二异氰酸酯、六次甲基二异氰酸酯和二环己基甲烷二异氰酸酯中一种或几种。

6.如权利要求1所述紫外光固化涂料，其中单官能团或多官能团丙烯酸酯为官能度是1-3的丙烯酸酯。

7.如权利要求1所述紫外光固化涂料，其中光引发剂为不易发生黄变的自由基光引发剂。

8.如权利要求3所述紫外光固化涂料，其中带有三个或四个巯基的化合物为三羟甲基丙烷-2-三巯基醋酸酯、三羟甲基丙烷-3-三巯基丙酸酯和季戊四醇-3-四丙烯酸酯中一种或几种。

9.如权利要求6所述紫外光固化涂料，所述官能度是1-3的丙烯酸酯为单官能团丙烯酸酯、双官能团丙烯酸酯和三官能团丙烯酸酯的一种或几种，所述单官能团丙烯酸酯为丙烯酸乙酯、甲基丙烯酸乙酯、甲基丙烯酸异辛酯、丙烯酸羟丙酯、甲基丙烯酸羟乙酯、丙烯酸2-乙基己酯和N-乙烯基吡咯烷酮；双官能团丙烯酸酯为二缩三丙二醇二丙烯酸酯和1，6己二醇二丙烯酸酯；三官能团丙烯酸酯为三羟甲基丙烷三丙烯酸酯、三羟甲基丙烷三甲基丙烯酸酯和季戊四醇三丙烯酸酯。

10.如权利要求7所述紫外光固化涂料，其中不易发生黄变的自由基光引发剂为二苯甲酮、2-羟基-2-甲基-1-苯基-1丙酮、1-羟基环己基苯基酮和异丙基硫杂蒽酮中一种或几种。

11.如权利要求1所述紫外光固化涂料的制备方法，该方法为将光引发剂、带有巯基的化合物、单官能团或多官能团烯丙基化合物和脂肪族二异氰酸酯加入到反应容器中，加或不加单官能团或多官能团丙烯酸酯，以涂料总量为基准，所述带有巯基的化合物含量为20-60wt％，单官能团或多官能团烯丙基化合物含量为30-70wt％，脂肪族二异氰酸酯含量为5-20wt％，单官能团或多官能团丙烯酸酯含量为0-35wt％，光引发剂含量为1-10wt％，所述紫外固化涂料固化前的折射率在1.45-1.48之间，在常温或加热的条件下混合均匀后静置，即得到所需紫外光固化涂料。

12.如权利要求1所述紫外光固化涂料，作为紫外固化剂应用于制备聚合物分散液晶。