CN101629030A - 一种高耐候性、自修复性涂层 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种高耐候性、自修复性涂层，是将单体光固化树脂添加到涂料体系中，分散均匀后喷涂或刷涂成膜，得到具有较高耐候性和自修复性能的涂层。所述单体光固化树脂的添加重量为涂料体系基体树脂的0.5－5％。本发明利用太阳光的紫外光和空气中氧气的共同作用，以光固化树脂吸收部分紫外光而延缓涂层老化，同时利用导致涂层老化的紫外光作为激发信号，促使涂层中添加的光固化树脂在涂层表层发生光固化反应形成新涂层，阻止涂层的老化破坏，提高耐候性并实现涂层的自修复。
Description
技术领域
本发明涉及用于户外设备、装备和构筑物装饰和防腐功能的高耐候性、自修复性涂层，属于化工涂料技术领域。
背景技术
涂层(coating)是涂料施涂所得到的固态连续膜，是为了防护、绝缘、装饰等目的，涂布于金属、织物、塑料等基体上的塑料薄层。一般涂料所得涂层较薄，约在20～50微米，厚浆型涂料则一次可得厚达1毫米以上的涂层。
涂层是人类历史上最古老的技术之一，也是大气环境中最重要和最常见的装饰和防护手段，而大气环境中有机涂层一般均存在一定量的光敏性杂质或组分，通过这些光敏成分吸收太阳光中紫外光能，涂层将吸收的光能作用于交联网络的较弱化学键，使其不可避免地发生裂解或某种形式的转变，宏观表现为变色、变脆、降解、开裂等，从而引起外观、力学性能、介电性能和防腐蚀性能的劣化，最终失去使用价值，甚至会导致基底材料严重腐蚀发生事故。
为了减轻紫外线对树脂涂层的破坏，常采用紫外线稳定剂、抗氧化剂或位阻胺光稳定剂等被动延缓紫外光的破坏作用，但是这些添加剂由于下列原因导致树脂稳定性下降：物理损耗(挥发性、迁移、收缩、在配方中其它组分上的吸收)；化学分解；与基质的分解产物之间的反应。一旦涂层被破坏，无法进行自修复，只能更换，这将对野外大型构筑物或军事设施的安全性和功能性产生严重影响。
为了提高涂层耐候性，选用高耐候性的基体树脂，如氟树脂、硅树脂或脂肪族聚氨酯等则会造成涂料成本过高，经过氟改性基体树脂还存在附着力和配套性差等缺点，而且推广应用技术难度高。
光固化树脂(又称光敏树脂)含有不饱和官能团，能在紫外光照射下由光敏剂引发聚合反应，生成不溶的涂膜。光固化树脂主要包括聚氨酯丙烯酸酯、双酚A型环氧丙烯酸酯、聚酯丙烯酸酯和丙烯酸类单体等。双酚A型环氧丙烯酸酯具有固化速度快、涂膜耐化学溶剂性能好，硬度高等特点。聚氨酯丙烯酸酯具有柔韧性好、耐磨等特点。但目前光固化树脂主要用于纸张、塑料、皮革和木材等易燃底材上的光固化涂料中，具有固化时间短、固化温度低、挥发分低等优点。因光固化树脂必须在光敏剂引发下才能反应，故在普通的聚氨酯涂料、氯化树脂涂料和聚酯树脂涂料中尚没有应用和研究。
发明内容
针对现有技术中，用于户外设备、装备和构筑物装饰和防腐功能的涂层耐候性差、无自修复性等不足，本发明的目的是提供一种高耐候性、自修复性涂层。
本发明采用的技术手段是：一种高耐候性、自修复性涂层，其特征在于，将单体光固化树脂添加到涂料体系中，分散均匀后喷涂或刷涂成膜，得到具有较高耐候性和自修复性能的涂层。所述单体光固化树脂的添加重量为涂料体系基体树脂0.5-5％。
进一步，所述单体光固化树脂包括聚氨酯丙烯酸酯、聚酯丙烯酸酯或丙烯酸类中的至少一种。
所述涂料体系包括聚氨酯、氯化树脂或聚酯树脂中的至少一种。
相比现有技术，本发明具有如下有益效果：
因涂层大气老化的主要原因是由于受紫外光影响，本发明人提出在聚氨酯、氯化树脂或聚酯树脂涂层中添加光固化树脂，以光固化树脂吸收部分紫外光而延缓涂层老化，同时利用导致涂层老化的紫外光作为激发信号，促使涂层中添加的光固化树脂在涂层表层发生光固化反应形成新涂层，阻止涂层的老化破坏，提高耐候性并实现涂层的自修复。
本发明的原理为：在太阳光的紫外光和空气中的氧气共同作用下，涂层树脂发生自然老化，产生自由基，添加的光固化树脂本身发生固化成膜需要自由基的引发，因此在涂层发生老化时光固化树脂将涂层老化产生的自由基破坏并发生自身聚合，形成涂层将已经被破坏的涂层粘接，实现吸收紫外光并捕捉其产生的破坏性的自由基，提高涂层耐候性，同时对涂层进行一定的修复的功能。
具体实施方式
为表明本发明的效果，下面通过具体的实施例进一步说明本发明。但是，应当理解为，这些实施例仅仅是用于更详细具体地说明之用，而不应理解为用于以任何形式限制本发明。
表1为根据本发明列举的几个实施例 (表1)
| 配方1 | 配方2 | 配方3 | 配方4 | 配方5 | 配方6 | 配方7 | |
| 涂料 | 685聚氨酯清漆及固化剂(1∶1) | 685聚氨酯清漆及固化剂(1∶1) | 聚氨酯木器清漆 | 氯化树脂TJ52-13 | 聚氨酯木器清漆 | 聚酯树脂Z09-4 | 聚酯树脂Z09-4 |
| 光固化树脂 | EGMAE(1.25％) | ||||||
| 光固化树脂 | TPGDA(2.5％) | ||||||
| 光固化树脂 | HDDA(3.75％) | ||||||
| 光固化树脂 | 聚酯丙烯酸酯(5％) | ||||||
| 光固化树脂 | 聚氨酯丙烯酸酯(0.5％) | ||||||
| 光固化树脂 | 聚氨酯丙烯酸酯(3.5％) | ||||||
| 光固化树脂 | 聚氨酯丙烯酸酯(4.5％) |
表2为原材料清单 (表2)
| 涂料及光固化树脂 | 产地 | 代号 | |
| 685聚氨酯清漆685聚氨酯固化剂聚氨酯木器清漆氯化树脂TJ52-13聚酯树脂Z09-4EGMAETPGDAHDDA聚酯丙烯酸酯 | 工业级工业级工业级工业级工业级工业级工业级工业级工业级 | 江苏天竹化工科技有限公司江苏天竹化工科技有限公司重庆三峡油漆股份有限公司天津灯塔涂料重庆三峡油漆股份有限公司重庆市化工研究院长兴化学工业股份有限公司长兴化学工业股份有限公司长兴化学工业股份有限公司 | ABCD |
| 聚氨酯丙烯酸酯 | 工业级工业级 | 长兴化学工业股份有限公司长兴化学工业股份有限公司 | EF |
制膜、性能检测、结论及机理分析如下：
按表1所述配方(光固化树脂的添加重量以基体树脂的重量计)，分别将称量好的光固化树脂添加到聚氨酯、氯化树脂或聚酯树脂涂料中，并搅拌均匀，涂膜制备，以备线棒涂布。
用线棒涂布器，分别将上述涂料涂在表面处理过的马口铁板(按照GB/T 9271《色漆和清漆标准制板》)上，室温固化至实干。干膜厚度约30±5μm(根据GB/T1865《色漆和清漆人工气候老化和人工辐射曝露》)
涂层性能测试包括老化前、后的基本力学(如硬度)、光学(如黄度指数)及老化性能(如失光率、开裂等级等)测定。
光老化前后涂膜的硬度检测结果：空白样板和改性的样板辐照前的铅笔硬度都是2H，表明添加少量改性剂未对漆膜硬度造成不利影响；改性的样板经1300h的QUV老化后的铅笔硬度都降低为H，而空白样板(天竹牌)降为HB。
天竹牌空白样板发生穿透整个涂膜的开裂，失光率为49％，黄度指数为20.6％，最优改性剂(光固化树脂)添加量依次为1.25％ E、3.75 F％和3.75％ C，轻微开裂，失光率30％左右，黄度指数维持在16.5％；而三峡牌空白样板老化后没有发现开裂现象，失光率为28％，黄度指数为11.2％，改性的最优结果为，添加2.5％B可将失光率降为17.5％，添加1.25％A可将黄度指数降低到7.6％，失光率16％左右。
本发明的创新在于，将光固化树脂，如聚氨酯丙烯酸酯、双酚A型环氧丙烯酸酯、聚酯丙烯酸酯、丙烯酸类单体(二缩三丙二醇双丙烯酸酯、1，4一环氧乙烷环己烷双丙烯酸酯、三羟甲基丙烷三丙烯酸酯)等，添加到聚氨酯等涂料体系中，分散均匀后喷涂或刷涂成膜，即得具有较高耐候性和自修复性能的涂层，添加量在0.5-5％。芳香族聚氨酯涂层的耐候性由QUV老化500小时提高到1000小时。
通过反复试验证明，涂层紫外光透过率降低，光泽度和黄变变化缓慢，耐候性能显著提高，成本基本没有变化，涂层的机械物理性能和装饰性能没有变化。而没有添加光固化树脂的涂层，在自由基的作用下加速破坏，而单独的光固化树脂没有自由基的引发也不能固化成膜。
Claims (4)
1、一种高耐候性、自修复性涂层，其特征在于，将单体光固化树脂添加到涂料体系中，分散均匀后喷涂或刷涂成膜，得到具有较高耐候性和自修复性能的涂层。
2、根据权利要求1所述的高耐候性、自修复性涂层，其特征在于，所述单体光固化树脂的添加重量为涂料体系基体树脂的0.5-5％。
3、根据权利要求1所述的高耐候性、自修复性涂层，其特征在于，所述单体光固化树脂为聚氨酯丙烯酸酯、聚酯丙烯酸酯或丙烯酸类中的至少一种。
4、根据权利要求1所述的高耐候性、自修复性涂层，其特征在于，所述涂料体系包括聚氨酯、氯化树脂或聚酯树脂中的至少一种。
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