CN102516864A

CN102516864A - 一种复合水性uv涂料

Info

Publication number: CN102516864A
Application number: CN2011104012220A
Authority: CN
Inventors: 张水洞; 林亚庆; 梁树兵; 郑索花
Original assignee: South China University of Technology SCUT
Current assignee: South China University of Technology SCUT
Priority date: 2011-12-07
Filing date: 2011-12-07
Publication date: 2012-06-27

Abstract

本发明公开了一种复合水性UV涂料，该涂料包括的各组分以质量份数记为：聚氧乙烯醚型丙烯酸酯0.1~48份，水溶性环氧丙烯酸接枝氨酯树脂0.1~48份，助剂0.3~5份，光引发剂2~5份，消泡剂0.03~0.8份，润湿剂0.03~0.6份，去离子水30~75份，聚氧乙烯醚型丙烯酸酯和水溶性环氧丙烯酸接枝氨酯树脂需有一种或两种。首先按质量配比称取各组份，接着将聚醚乙烯型丙烯酸酯和水溶性环氧丙烯酸接枝氨酯树脂进行混合制得混合物，然后在混合物中加入光引发剂、消泡剂、润湿剂及水性助剂，搅拌1~2h，然后用相反转法缓慢滴加含0.1~5%的醚化三聚氰胺水溶液。本发明所述之UV涂料，对各类材质具有良好的附着力、环保无毒、成膜硬度高、光泽度及耐液性能优异。

Description

一种复合水性UV涂料

技术领域

本发明涉及一种涂料及其制备方法，尤其涉及一种复合水性UV涂料及其制备方法。

背景技术

目前，水性光固化涂料主要通过物理或化学方法，使树脂以微粒或液滴的形式分散，以水为连续的分散介质中而制得稳定分散体系，其须具有亲水基团和不饱和基团才可在UV照射下固化交联成网络互穿结构，从而获得良好的粘结性能和尺寸稳定性。根据不同的水性化方式，分类为化学改性法和外加乳化法，化学改性法是指在低聚物树脂主链分子上引入亲水性基团或者具有表面活性的分子链段，使其具有自乳化性，自身可分散于水中的体系。根据引入具有表面活性的亲水性基团的方法不同，一般可分为阴离子型、阳离子型和非离子型。外加乳化法主要是油性树脂借助超声振荡、高速搅拌或均质机乳化等手段将其以微粒或者液滴形式分散在水相中，形成稳定的水乳液方法。专利号CN201010256494.1公开了一种磺酸型UV固化水性环氧乳液及其合成方法，该方法将环氧树脂与顺丁烯二酸酐在催化剂的作用下开环酯化反应，在90～120℃反应3～5h，酸值降至初始酸值的40～60％时结束反应，反应获得环氧马来酸酯；再将环氧马来酸酯加热到50～90℃，滴加酰氯化剂三氯化磷，在50～90℃反应2～3小时，反应获得环氧富马酰氯；然后将氨基磺酸用NaOH醇溶液调节pH值至8～10，和环氧富马酸酰氯反应，加水分散可获得UV固化水性环氧树脂乳液。专利号CN200510067056.X 公布了一种可通过具有300nm或更高波长的辐射固化的组合物，使用这种组合物生产涂覆的基材的方法以及如此生产的涂覆产品。该发明包含： 1-99重量％的特定聚氨酯水分散体，1-99重量％的聚酯丙烯酸酯/聚氨酯含水分散体，一种或多种光引发剂，水或者水和溶剂的混合物这四种组分组成。中国专利CN200610124374.X发明的内容是选用丙烯酸及其酯类单体通过水乳液聚合，经过甲基丙烯酸缩水甘油酯改性，使其聚合物具有易交联的不饱和双键和具有易交联的环氧基官能团，在光引发剂存在下，通过由240～350nm光谱范围的紫外光照射发生光交联反应。由此制成UV固化涂料印花粘合剂。以此印花粘合剂为基材，可制成节能环保，性能优良的UV固化的水性纺织物涂料印花胶浆。CN200910040688.5 报道了一种聚氨酯丙烯酸酯型水性UV涂料及其制作方法，聚氨酯丙烯酸酯型水性UV涂料各自的质量份数为：聚醚型丙烯酸酯5～25份，聚氨酯型丙烯酸酯10～60份，光引发剂2～5份，消泡剂0.05～0.5份，润湿剂0.05～0.5，去离子水40～80份。CN201010147859.7 公开了一种用于木器表面涂装可紫外光(UV)固化的水性UV木器涂料及制备方法与应用，该水性UV木器涂料配方包括如下组份：以重量份数计，55％～65％的丙烯酸酯乳液，1.0％～1.5％的光引发剂，10％～15％的填料，2.0％～3.0％增稠剂，2％～5％的助剂用量，8％～10％的异丙醇10～15％的去离子水。制备该水性UV木器漆时，先将水、异丙醇、1/3的丙烯酸酯乳液依次加入到搅拌釜中，然后再依次加入消泡剂、润湿剂、流平剂、分散剂及用水稀释的增稠剂，调节至适当黏度时，在高速搅拌条件下缓慢添加粉料和滴加光引发剂，在1000r/min转速条件下高速分散30以上，然后在600r/min转速条件下将剩余量的乳液加入到搅拌釜中，加入剩余量的增稠剂调节体系黏度。

传统的紫外光(UV)固化配方体系通常由低聚物、活性稀释剂、光引发剂、颜填料和助剂组成。其中活性稀释剂虽然挥发性很低，对环境污染较小，固化后成为涂膜的一部分，但是它具有强烈的气味，对皮肤有一定的刺激性，UV固化过程很难使活性稀释剂全部固化，残留的活性稀释剂对产品的安全卫生和长期性能造成不良影响。随着人们环保观念的提升，水性涂料已成为目前现代涂料发展的主要方向之一。水性涂料所用的树脂是以水为载体合成的，目前广泛应用的有水性丙烯酸涂料、水性聚氨酯涂料等。与溶剂型涂料相比，它最大的优点就是VOC含量较低、无异味、不燃烧且毒性低，本发明在前人发明的基础上，克服了水性涂料耐水性和耐溶剂性差、硬度低、光泽和丰满度差以及干燥速度慢等缺点，按照本发明方法得到的产品固化时间小于25秒，漆膜硬度为1~3H，附着力达到了1级，即使是在环境温度高于50℃下仍可以放置超过15天而不发生任何变化。

发明内容

本发明目的在于克服现有技术中的不足之处，提供一种环保无毒、漆膜性能优异的复合水性UV涂料及其制备方法。

本发明的目的通过下述技术方案来实现：一种复合水性UV涂料，其特征在于，该UV涂料包括以下各组分，以质量份数表示为：

聚氧乙烯醚型丙烯酸酯和/或水溶性环氧丙烯酸接枝氨酯树脂 0.1~48；

助剂 0.3~5；

光引发剂 2~5；

消泡剂 0.03~0.8；

润湿剂 0.03~0.6；

去离子水 30~75。

所述聚氧乙烯醚型丙烯酸酯的制备原料包括异佛尔酮二异氰酸酯、含羟基的丙烯酸酯、二月桂酸二丁基锡和对苯二酚，聚氧乙烯醚型丙烯酸酯的制备原料还包括脂肪醇聚氧乙烯醚或月桂醇聚氧乙烯醚。其中，二月桂酸二丁基锡占整个参与反应的混合物总量的0.005~0.08%，对苯二酚占整个参与反应的混合物总量的0.02~0.6%。

所述水溶性环氧丙烯酸接枝氨酯树脂的制备原料包括异佛尔酮二异氰酸酯、含羟基的丙烯酸酯、二月桂酸二丁基锡和对苯二酚，水溶性环氧丙烯酸接枝氨酯树脂的制备原料还包括聚乙二醇二缩水甘油醚聚或丙二醇二缩水甘油醚。其中，二月桂酸二丁基锡占整个参与反应的混合物总量的0.005~0.08%，对苯二酚占整个参与反应的混合物总量的0.02~0.6%。

所述含羟基的丙烯酸酯为（甲基）丙烯酸-2-羟基乙酯、（甲基）丙烯酸-2-羟基丙酯和（甲基）丙烯酸-4-羟基丁酯中的任一种或一种以上的混合物。

所述助剂为醚化三聚氰胺、含不饱和双键的有机硅、纳米材料中的一种以上。

所述复合水性UV涂料采用逐步聚合的方法制备，具体包括如下步骤：

（1）制备聚氧乙烯醚型丙烯酸酯和/或水溶性环氧丙烯酸接枝氨酯树脂；

（2）在步骤（1）制得的衍生物中添加引发剂、消泡剂、润湿剂和助剂制备得到复合水性UV涂料。

本发明相对现有技术具有以下优点和有益效果：

（1）本发明达到无溶剂聚合目的，避免了生产过程中溶剂抽提，从而降低能耗和生产危险性；

（2）本发明所得涂料VOC含量低，符合环保要求；

（3）本发明所得涂料对各类材质附着力好，光泽度高；

（4）通过添加入少量助剂，达到明显增强漆膜硬度；

（5）设备要求低，工艺简单易控。

具体实施方式

下面结合实施例进一步阐述本发明专利的内容和技术特点，但本发明的实施方式不限于此：

实施例1

第一步：制备水溶性环氧丙烯酸接枝氨酯树脂

在装有搅拌器、氮气、冷凝管、恒压滴液漏斗和温度计的反应釜中加入的聚丙二醇二缩水甘油醚200g、对苯二酚1.5g和三苯基膦3g，搅拌升温至85℃，用恒压滴液漏斗缓慢滴加按环氧基与羰基摩尔当量比1:1的甲基丙烯酸86g， 1小时内滴加完毕，升温至110℃，反应2h后，每隔一定时间取样测其酸值，当酸值小于或等于5mgKOH/g时，停止反应，制得环氧丙烯酸树脂；

降温至60℃，缓慢滴加含异佛尔酮二异氰酸酯223.3g、二月桂酸二丁基锡0.05g与对苯二酚2g的混合物，0.5h滴完，继续反应至NCO值稳定，而后用恒压滴液漏斗缓慢滴加丙烯酸- 2 - 羟乙酯116g，滴加完毕后升温至75℃，反应过程中通过在反应的混合物中取样检测NCO的含量来监控反应进行程度，当NCO的含量稳定时，即<0.3gNCO/100g，加入三乙胺7.2g中和，制得水溶性环氧丙烯酸接枝氨酯树脂。

第二步：制备复合水性UV涂料

取500g水溶性环氧丙烯酸接枝氨酯树脂、30g光引发剂、2g消泡剂、2g润湿剂投入分散釜，升温到60℃，搅拌1h至混合均匀，开始缓慢滴加含有5%醚化三聚氰胺溶液350g,1h滴完，搅拌速度为200rmp。滴加完毕后得到稳定的复合水性UV涂料，所得涂料均匀稳定，对人体及周围环境无任何危害，其漆膜性能优异，其漆膜性能如表1所示：

表1

性能	测试结果
		固化时间/s	<25
漆膜硬度/H	H~2H
		附着力/级	1
储存稳定性（50℃）/天	15

实施例2

第一步：制备聚氧乙烯醚型丙烯酸酯

在装有搅拌器、氮气、冷凝管、恒压滴液漏斗和温度计的反应釜中加入异佛尔酮二异氰酸酯223.3g，缓慢升温至50℃，缓慢滴加含脂肪醇聚氧乙烯醚300g、二月桂酸二丁基锡0.05g与对苯二酚2g的混合物，0.5h滴完，继续反应至NCO值稳定，而后用恒压滴液漏斗缓慢滴加丙烯酸- 2 - 羟乙酯118g，滴加完毕后升温至75℃，反应过程中通过在反应的混合物中取样检测NCO的含量来监控反应进行程度，当NCO的含量稳定时，即<0.3gNCO/100g，加入三乙胺9.7g中和，制得聚氧乙烯醚型丙烯酸酯。

第二步：制备复合水性UV涂料

取500g聚氧乙烯醚型丙烯酸酯、30g光引发剂、2g消泡剂、2g润湿剂投入分散釜，升温到60℃，搅拌1h至混合均匀，开始缓慢滴加含有5%醚化三聚氰胺溶液350g,1h滴完，搅拌速度为200rmp。滴加完毕后得到稳定的复合水性UV涂料，所得涂料均匀稳定，对人体及周围环境无任何危害，其漆膜性能优异，其漆膜性能如表2所示：

表2

性能	测试结果
		固化时间/s	<25
漆膜硬度/H	H~2H
		附着力/级	1
储存稳定性（50℃）/天	18

实施例3

第一步：制备水溶性环氧丙烯酸接枝氨酯树脂

第二步：制备聚氧乙烯醚型丙烯酸酯

在装有搅拌、氮气、冷凝管、恒压滴液漏斗和温度计的反应釜中加入异佛尔酮二异氰酸酯223.3g，缓慢升温至50℃，缓慢滴加含脂肪醇聚氧乙烯醚300g、二月桂酸二丁基锡0.05g与对苯二酚2g的混合物，0.5h滴完，继续反应至NCO值稳定，而后用恒压滴液漏斗缓慢滴加丙烯酸- 2 - 羟乙酯118g，滴加完毕后升温至75℃，反应过程中通过在反应的混合物中取样检测NCO的含量来监控反应进行程度，当NCO的含量稳定时，即<0.3gNCO/100g，加入三乙胺9.7g中和，制得聚氧乙烯醚型丙烯酸酯。

第三步：制备复合水性UV涂料

取150g水溶性环氧丙烯酸接枝氨酯树脂与350g聚氧乙烯醚型丙烯酸酯、30g光引发剂、2g消泡剂、2g润湿剂投入分散釜，升温到60℃，搅拌1h至混合均匀，开始缓慢滴加含有5%醚化三聚氰胺溶液350g,1h滴完，搅拌速度为200rmp。滴加完毕后得到稳定的复合水性UV涂料，所得涂料均匀稳定，对人体及周围环境无任何危害，其漆膜性能优异，其漆膜性能列于下表中：

表3

性能	测试结果
		固化时间/s	<25
漆膜硬度/H	H~3H
		附着力/级	1
储存稳定性（50℃）/天	18

实施例4

第一步：制备水溶性环氧丙烯酸接枝氨酯树脂

第二步：制备聚氧乙烯醚型丙烯酸酯

在装有搅拌、氮气、冷凝管、恒压滴液漏斗和温度计的反应釜中加入异佛尔酮二异氰酸酯223.3g，缓慢升温至50℃，缓慢滴加含脂肪醇聚氧乙烯醚360g、二月桂酸二丁基锡0.05g与对苯二酚2g的混合物，0.5h滴完，继续反应至NCO值稳定，而后用恒压滴液漏斗缓慢滴加丙烯酸- 2 - 羟乙酯92.8g，滴加完毕后升温至75℃，反应过程中通过在反应的混合物中取样检测NCO的含量来监控反应进行程度，当NCO的含量稳定时，即<0.3gNCO/100g，加入三乙胺9.7g中和，制得聚氧乙烯醚型丙烯酸酯。

第三步：制备复合水性UV涂料

表4

性能	测试结果
		固化时间/s	<25
漆膜硬度/H	H~3H
		附着力/级	1
储存稳定性（50℃）/天	21

实施例5

第一步：制备水溶性环氧丙烯酸接枝氨酯树脂

第二步：制备聚氧乙烯醚型丙烯酸酯

第三步：制备复合水性UV涂料

取350g水溶性环氧丙烯酸接枝氨酯树脂与150g聚氧乙烯醚型丙烯酸酯、30g光引发剂、2g消泡剂、2g润湿剂投入分散釜，升温到60℃，搅拌1h至混合均匀，开始缓慢滴加含有5%醚化三聚氰胺溶液350g,1h滴完，搅拌速度为200rmp。滴加完毕后得到稳定的复合水性UV涂料，所得涂料均匀稳定，对人体及周围环境无任何危害，其漆膜性能优异，其漆膜性能如表5所示：

表5

Claims

1.一种复合水性UV涂料，其组分和含量以质量份数计为：

助剂 0.3~5；

光引发剂 2~5；

消泡剂 0.03~0.8；

润湿剂 0.03~0.6；

去离子水 30~75；

所述复合水性UV涂料采用逐步聚合法制备，即先制得聚氧乙烯醚型丙烯酸酯和/或水溶性环氧丙烯酸接枝氨酯树脂，再添加光引发剂、消泡剂、润湿剂和助剂制得复合水性UV涂料。

2.根据权利要求1所述的一种复合水性UV涂料，其特征是聚氧乙烯醚型丙烯酸酯的制备原料包括异佛尔酮二异氰酸酯、含羟基的丙烯酸酯、二月桂酸二丁基锡和对苯二酚，聚氧乙烯醚型丙烯酸酯的制备原料还包括脂肪醇聚氧乙烯醚或月桂醇聚氧乙烯醚。

3.根据权利要求1所述的一种复合水性UV涂料，其特征是水溶性环氧丙烯酸接枝氨酯树脂的制备原料包括异佛尔酮二异氰酸酯、含羟基的丙烯酸酯、二月桂酸二丁基锡和对苯二酚，水溶性环氧丙烯酸接枝氨酯树脂的制备原料还包括聚乙二醇二缩水甘油醚聚或聚丙二醇二缩水甘油醚。

4.根据权利要求2或3所述的一种复合水性UV涂料，其特征是二月桂酸二丁基锡占整个参与反应的混合物总量的0.005~0.08%，对苯二酚占整个参与反应的混合物总量的0.02~0.6%。

5.根据权利要求2或3所述的一种复合水性UV涂料，其特征是所述含羟基的丙烯酸酯为（甲基）丙烯酸-2-羟基乙酯、（甲基）丙烯酸-2-羟基丙酯和（甲基）丙烯酸-4-羟基丁酯中的任一种或一种以上的混合物。

6.根据权利要求1所述的一种复合水性UV涂料，其特征是所述助剂为醚化三聚氰胺、含不饱和双键的有机硅、纳米材料中的任一种或一种以上的混合物。