CN101613571A - 紫外光固化水性木器漆 - Google Patents

Abstract

一种紫外光固化水性木器漆，属于化工产品技术领域，采用水性紫外光固化树脂、水性光引发剂、水溶性稀释剂、水溶性助溶剂、和去离子水混合制成，其中水性紫外光固化树脂由聚酯多元醇、异氰酸酯、丙烯酸羟乙酯和二羟甲基丙酸聚合反应制成。本发明制成的紫外光水性固化木器涂料使用时通过80W/CM的高压汞灯照射，干燥时间为8－15秒，固化效果符合国家标准，对人体及周围环境无任何危害。

Description

紫外光固化水性木器漆

技术领域：

本发明属于化工产品技术领域，涉及一种木器涂料。

背景技术：

紫外光固化涂料虽然固化速度快、节能、生产效率高、涂层性能好等优点，但其自身仍有一些弊端：如反映稀释单体及其他多官能丙烯酸酯等含有挥发性有机化合物组分，对环境及人体健康有一定的损害；有些光引发剂的分解产物不符合环保要求，带来卫生、安全隐患并影响固化膜的使用性能，虽然单纯采用官能化低聚物可配制出100％固含量的光固化涂料，以消除VOC的影响，但由于其黏度对分子量的依赖关系，体系黏度太大，且难以调节和控制，故100％固含量的光固化涂料技术的总的发展趋势是以水代替稀释剂。

发明内容：

本发明要解决的技术问题是公开一种固化时间短，并且效果好的紫外光水性固化木器漆。

本发明方法是采用水性紫外光固化树脂、水性光引发剂、水溶性稀释剂、水溶性助溶剂、和去离子水混合制成水性固化木器涂料，其中各种原料的重量份数比为：

水性紫外光固化树脂    40-80；

水性光引发剂          1-8；

水溶性稀释剂          1-20；

水溶性助溶剂          1-15；

去离子水              5-20。

各种原料的优选重量份数比为

水性紫外光固化树脂    50-70；

水性光引发剂          3-6；

水溶性稀释剂          10-15；

水溶性助溶剂          4-10；

去离子水              8-16。

原料的最佳重量份数比为

水性紫外光固化树脂    63；

水性光引发剂          5；

水溶性稀释剂          12；

水溶性助溶剂          7；

去离子水              13。

本发明的生产工艺为：取上述重量份数比的水性紫外光固化树脂和水溶性稀释剂搅拌均匀，再加入水性光引发剂充分搅拌均匀，最后加入去离子水和水溶性助溶剂搅拌混合均匀制成紫外光水性固化木器涂料。

其中水性紫外光固化树脂由聚酯多元醇、异氰酸酯、丙烯酸羟乙酯和二羟甲基丙酸聚合反应制成，其中上述材料的重量份数比为：

聚酯多元醇            25-50；

异氰酸酯           15-30；

丙烯酸羟乙酯       13-20；

二羟甲基丙酸       1-7。

材料的最佳重量份数比为：

聚酯多元醇         35；

异氰酸酯           23；

丙烯酸羟乙酯       18；

二羟甲基丙酸       4。

聚酯多元醇可以由聚醚多元醇替代。

聚合反应方式如下：

采用三步反应合成出端烯基聚氨酯丙烯酸酯：首先，通过过量异氰酸酯与丙烯酸羟基酯在60℃-67℃反应30--70分钟，合成出端异氰酸酯基端烯基预聚物；然后，通过预聚物与聚酯多元醇或聚醚多元醇及二羟甲基丙酸在65℃-85℃反应2--5小时，将预聚物转化为端烯基预聚物；最后，通过羧基的成盐反应，得到可溶于水中的端烯基聚氨酯丙烯酸酯，即水性紫外光固化树脂。

在第一步反应中，若异氰酸酯基/羟基的比例大于2/1，则难以保证所有大分子上都带有羧基，使体系中出现部分沉淀物；而将异氰酸酯基/羟基的比例控制在(1-2)/1，通过改变多元醇的相对分子量及多元醇/二羟甲基丙酸的摩尔比，可以合成出一系列的水性聚氨酯丙烯酸酯。

随着多元醇/二羟甲基丙酸比例的降低，即羧基含量增加，体系黏度相应增加；而随着多元醇的相对分子质量的增加，体系黏度也相应增加。

其中水性光引发剂可以是Darocur2959、EsacureKIP150(Lanberti)、Irgacure819DW(Ciba)、WB-4784、WB-4792、WB-4785、WB-4789(Ward-Blenkinsop)。本发明优选的光引发剂为羟基苯基酮衍生物类，即Darocur2959。

水溶性稀释剂采用的是12个乙氧基以上的三羟甲基丙烷三丙烯酸酯，此物质具有优良的水溶性。

水溶性助溶剂可以是N，N-二甲基甲酰胺；甲羧醛；乙醇；正丁醇；乙二醇单丁醚；丙二醇乙醚；丙二醇丁醚。

本发明制成的紫外光水性固化木器涂料使用时通过80W/CM的高压汞灯照射，干燥时间为8-15秒，固化效果符合国家标准，对人体及周围环境无任何危害。

水性光固化涂料继承和发展了传统光固化技术和水性涂料技术的许多优点，诸如低成本、低黏度、良好的涂布适应性、设备易于清洗、无毒性、无刺激性、不燃性等，另外，光固化水性涂料还可降低固化膜的收缩率，尤其对以中、低分子量聚合物为基料的体系，有利于提高固化膜对底材的附着性；可得到薄膜型固化膜；可用水或增稠剂方便的控制流变性，便于喷涂。光固化水性涂料还有一个很重要的特点，就是能够兼顾涂膜的硬度和柔韧性，这对很多应用场合都很重要。

具体实施方式：

UV固化水性聚氨酯丙烯酸酯体系

实例1

实验需要在干燥的氮气保护下进行。

1.将62.6克甲苯二异氰酸酯(TDI)投入室温下的500ml三口烧瓶中，加入0.017克二月桂酸二丁基锡，在搅拌状态下滴加41.7克丙烯酸羟基乙酯(HEA)，由于加料是从室温开始的，所以丙烯酸羟基乙酯(HEA)的加入量，应是开始大些，逐渐减少。

2.加完丙烯酸羟基乙酯(HEA)后，要在65℃-67℃保温40-50分钟。

3.降温，使三口瓶内温度为：50-52℃。

4.加入0.0165克对苯二酚、10.54克2，2-二羟甲基丙酸、93.01克聚乙二醇(PEG400)和少量的N，N-二甲基甲酰胺，并开始计时。

5.加入聚乙二醇(PEG400)之后，三口瓶内的温度达到80℃时，要立即加入24克乙氧基化三羟甲基丙烷(15EOTMPTA)，并用恒温水浴配合，将温度调节到75℃，反应1小时。

6.1小时后，加入16克乙氧基化三羟甲基丙烷(15EOTMPTA)，并将温度调节到70℃，反应2小时。

7.2小时后，加入8克丙烯酸羟基乙酯(HEA)，并将温度调节到65-67℃，反应30分钟。

8.30分钟后，加入0.0165克对苯二酚和15克乙氧基化三羟甲基丙烷(15EOTMPTA)，搅拌20分钟。之后，降温至50℃，加入三乙醇胺中和分散均匀后，得到固含量为90％左右的水性树脂，如此得到的低聚物黏度为7000cps。

由于甲苯二异氰酸酯含有苯环，因此链呈刚性，其固化膜有较高的机械强度和较好的硬度和耐热性，并且预聚物耐化学腐蚀性能优良，耐磨性较好。甲苯二异氰酸酯的主要缺陷为聚合物耐黄变性能较差，因为氮原子直接与芳环连接，光老化过程中易形成有色结构，故此低聚物易黄变。

实例2

1.将139.52克聚乙二醇(PEG400)，加入室温下500ml三口瓶中，开动搅拌，之后加入10.54克2，2-二羟甲基丙酸和少量的N，N-二甲基甲酰胺搅拌溶解；

2.加入甲苯二异氰酸酯和0.017克二月桂酸二丁基锡，升温至80℃反应2小时；

3.降温至60℃，加入41.7克丙烯酸羟乙酯，升温至80℃，反应2小时；

4.降温至50℃，加入三乙醇胺中和分散均匀后，得到固含量80％左右的水性树脂。

此实例和实例1的工艺路线正好相反，但得到的低聚物的各项物理化学性能基本相同，只是此实例的聚合温度相对较高，对车间生产来说，控制较不容易。

实例3

实验需要在干燥的氮气保护下进行。

1.将79.9克异佛尔酮二异氰酸酯(IPDI)投入室温下的500ml三口烧瓶中，加入0.017克二月桂酸二丁基锡，在搅拌状态下滴加41.7克丙烯酸羟基乙酯(HEA)。

2.加完丙烯酸羟基乙酯(HEA)后，要在65℃-70℃保温40-50分钟。

3.降温，使三口瓶内温度为：45-50℃。

4.加入0.0165克对苯二酚、10.54克2，2-二羟甲基丙酸、114.44克聚己内酯二醇和少量的N，N-二甲基甲酰胺，并开始计时。

5.加入聚己内酯二醇之后，三口瓶内的温度达到80℃-85℃时，要立即加入24克乙氧基化三羟甲基丙烷(15EOTMPTA)，并用恒温水浴配合，将温度调节到75℃，反应1小时。

6.1小时后，加入16克乙氧基化三羟甲基丙烷(15EOTMPTA)，并将温度调节到70℃-75℃，反应2小时。

7.2小时后，加入8克丙烯酸羟基乙酯(HEA)，并将温度调节到65-70℃，反应30分钟。

8.30分钟后，加入0.0165克对苯二酚和15克乙氧基化三羟甲基丙烷(15EOTMPTA)，搅拌20分钟。之后，降温至50℃，加入三乙醇胺中和分散均匀后，得到固含量为90％左右的水性树脂，如此得到的低聚物黏度为9000cps。

IPDI为脂环族二异氰酸酯，脂环结构赋予聚氨酯良好的硬度和柔顺性，所形成的聚氨酯具有优异的机械性能和光稳定性，不易发黄，是综合性能较均衡的二异氰酸酯。

UV固化水性木器漆的配方

实例4

将上述实例1中制得的紫外光固化水性聚氨酯丙烯酸酯68.4克加入混合容器内，开动搅拌，一边搅拌一边加入10.2克的乙氧基化三羟甲基丙烷(12EOTMPTA)、4.45克的光引发剂、12.0克水、5.0克丙二醇丁醚，搅拌混合均匀，即得紫外光固化水性木器涂料。

此涂料所制涂膜的硬度与柔韧性十分均衡，对基材附着力良好。

实例5

将上述实例3中制得的紫外光固化水性聚氨酯丙烯酸酯62.3克加入混合容器中，开动搅拌，一边搅拌一边加入12.5克的乙氧基化三羟甲基丙烷(15EOTMPTA)、4.75克的光引发剂、12.0克水、8.5克N，N-二甲基甲酰胺，搅拌混合均匀，即得紫外光固化水性木器涂料。

此涂料柔韧性优良，断裂伸长率大，即便底材有微小的开裂，此涂层以上的涂层也不会开裂；此涂料尤其适用于旋切的基材。

Claims (8)

1、一种紫外光固化水性木器漆，其特征在于：由水性紫外光固化树脂、水性光引发剂、水溶性稀释剂、水溶性助溶剂、和去离子水混合制成，其中各种原料的重量份数比为：

水性紫外光固化树脂  40-80；

水性光引发剂        1-8；

水溶性稀释剂        1-20；

水溶性助溶剂        1-15；

去离子水            5-20；

其中水性紫外光固化树脂由聚酯多元醇、异氰酸酯、丙烯酸羟乙酯和二羟甲基丙酸聚合反应制成，其中上述材料的重量份数比为：

聚酯多元醇          25-50；

异氰酸酯            15-30；

丙烯酸羟乙酯        13-20；

二羟甲基丙酸        1-7；

聚合反应方式如下：

采用三步反应合成出端烯基聚氨酯丙烯酸酯：首先，通过过量异氰酸酯与丙烯酸羟基酯在60℃-67℃反应30--70分钟，合成出端异氰酸酯基端烯基预聚物；然后，通过预聚物与聚酯多元醇或聚醚多元醇及二羟甲基丙酸在65℃-85℃反应2--5小时，将预聚物转化为端烯基预聚物；最后，通过羧基的成盐反应，得到可溶于水中的端烯基聚氨酯丙烯酸酯，即水性紫外光固化树脂。

2、根据权利要求1所述的木器漆，其特征在于：原料的重量百分比为

水性紫外光固化树脂     50-70；

水性光引发剂           3-6；

水溶性稀释剂           10-15；

水溶性助溶剂           4-10；

去离子水               8-16。

3、根据权利要求1或2所述的木器漆，其特征在于：原料的重量百分比为

水性紫外光固化树脂     63；

水性光引发剂           5；

水溶性稀释剂           12；

水溶性助溶剂    7；

去离子水        13。

4、根据权利要求1所述的木器漆，其特征在于：水性紫外光固化树脂由聚酯多元醇、异氰酸酯、丙烯酸羟乙酯和二羟甲基丙酸聚合反应制成，上述材料的重量份数比为：

聚酯多元醇      35；

异氰酸酯        23；

丙烯酸羟乙酯    18；

二羟甲基丙酸    4。

5、根据权利要求1所述的木器漆，其特征在于：水性紫外光固化树脂中，聚酯多元醇由聚醚多元醇替代。

6、根据权利要求1所述的木器漆，其特征在于：水性光引发剂为羟基苯基酮衍生物类，即Darocur2959。

7、根据权利要求1所述的木器漆，其特征在于：水溶性稀释剂是12个乙氧基以上的三羟甲基丙烷三丙烯酸酯。

8、根据权利要求1所述的木器漆，其特征在于：水溶性助溶剂是N，N-二甲基甲酰胺。