CN101423675A - 一种用于塑料表面防静电的紫外光固化涂料及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于塑料表面防静电的紫外光固化涂料及其制备方法，尤其是含有金属氧化物系导电粉末或复合导电粉末的光固化涂料。该涂料的组成和配比为：低聚物含量为30－70wt％，活性稀释剂含量为25－65wt％，光引发剂含量为0.5－10wt％，导电粉末含量为5－40wt％，助剂含量为0.2－8wt％，溶剂含量为0－50wt％。因为添加的金属氧化物系导电粉末或复合导电粉末为白色或浅色，制备的光固化涂料具有易于调色的特点，并且具有持久防静电性、很高的硬度和耐磨性，可用于电子设备、塑料容器、电器外壳、办公用品和体育器材等塑料制品表面的防静电。

Description

一种用于塑料表面防静电的紫外光固化涂料及其制备方法

技术领域

本发明涉及一种用于塑料表面防静电的紫外光固化涂料及其制备方法，特征是采用金属氧化物系导电粉末或复合导电粉末制备光固化涂料，具有防静电持久性、颜色可调、很高的硬度和耐磨性等特点。

背景技术

塑料具有质轻、设计弹性好和价廉耐用等特点，越来越多代替金属或木器材料，广泛应用于工业生产和日常生活中，但是由于具有高表面电阻和低介电常数，是良好的绝缘体，容易因摩擦或撞击等原因产生静电，导致塑料表面积累大量的静电荷，易引起表面吸尘，影响制品的外观质量，严重时甚至会导致电击或火灾等危害。为了减小或消除静电带来的危害，在不降低材料整体性能条件下，通过在其表面涂覆防静电涂料提高表面导电性是一种简便有效的方式，通常有以下三种方法：

(1)以具有导电性的树脂为成膜物，不必另加抗静电剂或导电填料。

(2)添加抗静电剂，依靠小分子抗静电剂迁移到表面，形成均匀的抗静电层，达到不断泄漏表面静电荷的目的。

(3)添加导电填料，通过导电填料形成导电通路、隧道效应或场致发射机理而实现导电性。

由于导电树脂的制备工艺还不成熟，且成本很高，影响了它的实际应用；受到添加小分子抗静电剂的防静电机理所限，耐擦洗性差，防静电性能不具有持久性，且容易影响制品的表面质量；添加金属氧化物系导电粉末或复合导电粉末，具有生产工艺简便、颜色可调和防静电持久性等优点，日益受到人们的重视，传统工艺是把导电填料加入到树脂清漆中，热固化成膜，会释放大量有机挥发物，不仅影响人体健康，而且污染环境。

紫外光固化涂料具有固化速度快和节能环保的优点，配方中基本不含或含有很少量有机挥发性溶剂，最大程度地降低了有机挥发物的释放，对环境的负面作用降至最小。同时不必对基材进行加热，消除了传统热固化工艺对基材加热造成的不良影响，节省了能量，降低了生产成本。此外，紫外光固化设备利用率高，适合流水线生产，节省场地空间，生产效率高。

紫外光固化涂料一般由可聚合的低聚物、活性稀释剂、光引发剂和其它添加剂组成，在紫外光照射下，首先光引发剂吸收紫外光分解为活性自由基，接着引发低聚物和活性稀释剂发生连锁聚合反应，最终形成交联固化的涂膜。目前最常用的低聚物为环氧丙烯酸酯和聚氨酯丙烯酸酯，常用的活性稀释剂为HEA、HDDA、TPGDA、DPGDA、TMPTA等，所形成的涂膜具有很高的表面电阻，在实际应用中容易造成静电危害。

发明内容

本发明的目的是提供一种用于塑料表面防静电的紫外光固化涂料及其制备方法，其中，涂料中的金属氧化物系导电粉末或复合导电粉末为白色或浅色，具有比重小、导电性能好和物化性质稳定等特点。采用紫外光固化技术，解决了现有技术环境危害大、能量消耗高和防静电持久性差等问题，本发明制备的涂膜具有很高的硬度、耐磨性和透明度。

本发明的技术方案是：所述的一种用于塑料表面防静电的紫外光固化涂料及其制备方法，该涂料的组成和配比为：

低聚物…………………………………………………………30-70wt％

活性稀释剂……………………………………………………25-65wt％

光引发剂………………………………………………………0.5-10wt％

导电粉末………………………………………………………5-40wt％

助剂……………………………………………………………0.2-8wt％

溶剂……………………………………………………………0-50wt％

其中，

所述的低聚物可选自环氧丙烯酸酯、聚氨酯丙烯酸酯、聚酯丙烯酸酯、聚醚丙烯酸酯、丙烯酸酯化的聚丙烯酸酯或乙烯基树脂中的至少一种。

所述的活性稀释剂为丙烯酸羟乙酯(HEA)、甲基丙烯酸羟乙酯(HEMA)、N-乙烯基吡咯烷酮(NVP)、二丙二醇类二丙烯酸酯(DPGDA)、三丙二醇类二丙烯酸酯(TPGDA)、新戊二醇二丙烯酸酯(NPGDA)、1，6-己二醇二丙烯酸酯(HDDA)、1，4-丁二醇二丙烯酸酯(BDDA)、邻苯二甲酸乙二醇二丙烯酸酯(PDDA)、三羟甲基丙烷三丙烯酸酯(TMPTA)、季戊四醇四丙烯酸酯(PETTA)、二季戊四醇五丙烯酸酯(DPPA)、二季戊四醇六丙烯酸酯(DPHA)、烷氧基化丙烯酸酯、乙烯基醚类活性稀释剂、甲氧基化丙烯酸酯活性稀释剂中的至少一种。

所述的光引发剂为α，α′-二甲基苯偶酰缩酮、α-羟基酮衍生物、α-胺基酮衍生物、酰基膦氧化物、二苯甲酮+活性胺、二苯甲酮中的至少一种。

所述的导电粉末为金属氧化物系导电粉末或复合导电粉末中的至少一种，其中：金属氧化物系导电粉末为ATO(掺锑二氧化锡)、ITO(掺铟二氧化锡)、FTO(掺氟二氧化锡)、掺磷二氧化锡、AZO(掺铝氧化锌)、GZO(掺镓氧化锌)中的至少一种；复合导电粉末为用上述任一种金属氧化物包覆的云母、SiO₂、TiO₂、BaSO₄中的至少一种。

所述的助剂为流平剂、消泡剂、润湿分散剂中的至少一种。其中，流平剂可选自：聚二甲基硅氧烷、含氟化合物、改性聚硅氧烷、聚醚-聚硅氧烷共聚物、(甲基)丙烯酸酯类聚合物、氟改性丙烯酸酯或它们的混合物；消泡剂可选自：不含有机硅的聚合物溶液、聚二甲基硅氧烷、有机改性聚硅氧烷、带硅氧烷端基的聚合物溶液或它们的混合物；润湿分散剂可选自：电中性聚酰胺与聚酯混合物、带羧基的聚合物溶液、聚丙烯酸酯、聚氨酯化合物或它们的混合物。

所述的溶剂可选自乙酸乙酯、乙酸丙酯、乙酸丁酯、乙酸异丁酯、甲乙酮、乙醇、丙醇、异丁醇、二羧酸酯、甲苯、二甲苯、丙酮、正丁醇、环己酮、乙二醇丁醚、丙二醇丁醚中的至少一种。

所述的一种用于塑料表面防静电的紫外光固化涂料及其制备方法，可按照如下两种方法制备：

方法一

(1)将金属氧化物系导电粉末或复合导电粉末、部分活性稀释剂混合，可根据需要加入润湿分散剂，超声分散、高速分散或球磨一段时间；

(2)把剩余活性稀释剂、低聚物和光引发剂在一定温度下搅拌均匀；

(3)将步骤(1)和(2)所得组分混合后，可根据需要加入适量流平剂、消泡剂或溶剂，充分搅拌混合后，即得浆料；

(4)塑料经表面处理后，可以将浆料喷涂、旋涂、浸涂或辊涂在塑料表面，静置一段时间，用紫外光照射所涂表面，固化成膜。

方法二

(1)按配比将低聚物、活性稀释剂和光引发剂混合，在一定温度下搅拌均匀；

(2)在步骤(1)所得组分中加入金属氧化物系导电粉末或复合导电粉末，可根据需要加入适量润湿分散剂、流平剂、消泡剂或溶剂，搅拌混合均匀后，即得浆料；

(3)塑料经表面处理后，可以将浆料喷涂、旋涂、浸涂或辊涂在塑料表面，静置一段时间，用紫外光照射所涂表面，固化成膜。

CN1554717A公布了一种纳米技术改性紫外光固化木器涂料，将抗静电粉添加到树脂中，利用纳米材料表现出来的小尺寸效应、表面效应、量子尺寸效应和宏观量子隧道效应，提高了耐磨性和表面硬度，同时具有好的韧性和抗裂性，还具有防静电好的特点。

CN1884409A公布了一种纳米掺锑二氧化锡抗静电涂料及其制备方法，使用表面处理剂对纳米ATO的表面进行修饰，降低其表面自由能，提高了纳米粒子在溶液中的分散性。制备成浆状涂料，在涂层成膜固化以后形成空间网络结构，具有良好的导电性。将其应用于涂覆高分子材料的表层，能发挥明显的抗静电作用。

CN1583909A公布了多彩永久性抗静电涂料的配方和制备方法，使用白色导电粉或半导电粉作为导电填料，配制方法简单易行、施工方便，抗静电性能较好，由于涂料用量少，降低了成本。

与现有技术相比，本发明所述的用于塑料表面防静电的紫外光固化涂料，由于添加的金属氧化物系导电粉末或复合导电粉末为白色或浅色，不会对光聚合反应造成很大的阻碍作用，且具有比重小、导电性能好和物化性质稳定等特点，制备的涂膜具有持久防静电性。同时由于采用紫外光固化技术，在环境温度下固化成膜，基本上不会对基材造成损害，满足环境友好、降低成本、节省场地和适合流水线生产等要求，将会具有很广的应用前景。

在制备本发明所述用于塑料表面防静电的紫外光固化涂料时，工艺简单方便，只是将所需原料按照一定配比混合，搅拌均匀，必要时辅助超声分散、高速分散或球磨即可，对设备要求不高，适合流水线生产，生产效率高，降低了生产成本。本发明制备的涂料可用于电子设备、塑料容器、电器外壳、办公用品和体育器材等塑料制品表面的防静电。

具体实施方式

一种用于塑料表面防静电的紫外光固化涂料及其制备方法实例

实例一

芳香族聚氨酯丙烯酸酯(CN970A60，沙多玛公司)………………… 75g

高纯度三羟甲基丙烷三丙烯酸酯(SR351HP，沙多玛公司)…………25g

2-羟基-2-甲基-1-苯基丙酮(Darocur1173，瑞士汽巴精化)………5g

纳米ATO粉末(国家超细粉末工程研究中心)…………………………25g

流平剂(Levelol835，德谦公司)…………………………………… 0.5g

消泡剂(Defom5300，德谦公司)………………………………………0.3g

润湿分散剂(Disponer9250，德谦公司)…………………………… 1.5g

(1)按照配比将活性稀释剂高纯度三羟甲基丙烷三丙烯酸酯和纳米ATO粉末混合，加入润湿分散剂，超声分散20min；(2)芳香族聚氨酯丙烯酸酯和Darocur1173混合后，在50℃下搅拌均匀；(3)将步骤(1)和(2)所得组分混合后，加入流平剂、消泡剂，充分搅拌混合后，即得浆料；(4)将制备的浆料用匀胶机旋涂在PVC板上，涂层厚度为45±5μm，室温下放置一段时间后，放入灯箱中(紫外灯功率密度80w/cm，距离灯管15cm)固化成膜。

测试结果：制备的涂料固化速度快，涂膜具有很高的硬度和耐磨性，透明度较高，耐水性好，完全固化时间<10s，表面电阻<10⁹Ω。

实例二

环氧丙烯酸酯(CNUVE150/80，沙多玛公司)……………………20g

脂肪族聚氨酯丙烯酸酯(CN965，沙多玛公司)…………………30g

1，6-己二醇二丙烯酸酯(SR238，沙多玛公司)……………… 20g

高纯度三羟甲基丙烷三丙烯酸酯(SR351HP，沙多玛公司)……30g

2-羟基-2-甲基-1-苯基丙酮(Darocur1173，瑞士汽巴精化)…3g

1-羟基环己基苯甲酮(Irgacure184，瑞士汽巴精化)…………3g

复合导电云母粉(中科院成都有机化学研究所)……………… 15g

流平剂(Levelol837，德谦公司)……………………………… 0.5g

消泡剂(Defom2700，德谦公司)………………………………  0.3g

润湿分散剂(Disponer912，德谦公司)…………………………2g

(1)按配比将活性稀释剂1，6-己二醇二丙烯酸酯、高纯度三羟甲基丙烷三丙烯酸酯、Darocur1173和Irgacur184混合，在50℃恒温搅拌均匀；(2)将步骤(1)所得组分、环氧丙烯酸酯、脂肪族聚氨酯丙烯酸酯、复合导电云母粉、流平剂、消泡剂和润湿分散剂搅拌混合均匀，用匀胶机旋涂在PVC板上，涂层厚度为45±5μm，室温下放置一段时间后，放入灯箱中(紫外灯功率密度80w/cm，距离灯管15cm)固化成膜。

测试结果：制备的涂料固化速度快，涂膜具有较高的硬度和耐磨性，透明度很高，耐水性好，完全固化时间<15s，表面电阻<10⁷Ω。

实例三

脂肪酸改性环氧二丙烯酸酯(6109A，江苏三木集团)…………… 50g

1，6-己二醇二丙烯酸酯(SR238，沙多玛公司)……………………25g

高纯度三羟甲基丙烷三丙烯酸酯(SR351HP，沙多玛公司)……… 25g

1-羟基环己基苯甲酮(Irgacure184，瑞士汽巴精化)…………… 3g

二苯甲酮(Runtecure1020，常州华钛化学公司)………………… 2g

活性胺(P115，比利时优比西公司)…………………………………4g

复合导电云母粉(中科院成都有机化学研究所)……………………10g

纳米ATO粉末(国家超细粉末工程研究中心)……………………… 10g

流平剂(Levelol495，德谦公司)……………………………………0.5g

消泡剂(Defom3100，德谦公司)…………………………………… 0.3g

润湿分散剂(Disponer9220，德谦公司)……………………………3g

乙酸乙酯(分析纯，成都市科龙化工试剂厂)………………………5g

(1)按照配比将活性稀释剂1，6-己二醇二丙烯酸酯和纳米ATO粉末混合，加入润湿分散剂，超声分散20min；(2)把高纯度三羟甲基丙烷三丙烯酸酯、Irgacure184、二苯甲酮和活性胺在50℃下搅拌均匀；(3)将步骤(1)和(2)所得组分混合，加入脂肪酸改性环氧二丙烯酸酯、复合导电云母粉、流平剂、消泡剂和乙酸乙酯，充分搅拌混合后，用匀胶机旋涂在PVC板上，涂层厚度为45±5μm，室温下放置一段时间后，放入灯箱中(紫外灯功率密度80w/cm，距离灯管15cm)固化成膜。

测试结果：制备的涂料固化速度快，涂膜具有很高的硬度和耐磨性，透明度较高，耐水性好，完全固化时间<15s，表面电阻<10⁷Ω。

Claims (8)

1一种用于塑料表面防静电的紫外光固化涂料及其制备方法，其特征在于：该涂料的组成和配比为：

低聚物…………………………………………………………………30-70wt％

活性稀释剂……………………………………………………………25-65wt％

光引发剂……………………………………………………………0.5-10wt％

导电粉末…………………………………………………………………5-40wt

助剂………………………………………………………………………0.2-8wt％

溶剂………………………………………………………………………0-50wt％。

2根据权利要求1所述的紫外光固化涂料，其特征在于：所述的低聚物可选自环氧丙烯酸酯、聚氨酯丙烯酸酯、聚酯丙烯酸酯、聚醚丙烯酸酯、丙烯酸酯化的聚丙烯酸酯或乙烯基树脂中的至少一种。

3根据权利要求1所述的紫外光固化涂料，其特征在于：所述的活性稀释剂为丙烯酸羟乙酯(HEA)、甲基丙烯酸羟乙酯(HEMA)、N-乙烯基吡咯烷酮(NVP)、二丙二醇类二丙烯酸酯(DPGDA)、三丙二醇类二丙烯酸酯(TPGDA)、新戊二醇二丙烯酸酯(NPGDA)、1，6-己二醇二丙烯酸酯(HDDA)、1，4-丁二醇二丙烯酸酯(BDDA)、邻苯二甲酸乙二醇二丙烯酸酯(PDDA)、三羟甲基丙烷三丙烯酸酯(TMPTA)、季戊四醇四丙烯酸酯(PETTA)、二季戊四醇五丙烯酸酯(DPPA)、二季戊四醇六丙烯酸酯(DPHA)、烷氧基化丙烯酸酯、乙烯基醚类活性稀释剂、甲氧基化丙烯酸酯活性稀释剂中的至少一种。

4根据权利要求1所述的紫外光固化涂料，其特征在于：所述的光引发剂为α，α′-二甲基苯偶酰缩酮、α-羟基酮衍生物、α-胺基酮衍生物、酰基膦氧化物、二苯甲酮+活性胺、二苯甲酮中的至少一种。

5根据权利要求1所述的紫外光固化涂料，其特征在于：所述的导电粉末为金属氧化物系导电粉末或复合导电粉末中的至少一种，其中：金属氧化物系导电粉末为ATO(掺锑二氧化锡)、ITO(掺铟二氧化锡)、FTO(掺氟二氧化锡)、掺磷二氧化锡、AZO(掺铝氧化锌)、GZO(掺镓氧化锌)中的至少一种；复合导电粉末为用上述任一种金属氧化物包覆的云母、SiO₂、TiO₂、BaSO₄中的至少一种。

6根据权利要求1所述的紫外光固化涂料，其特征在于：所述的助剂为流平剂、消泡剂、润湿分散剂中的至少一种。

其中，

流平剂可选自：聚二甲基硅氧烷、含氟化合物、改性聚硅氧烷、聚醚-聚硅氧烷共聚物、(甲基)丙烯酸酯类聚合物、氟改性丙烯酸酯或它们的混合物；

消泡剂可选自：不含有机硅的聚合物溶液、聚二甲基硅氧烷、有机改性聚硅氧烷、带硅氧烷端基的聚合物溶液或它们的混合物；

润湿分散剂可选自：电中性聚酰胺与聚酯混合物、带羧基的聚合物溶液、聚丙烯酸酯、聚氨酯化合物或它们的混合物。

7根据权利要求1所述的紫外光固化涂料，其特征在于：所述的溶剂可选自乙酸乙酯、乙酸丙酯、乙酸丁酯、乙酸异丁酯、甲乙酮、乙醇、丙醇、异丁醇、二羧酸酯、甲苯、二甲苯、丙酮、正丁醇、环己酮、乙二醇丁醚、丙二醇丁醚中的至少一种。

8根据权利要求1所述的一种用于塑料表面防静电的紫外光固化涂料及其制备方法，可按照如下两种方法制备：

方法一

(1)将金属氧化物系导电粉末或复合导电粉末、部分活性稀释剂混合，可根据需要加入润湿分散剂，超声分散、高速分散或球磨一段时间；

(2)把剩余活性稀释剂、低聚物和光引发剂在一定温度下搅拌均匀；

(3)将步骤(1)和(2)所得组分混合后，可根据需要加入适量流平剂、消泡剂或溶剂，充分搅拌混合后，即得浆料；

(4)塑料经表面处理后，可以将浆料喷涂、旋涂、浸涂或辊涂在塑料表面，静置一段时间，用紫外光照射所涂表面，固化成膜。

方法二

(1)按配比将低聚物、活性稀释剂和光引发剂混合，在一定温度下搅拌均匀；

(2)在步骤(1)所得组分中加入金属氧化物系导电粉末或复合导电粉末，可根据需要加入适量润湿分散剂、流平剂、消泡剂或溶剂，搅拌混合均匀后，即得浆料；

(3)塑料经表面处理后，可以将浆料喷涂、旋涂、浸涂或辊涂在塑料表面，静置一段时间，用紫外光照射所涂表面，固化成膜。