CN103980812A - 一种uv-led光固化涂料及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明为一种UV-LED光固化涂料及其制备方法，其特征在于：所述光固化涂料的组成及质量百分比为：高官能度脂肪酸聚氨酯丙烯酸酯低聚物，6197 20～30%，二官能度聚氨酯丙烯酸酯，6071 10～20%，三官能度功能单体，活性稀释剂，TMPTA 10～20%，抑泡剂，TEGO920 0.1～0.3%，双官能度功能单体，活性稀释剂，NPGDA 10～20%，单官能团功能单体，活性稀释剂，HEMA 10～20%，流平剂，BYK358N 0.2～0.5%，光引发剂，HABI-L5～10%。本发明具有固化迅速，节能、环保等优点，提升了UV-LED光固化的生产效率。

Description

一种UV-LED光固化涂料及其制备方法

技术领域

本发明涉及一种光固化涂料，特别是公开一种UV-LED光固化涂料及其制备方法，属于涂料领域，适用于包装、建材、电子通讯、交通等行业，具有高效、节能、环保等优势。

背景技术

光固化是指在紫外光或可见光的作用下,将液态中的低聚物和单体经过交联聚合而形成固态产物的过程。紫外光固化(UV)是辐射固化技术的一个分支,主要应用于制备光固化涂料。LED是发光二极管的英文缩写，UV LED是紫外线发光二极管的英文缩写，新型的UV LED 其发光技术和传统的汞灯发光技术不同，新型UV LED是场致发光，而传统的汞灯发光是通过某种气体实现发光的。

在特殊配比的树脂中加入光引发剂，促使UV LED光固化设备中的紫外光进行吸收，进而产生自由基或者其他基团，产生一系列反应使树脂等材料的短时间内快速的转变成固态，这个树脂转化为固态的过程，称为紫外光固化。UV LED光源采用大功率LED芯片和特殊的光学设计，在生产环节使用最新的高功率LED制造工艺,实现了高品质产品的高精度、高强度照射并且具有比较好的均匀性，使UV粘合剂更快固化，缩短了生产时间，大幅度提高了生产效率。

光固化涂料一般由预聚物、光引发剂、活性稀释剂和助剂组成。其中光固化预聚体是主要活性组分之一，在光引发剂的引发下发生反应，形成网状聚合物。低聚物主要包括：不饱和聚酯，丙烯酸树脂，聚氨酯丙烯酸树脂，环氧丙烯酸树脂。光引发剂是一类容易吸收紫外光能量产生活性自由基或活性离子基，进而引发涂料中不饱和基团聚合的物质。活性稀释剂又称光活性单体 , 在光固化涂料的组成体系中兼有固化交联和溶剂的双重功能。常用的活性稀释剂分单官能团 , 双官能团和多官能团的化合物。

光固化涂料和一般热固化涂料相同，涂布后都有一个由液态转变为固态的成膜的过程。但是光固化涂料又有自身的特点,在光固化涂料中起稀释作用的不是一般的溶剂而是活性稀释剂,亦即不易挥发的单体,它在成膜过程中参加光聚合反应而形成网状结构。

LED—UV系统与传统的UV系统比较，具有以下优点：

1、LED 与紫外灯方式相比，只需要其 1／4 的电能消耗，可节省能耗费用，大大减少了CO₂的排放量；

2、本发明为395nm光源照射固化光源接近可见光，对人体危害小；

3、LED 光源元件与紫外线灯相比寿命约为其 12倍，光源更换频度大幅降低，器材耗用随之减少；

4、LED 可做到瞬间开启或关闭，无需 UV 灯方式所必须的预热及降温时间，作业效率得到提高；

5、由于紫外线照射装置与相关配套装置非常紧凑，无需以往那种较大的机械安装空间以及管道施工，设置简单容易。

CN 102532967 A公布了一种可用于UV-LED光源快速固化的涂料，该发明的特殊齐聚物为巯基改性丙烯酸类树脂。CN 102482145 A公布了一种可辐射固化光纤涂料组合物的LED固化，该发明用氨基甲酸酯（甲基）丙烯酸酯低聚物、反应性稀释剂单体和光引发剂制备。CN 102652161 A公布了一种可辐射固化地板涂料的LED固化，该发明包括至少一种可辐射固化的低聚物，至少一种光引发剂和至少一种反应性稀释剂单体，其中光引发剂为常规的Ⅰ型和Ⅱ型光引发剂。CN 103396689 A公布了一种LED-UV光源固化涂料，有丙烯酸酯类低聚物、活性稀释剂、光引发剂、颜填料等制备。上述专利中的光引发剂都为UV常规型光引发剂，效果不佳。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术和配套产品存在的缺陷，提供一种UV-LED光固化涂料及其制备方法，本发明是一种无毒环保，节能能源的UV-LED光固化涂料。

本发明是这样实现的：一种UV-LED光固化涂料，其特征在于：所述光固化涂料的组成及质量百分比如下：

高官能度脂肪酸聚氨酯丙烯酸酯低聚物，6197                                    20～30%，

二官能度聚氨酯丙烯酸酯，6071                                                         10～20%，

三官能度功能单体，活性稀释剂，TMPTA                                          10～20%，

抑泡剂，TEGO920                                                                             0.1～0.3%，

双官能度功能单体，活性稀释剂，NPGDA                                          10～20%，

单官能团功能单体，活性稀释剂，HEMA                                            10～20%，

流平剂，BYK358N                                                                              0.2～0.5%，

光引发剂，HABI-L                                                                             5～10%；

所述的低聚物包括环氧丙烯酸树脂、聚氨酯丙烯酸树脂、聚醚丙烯酸树脂、聚酯丙烯酸树脂、丙烯基树脂和纯丙烯酸树脂；

所述的高官能度脂肪酸聚氨酯丙烯酸酯低聚物是官能度在6～15之间的聚氨酯预聚物，选用长兴化学工业股份有限公司生产的Etercure 6197；

所述的二官能度聚氨酯丙烯酸酯是脂肪族的二官能度聚氨酯丙烯酸酯预聚物，选用长兴化学工业股份有限公司生产的Etercure 6071；

所述的活性稀释剂为二丙二醇类二丙烯酸酯、三丙二醇类二丙烯酸酯、三羟甲基丙烷三丙烯酸酯、二季戊四醇六丙烯酸酯、1，6- 己二醇二丙烯酸酯、季戊四醇三丙烯酸酯、双季戊四醇五丙烯酸酯的一种或几种；

所述的三官能度功能单体为TMPTA，三羟甲基丙烷三丙烯酸酯；

所述的双官能度功能单体为NPGDA，新戊二醇二丙烯酸酯；

所述的单官能团功能单体为活性稀释剂HEMA，甲基丙烯酸-β-羟乙酯；

所述的光引发剂为HABI-L，六芳基二咪唑；

所述的抑泡剂是指有机聚合物类，在TEGO 920，EFKA-2720 、BYK 055中选择其中一种或几种；

所述流平剂是指丙烯酸酯共聚体溶液，在BYK 388、BYK381、BYK 358N中选择其中一种或几种。

一种上述UV-LED光固化涂料的制备方法，其特征在于：将低聚物、活性稀释剂TMPTA和抑泡剂按配比加入拉缸中搅拌800～000rpm，搅拌均匀，15～20min；然后向拉缸中继续加入活性稀释剂NPGDA和HEMA，搅拌均匀，搅拌速度500～600rpm，10min；继续加入流平剂和光引发剂，搅拌速度500～600rpm，3min，搅拌均匀，出料包装，注意防止自然光照射。

本发明是以高官能度聚氨酯丙烯酸树脂和高官能度丙烯酸酯单体为主体，搭配部分三官能度聚氨酯丙烯酸酯树脂，适当引入部分刚性的单官能度丙烯酸酯单体平衡高官能度丙烯酸酯单体对固化时产生的收缩率，再加入一定量的光引发剂、助剂，改善涂料的施工性能和表面效果。

本发明采用的HABI可用作光敏引发剂，光谱吸收为300～400nm，更环保，具有比常规光引发剂更好的固化效果。HABI分子中连接两个咪唑基的化学键吸收光后，发生断裂，生成两个咪唑自由基，该自由基具有氧化性，可以夺取其它化合物的氢，因此HABI常常被作为光氧化剂和光引发剂用于光固化和光变色材料。本发明优用395nm光源。

本发明的有益效果是：本发明的UV-LED光固化涂料为透明或半透明胶液，室温避光储存时间为一年，固化采用395nm光源照射，具有固化迅速，节能、环保等优点，提升了UV-LED 光固化的生产效率。

具体实施方式

本发明一种UV-LED光固化涂料的组成及质量百分比为：高官能度脂肪酸聚氨酯丙烯酸酯低聚物，6197  20～30%，二官能度聚氨酯丙烯酸酯，6071  10～20%，三官能度功能单体，活性稀释剂，TMPTA  10～20%，抑泡剂，TEGO920  0.1～0.3%，双官能度功能单体，活性稀释剂，NPGDA  10～20%，单官能团功能单体，活性稀释剂，HEMA  10～20%，流平剂，BYK358N  0.2～0.5%，光引发剂，HABI-L 5～10% 。

实施例1：

将25g 6197、15g 6071、18g活性稀释剂TMPTA和0.2g TEGO 920加入拉缸中搅拌，800～1000rpm，搅拌均匀，15～20min；然后向拉缸中继续加入活性稀释剂15g NPGDA和19.5gHEMA，搅拌均匀，搅拌速度500～600rpm，10min；继续加入流平剂0.3g BYK 358N和7g HABI-L，搅拌速度500～600rpm，3min，搅拌均匀，出料包装。

本实施例制得的UV-LED光固化涂料黏度为 80KU左右，固化光源为395nm，注意防止自然光照射。

实施例2：

将23g 6197、16g 6071、18g活性稀释剂TMPTA和0.2g TEGO 920加入拉缸中搅拌，800～1000rpm，搅拌均匀，15～20min；然后向拉缸中继续加入活性稀释剂16g NPGDA和19.5gHEMA，搅拌均匀，搅拌速度500～600rpm，10min；继续加入流平剂0.3g BYK 358N和7g HABI-L，搅拌速度500～600rpm，3min，搅拌均匀，出料包装。

本实施例制得的UV-LED光固化涂料黏度为 80KU左右，固化光源为395nm，注意防止自然光照射。

实施例3：

将27g 6197、15g 6071、17g活性稀释剂TMPTA和0.2g TEGO 920加入拉缸中搅拌，800～1000rpm，搅拌均匀，15～20min；然后向拉缸中继续加入活性稀释剂16g NPGDA和17.5gHEMA，搅拌均匀，搅拌速度500～600rpm，10min；继续加入流平剂0.3g BYK 055和7g HABI-L，搅拌速度500～600rpm，3min，搅拌均匀，出料包装。

本实施例制得的UV-LED光固化涂料黏度为 80KU左右，固化光源为395nm，注意防止自然光照射。

实施例4：

将25g 6197、15g 6071、17g活性稀释剂TMPTA和0.2g TEGO 920加入拉缸中搅拌，800～1000rpm，搅拌均匀，15～20min；然后向拉缸中继续加入活性稀释剂16g NPGDA和18.5gHEMA，搅拌均匀，搅拌速度500～600rpm，10min；继续加入流平剂0.3g BYK 381和8g HABI-L，搅拌速度500～600rpm，3min，搅拌均匀，出料包装。

本实施例制得的UV-LED光固化涂料黏度为 80KU左右，固化光源为395nm，注意防止自然光照射。

Claims (3)

1.一种UV-LED光固化涂料，其特征在于：所述光固化涂料的组成及质量百分比如下：

高官能度脂肪酸聚氨酯丙烯酸酯低聚物，6197  20～30%，

二官能度聚氨酯丙烯酸酯，6071    10～20%，

三官能度功能单体，活性稀释剂，TMPTA    10～20%，

抑泡剂，TEGO920   0.1～0.3%，

双官能度功能单体，活性稀释剂，NPGDA    10～20%，

单官能团功能单体，活性稀释剂，HEMA 10～20%，

流平剂，BYK358N   0.2～0.5%，

光引发剂，HABI-L  5～10%；

所述的低聚物包括环氧丙烯酸树脂、聚氨酯丙烯酸树脂、聚醚丙烯酸树脂、聚酯丙烯酸树脂、丙烯基树脂和纯丙烯酸树脂；

所述的高官能度脂肪酸聚氨酯丙烯酸酯低聚物是官能度在6～15之间的聚氨酯预聚物；

所述的二官能度聚氨酯丙烯酸酯是脂肪族的二官能度聚氨酯丙烯酸酯预聚物；

所述的活性稀释剂为二丙二醇类二丙烯酸酯、三丙二醇类二丙烯酸酯、三羟甲基丙烷三丙烯酸酯、二季戊四醇六丙烯酸酯、1，6- 己二醇二丙烯酸酯、季戊四醇三丙烯酸酯、双季戊四醇五丙烯酸酯的一种或几种；

所述的三官能度功能单体为TMPTA，三羟甲基丙烷三丙烯酸酯；

所述的双官能度功能单体为NPGDA，新戊二醇二丙烯酸酯；

所述的单官能团功能单体为活性稀释剂HEMA，甲基丙烯酸-β-羟乙酯；

所述的光引发剂为HABI-L，六芳基二咪唑；

所述的抑泡剂是指有机聚合物类，在TEGO 920，EFKA-2720 、BYK 055中选择其中一种或几种；

所述流平剂是指丙烯酸酯共聚体溶液，在BYK 388、BYK381、BYK 358N中选择其中一种或几种。

2.根据权利要求1所述的一种UV-LED光固化涂料，其特征在于：所述的高官能度脂肪酸聚氨酯丙烯酸酯低聚物选用长兴化学工业股份有限公司生产的Etercure 6197；所述的二官能度聚氨酯丙烯酸酯选用长兴化学工业股份有限公司生产的Etercure 6071。

3.一种权利要求 1 或2中任意一项所述UV-LED光固化涂料的制备方法，其特征在于：将低聚物、活性稀释剂TMPTA和抑泡剂按配比加入拉缸中搅拌800～000rpm，搅拌均匀，15～20min；然后向拉缸中继续加入活性稀释剂NPGDA和HEMA，搅拌均匀，搅拌速度500～600rpm，10min；继续加入流平剂和光引发剂，搅拌速度500～600rpm，3min，搅拌均匀，出料包装，注意防止自然光照射。