CN102585667A - 一种亲水性紫外光固化涂料及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种亲水紫外光固化涂料，其特征在于，包括：底涂A和面涂B；其中底涂A按重量分数计包括：水性环氧丙烯酸酯25-35份；助溶剂1.5-2.5；光引发剂0.8-2.0份；消泡剂0.5-2份；流平剂0.5-2.5；面涂B按重量份数计包括：水性聚氨酯丙烯酸酯20-38份；润湿促进剂0.2-0.8份；光引发剂1.0-2.5份；助溶剂2-5份；消泡剂0.5-1.5份；流平剂0.5-2.5份；偶联剂1.2-3.5份。本发明提供的亲水紫外光固化涂料，具有较小的亲水角。
Description
技术领域
本发明涉及涂料制备领域，尤其涉及一种亲水性紫外光固化涂料及其制备方法。
背景技术
亲水涂料是一种能够提高基材亲水性的涂料，作为一种重要的功能性涂料，能改变基材的亲水性，近年来引起了人们的普遍关注，已经在空调散热器铝翅片以及医疗器械领域开始了广泛的应用。在空调铝翅片领域，空调机制冷时，烤漆中的水蒸气凝结并附着于翅片表面，在翅片间形成“水桥”，造成通风阻力增大，导致热交换器的工作效率下降，耗能增加，对铝箔进行表面亲水涂层处理后，可以提高散热器热交换速率。医疗器械领域中，目前医学行业中使用的器械常常由疏水性的金属、陶瓷或者工程塑料制成，为了促进手术顺利进行，用于插入血管或者其它体内管道的导管往往要涂覆亲水性聚合物涂层，来改善表面的疏水性以及非生物相容性，可以防止粘膜损伤或感染。
中国专利200710038070.6公开的《一种超薄型空调铝箔热交换器用亲水涂料的制备方法》，其耐腐蚀底涂组成为丙烯酸树脂羟基乳液、氨基树脂、交联助剂组成；亲水性面涂为丙烯酸树脂、聚丙烯酰胺、硅溶胶、十二烷基苯磺酸钠表面活性剂以及部分甲醚化三聚氰胺甲醛树脂固化剂构成。中国专利200710035288.6公开的《一种防腐亲水涂料及其制备方法》，其耐腐蚀性底涂组成为改性环氧树脂、改性丙烯酸树脂、氨基树脂、乙二醇丁醚；亲水性面涂为聚丙烯酸树脂。中国专利200410103974.9公开的《亲水涂料及其制备方法》，其亲水涂料为单层涂敷，组成为水溶性丙烯酸聚合物、水溶性有机-无机硅丙烯酸复合聚合物。
截至目前为止，亲水性涂料无论是单层涂敷还是双层涂覆，其亲水性均达不到实用要求，即亲水角较小，亲水性不好。另外，现有技术中的亲水涂料均为热固性烤漆，需要220-240℃高温烘烤，这样大大地增加了耗能。
发明内容
本发明要解决的技术问题在于提供一种亲水角较小，使用紫外光固化的亲水涂料及其制备方法。
为了解决以上技术问题，本发明提供了一种亲水紫外光固化涂料，包括：底涂A和面涂B；其中底涂A按重量分数计包括：
水性环氧丙烯酸酯 25-35份；
助溶剂 1.5-2.5；
光引发剂 0.8-2.0份；
消泡剂 0.5-2份；
流平剂 0.5-2.5；
面涂B按重量份数计包括：
水性聚氨酯丙烯酸酯 20-38份；
润湿促进剂 0.2-0.8份；
光引发剂 1.0-2.5份；
助溶剂 2-5份；
消泡剂 0.5-1.5份；
流平剂 0.5-2.5份；
偶联剂 1.2-3.5份。
优选的，所述水性环氧丙烯酸树脂为式I所示的化合物：
式I；
其中，所述R为式II所示的取代基：
式II；
n＝1～100。
优选的，所述水性聚氨酯丙烯酸酯树脂为式III所示的化合物：
式III；
其中，R1为甲苯基、二苯基甲烷基、苯二亚甲基、六亚甲基或异佛尔酮基；R2为式IV所示的化合物：
式IV；
m＝5～20。
优选的，所述润湿促进剂为烯丙氧基羟基磺酸钠、烷基酚聚氧乙烯醚、烷基酚聚氧乙烯磺酸盐、十二烷基苯磺酸钠和山梨醇酐油酸酯中的一种或多种。
优选的，助溶剂为异丙醇、乙二醇甲醚、乙二醇丁醚、丙二醇甲醚、二乙二醇乙醚和二乙二醇丁醚中的一种或多种。
优选的，所述偶联剂为乙烯基硅烷。
本发明还提供了一种亲水紫外光固化涂料的制备方法，包括：
将水性环氧丙烯酸酯25-35份、助溶剂1.5-2.5、光引发剂0.8-2.0份、消泡剂0.5-2份、流平剂0.5-2.5混合，以1000～2000rpm速度搅拌均匀，得到底涂A；
将水性聚氨酯丙烯酸酯20-38份、润湿促进剂0.2-0.8份、光引发剂1.0-2.5份、助溶剂2-5份、消泡剂0.5-1.5份、流平剂0.5-2.5份、偶联剂1.2-3.5份混合，以1500～2000rpm的速度搅拌均匀，得到面涂B。
本发明还提供了一种权利要求1所述的亲水紫外光固化涂料的涂覆方法，包括：
在基材表面涂覆底涂A，35～50℃下流平2分钟；
在紫外光下进行第一次紫外光固化；
在所述固化后的底涂A表面涂覆面涂B，35～50℃下流平2分钟；
在紫外光下进行第二次紫外光固化。
优选的，所述紫外光通过功率为3KW的紫外灯产生。
本发明提供了一种亲水紫外光固化涂料，包括底涂A和面涂B，其中所述底涂A按重量份数计包括：水性环氧丙烯酸酯25-35份；助溶剂1.5-2.5；光引发剂0.8-2.0份；消泡剂0.5-2份；流平剂0.5-2.5；面涂B按重量份数计包括：水性聚氨酯丙烯酸酯20-38份；润湿促进剂0.2-0.8份；光引发剂1.0-2.5份；助溶剂2-5份；消泡剂0.5-1.5份；流平剂0.5-2.5份；偶联剂1.2-3.5份。本发明提供的亲水紫外光固化涂料使用底涂A和面涂B分开，底涂A和面涂B均为紫外光固化树脂，底涂A是水性环氧丙烯酸树脂，具有羟基和许多含氧基团，亲水性好，而且由于具有含氧基团，所以底涂A涂覆在基材上固化成膜后能够牢固的附着在基材表面，并具有一定的硬度，另外环氧基团还具有很好的防腐能力，能够提高基材的防腐性能。面涂B采用了水性聚氨酯丙烯酸酯树脂，也是紫外光固化树脂，能够快速在紫外光照射下固化，与此同时，所述水性聚氨酯丙烯酸树脂含有的氨酯基团、羧基、丙烯酸酯基团均为亲水基团，具有多种含氧基团的分子链有益于水在表面附着，亲水角较小。使得涂料面涂涂覆后成型的涂膜的亲水角较小，改善基材表面的亲水性和生物相容性。实验结果表明，本发明提供的亲水紫外光固化涂料的形成的涂膜的亲水角为15-18°，干湿循环1000次以上性能依然稳定。
本发明还提供了一种亲水紫外光固化涂料的制备方法，将底涂A和面涂B分开制备，按照各组分含量混合原料，搅拌均匀即可，方便快捷。在制备过程中不会有有害物质产生，涂料本身也有环保特性。
本法明还提供了一种亲水紫外光固化涂料的制备方法，先在基材上涂覆底涂A，然后用紫外光照射底涂A形成的涂层，30～90秒即可固化，然后在固化后的底涂A表面涂覆面涂B，用紫外光照射所述面涂B形成的涂层，固化后形成的涂膜具有光泽度高、亲水性好。所述涂覆方法，用时短，每层涂覆仅用30～90秒，不用高温烘烤，减少了能耗，提高了施工效率，适合大面积的涂覆作业。
具体实施方式
本发明提供了一种亲水紫外光固化涂料，包括底涂A和面涂B；其中所述底涂A按重量份数计包括：水性环氧丙烯酸酯25-35份；助溶剂1.5-2.5；光引发剂0.8-2.0份；消泡剂0.5-2份；流平剂0.5-2.5；面涂B按重量份数计包括：水性聚氨酯丙烯酸酯20-38份；润湿促进剂0.2-0.8份；光引发剂1.0-2.5份；助溶剂2-5份；消泡剂0.5-1.5份；流平剂0.5-2.5份；偶联剂1.2-3.5份。
本发明提供的水性紫外光固化涂料要解决的两个问题，一个是要比现有技术的亲水涂料亲水性好，也就是要求涂料固化后的涂膜的亲水角较小；另一个就是不用热固化，而是用紫外光固化。
亲水角是指液滴立于铝箔平面或其它板带平面所形成的角度称为亲水角，也称为接触角。亲水角越小，亲水性越好.反之，则亲水角越大，亲水性越差。所述亲水角是通过亲水角测试仪进行测试；测试步骤：先调节亲水角仪器及工作台水平，将待测试样置于工作台上，用弹簧片压紧，并把液滴调整器(用七号针尖)装在支架上，旋转测微头，调整液滴的量，使在针尖形成水滴，滴在铝箔上(针尖与铝箔表面的距离不得超过10mm)；水平移工作台，使水滴在目镜中心，转动目镜中十字线，在水滴和试样接点处作水滴的切线，角度θ即为接触角(亲水角)。
本发明提供的紫外光固化涂料中底涂A的主要固化成分为水性环氧丙烯酸酯，如式1所示的化合物：
式I；
其中，所述R为式II所示的取代基：
式II；
n＝1～100。所述式I所示的化合物中不仅含有具有环氧基团的取代基R还有丙烯酸酯基团、硅氧烷基团，氨基基团等均为亲水基团，而所述硅氧烷基团更是增加了所述水性环氧丙烯酸酯树脂的长效亲水性。而且所述底涂A中具有环氧基团，固化成膜后硬度高，耐磨耐氧化性能好。
按照本发明所述面涂B中的主要紫外光固化成分为水性聚氨酯丙烯酸酯树脂，即式III所示的化合物：
式III；
其中，R1为甲苯基、二苯基甲烷基、苯二亚甲基、六亚甲基或异佛尔酮基；R2为式IV所示的化合物：
式IV；
m＝5～20。
所述式III所示的化合物中含有氨酯基团、硅氧烷基团，和丙烯酸酯基团，能够有效的提高涂膜的亲水性，并使亲水性长时间存在，不会因为长时间使用或长时间暴露在恶劣环境中而降低其亲水性。
按照本发明，底涂A中除了水性环氧丙烯酸酯树脂以外，还包括：助溶剂1.5-2.5；光引发剂0.8-2.0份；消泡剂0.5-2份；流平剂0.5-2.5；按照本发明，所述助溶剂优选为含有醇羟基或醚键的小分子有机化合物，能够增加原料之间的溶解度，改善涂料的亲水性能。按照本发明所述助溶剂优选为异丙醇、乙二醇甲醚、乙二醇丁醚、丙二醇甲醚、二乙二醇乙醚和二乙二醇丁醚中的一种或多种。
消泡剂能够消除原料在混合搅拌是产生的气泡，优选为本领域人员树脂的硅烷类消泡剂、磷酸酯类消泡剂、高碳醇类消泡剂、聚醚类消泡剂；更优选为硅烷类消泡剂或聚醚类消泡剂。最优选为毕克公司生产的消泡剂BYK055，BYK088和BYK067A。
光引发剂是在紫外光照射下能够释放电子而形成自由基引发单体聚合的化合物，本发明提供的光引发剂是使树脂分子链之间交联固化，形成体型聚合物。按照本发明所述光引发剂优选为50％质量的1-羟基环己基苯基甲酮和50％质量的二苯甲酮混合物、2-羟基-2-甲基-1-苯基-1-丙酮、2-羟基-4‘-(2-羟乙氧基)-2-甲基苯丙酮和1-羟基环己基苯基甲酮中的一种或多种。更优选为瑞士汽巴公司生产的Irgacure500、Darocur1173、Darocur2959和Irgacure184为产品；
流平剂为涂料中的常用助剂，能够使涂料在基材表面均匀流动，使涂膜平整。按照本发明，所述流平剂优选为毕克公司生产的流平剂BYK333、BYK366、BFKA3883、BFKA3600和BYK307中的一种或多种。
按照本发明面涂B中还包括：润湿促进剂0.2-0.8份；光引发剂1.0-2.5份；助溶剂2-5份；消泡剂0.5-1.5份；流平剂0.5-2.5份；偶联剂1.2-3.5份。
其中所述光引发剂、助溶剂、消泡剂和流平剂的选择范围与底涂A相同，但可以选择不同的物质也可以选择相同物质，对此本发明没有限制，优选使用相同的物质。
润湿促进剂是提高涂料涂膜润湿率以及亲水性的表面活性剂，可以选择具有阳离子、非离子或阴离子表面活性剂中的一种或多种，按照本发明所述湿润促进剂优选为烯丙氧基羟基磺酸钠、烷基酚聚氧乙烯醚、烷基酚聚氧乙烯磺酸盐、十二烷基苯磺酸钠和山梨醇酐油酸酯中的一种或多种。
偶联剂是一类具有两不同性质官能团的物质，其分子结构的最大特点是分子中含有化学性质不同的两个基团，一个是亲无机物的基团，易与无机物表面起化学反应；另一个是亲有机物的基团，能与合成树脂或其它聚合物发生化学反应或生成氢键溶于其中。因此偶联剂被称作“分子桥”，用以改善无机物与有机物之间的界面作用，从而大大提高复合材料的性能。本发明使用偶联剂的目的是提高面涂涂膜的长效请水性。按照本发明，所述硅烷偶联剂优选为乙烯基硅烷。
本发明还提供了一种亲水紫外光固化涂料的制备方法，
首先在将原料混合之前，优选自行制备水性环氧丙烯酸酯和水性聚氨酯丙烯酸酯。
水性环氧丙烯酸树脂的制备方法如下：
在装有搅拌器、温度计的三口瓶中加入3mol的环氧树脂、1.5mol丙烯酸、0.0003mol对苯二酚和0.0002mol三乙胺，将温度升高到90℃，反应2h。降温到50℃，然后，加入1.5mol氨丙基三乙氧基硅氧烷，反应1.5h；加入1.5mol顺丁烯二酸酐、0.0004mol对苯二酚和0.0002mol三乙胺，以3℃/min的速度升温到95℃，反应2h；降温到45℃，加入1.5mol的三乙胺，继续搅拌1h；得到产物。
水性聚氨酯丙烯酸酯树脂的制备方法如下：
将1moL聚己二酸丁二醇酯二醇(分子量：1000-3000)在110℃减压除水1h，然后，降温到80℃，氮气保护下，加入100mL丁酮以及0.5moL二羟甲基丙酸，以1mL/min的速度滴加3moL甲苯-2，4-二异氰酸酯(或二苯基甲烷基二异氰酸酯、苯二亚甲基二异氰酸酯、六亚甲基二异氰酸酯或异佛尔酮二异氰酸酯)，滴加完毕后，继续反应2h；加入1moL的丙烯酸羟乙酯以及0.0003moL的对苯二酚，继续反应1.5h；降温到室温，加入1moL的氨丙基三乙氧基硅氧烷，搅拌2h；然后，加入0.5moL的三乙胺，搅拌0.5h。得到产物。
制备好水性环氧丙烯酸酯树脂和水性聚氨酯丙烯酸酯树脂后，按照如下方法将原料进行混合。
包括：
将水性环氧丙烯酸酯25-35份、助溶剂1.5-2.5、光引发剂0.8-2.0份、消泡剂0.5-2份、流平剂0.5-2.5混合，以1000～2000rpm速度搅拌均匀，得到底涂A；
将水性聚氨酯丙烯酸酯20-38份、润湿促进剂0.2-0.8份、光引发剂1.0-2.5份、助溶剂2-5份、消泡剂0.5-1.5份、流平剂0.5-2.5份、偶联剂1.2-3.5份混合，以1500～2000rpm的速度搅拌均匀，得到面涂B。
按照本发明，所述底涂A的混合时间优选为2～3小时，搅拌完成后还包括将所述涂料通过200目滤布过滤；所述面涂B混合时间为2.5～3.5小时，搅拌完成后还包括将所述涂料通过200目滤布过滤。
本发明提供的水性紫外光固化涂料的涂覆也是分开涂覆，首先优选将基材表面除锈、除尘，可以打磨干净；然后将所述底涂A均匀涂覆在基材表面，在35～50℃流平2分钟，优选使用3kW的紫外灯照射30～90秒，使底涂A固化；然后在所述底涂A形成的涂膜表面涂覆面涂B，在35～50℃下流平2分钟；优选使用3kW的紫外灯照射30～90秒，使底涂B固化。
以下为本发明具体实施例，详细阐述本发明方案：
按表1的组成和配比计，
(1)底涂A制备：在不锈钢罐中，依次加入水性环氧丙烯酸酯、助溶剂、光引发剂、消泡剂和流平剂，以1500rpm转速搅拌3小时，200目滤布过滤，得到底涂A。
(2)面涂B制备：在不锈钢罐中，依次加入水性聚氨酯丙烯酸酯、润湿促进剂、光引发剂、助溶剂、消泡剂、流平剂和偶联剂，以2000rpm转速搅拌2.5小时，200目滤布过滤，得到面涂B。
在除油、除锈的底材表面涂覆底涂A，40℃流平2分钟，在3KW一盏紫外灯下进行紫外光固化，然后，再涂覆面涂B，40℃流平2分钟，在3KW一盏紫外灯下进行紫外光固化，得到的漆膜进行亲水性测试。测试结果见表2。
表1：
表2：
干湿循环：去离子水中浸泡2分钟，风干6分钟，为一个循环。
耐酸性：10％盐酸溶液(20℃)中浸泡10分钟
耐碱性：10％氢氧化钠溶液(20℃)中浸泡10分钟
以上对本发明提供的一种亲水紫外光固化涂料及其制备方法进行了详细的介绍，本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。
Claims (9)
1.一种亲水紫外光固化涂料，其特征在于，包括：底涂A和面涂B；其中底涂A按重量分数计包括：
水性环氧丙烯酸酯 25-35份；
助溶剂 1.5-2.5；
光引发剂 0.8-2.0份；
消泡剂 0.5-2份；
流平剂 0.5-2.5；
面涂B按重量份数计包括：
水性聚氨酯丙烯酸酯 20-38份；
润湿促进剂 0.2-0.8份；
光引发剂 1.0-2.5份；
助溶剂 2-5份；
消泡剂 0.5-1.5份；
流平剂 0.5-2.5份；
偶联剂 1.2-3.5份。
2.根据权利要求1所述的亲水紫外光固化涂料，其特征在于，所述水性环氧丙烯酸树脂为式I所示的化合物：
式I；
其中，所述R为式II所示的取代基：
式II；
n＝1～100。
3.根据权利要求1所述的亲水紫外光固化涂料，其特征在于，所述水性聚氨酯丙烯酸酯树脂为式III所示的化合物：
式III；
其中，R1为甲苯基、二苯基甲烷基、苯二亚甲基、六亚甲基或异佛尔酮基；R2为式IV所示的化合物：
式IV；
m＝5～20。
4.根据权利要求1所述的亲水紫外光固化涂料，其特征在于，所述润湿促进剂为烯丙氧基羟基磺酸钠、烷基酚聚氧乙烯醚、烷基酚聚氧乙烯磺酸盐、十二烷基苯磺酸钠和山梨醇酐油酸酯中的一种或多种。
5.根据权利要求1所述的亲水紫外光固化涂料，其特征在于，助溶剂为异丙醇、乙二醇甲醚、乙二醇丁醚、丙二醇甲醚、二乙二醇乙醚和二乙二醇丁醚中的一种或多种。
6.根据权利要求1所述的亲水紫外光固化涂料，其特征在于，所述偶联剂为乙烯基硅烷。
7.一种亲水紫外光固化涂料的制备方法，其特征在于，包括：
将水性环氧丙烯酸酯25-35份、助溶剂1.5-2.5、光引发剂0.8-2.0份、消泡剂0.5-2份、流平剂0.5-2.5混合，以1000～2000rpm速度搅拌均匀，得到底涂A；
将水性聚氨酯丙烯酸酯20-38份、润湿促进剂0.2-0.8份、光引发剂1.0-2.5份、助溶剂2-5份、消泡剂0.5-1.5份、流平剂0.5-2.5份、偶联剂1.2-3.5份混合，以1500～2000rpm的速度搅拌均匀，得到面涂B。
8.一种权利要求1所述的亲水紫外光固化涂料的涂覆方法，其特征在于，包括：
在基材表面涂覆底涂A，35～50℃下流平2分钟；
在紫外光下进行第一次紫外光固化；
在所述固化后的底涂A表面涂覆面涂B，35～50℃下流平2分钟；
在紫外光下进行第二次紫外光固化。
9.根据权利要求9所述的涂覆方法，其特征在于，所述紫外光通过功率为3KW的紫外灯产生。
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| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| GR01 | Patent grant | ||
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Granted publication date: 20131127 |