CN104530898A - 紫外光固化涂料及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种紫外光固化涂料及其制备方法，按重量份数计，称取主体树脂100～110份、活性单体80～95份、分散剂10～20份、光引发剂5～8份、阻燃剂17～27份、流平剂15～18份、消泡剂16～20份、导电剂24～35份、抗菌剂15～18份和耐磨剂22～32份，混合，超声分散30min，加热至100℃，反应3h，即得。本发明提供的紫外光固化涂料，耐丙酮双向擦拭的次数达上百次，具有良好的耐刮擦性能，固化时间短，硬度高，具有一定的阻燃性能，可以有效为涂覆材料提供阻隔防护作用，具有良好的抑菌性能，同时还具有导电的性能，从而起到屏蔽电磁波干扰的作用；本发明的制备方法，简单高效，条件温和易于控制。

Description

紫外光固化涂料及其制备方法
技术领域
本发明涉及一种紫外光固化涂料及其制备方法，属于光固化涂料领域。
背景技术
紫外光固化涂料是近几十年来开发成功的一种环保节能涂料。它具有许多传统涂料无法比拟的优点：节省能源，能量利用率高；无溶剂排放，安全无污染；固化速度快，生产效率高；可涂装对热敏感的基材；涂膜质量高、涂层性能优异。进入21世纪，人们环保意识不断增强，越来越多的选择环保产品，今后这一绿色环保产品必将得到更大的发展。在过去的几年中，紫外光固化涂料在光纤涂层、CD涂层/DVD粘合剂、信用卡、木材、饮料罐、食品包装、杂志封面、医疗器械和汽车行业中都有着十分迅速的发展。紫外光固化涂料拥有巨大的市场潜力。紫外光(UV)固化涂料第一份专利诞生在1947年，经过半个多世纪的发展，UV固化涂料已经成为较为成熟的技术，特别是随着人们环保意识的提高，生产和研究人员更加注意UV固化涂料的开发和应用。
导电涂料是涂覆于非导电底材上，使其具有传导电流能力的一类涂料，能起到电磁屏蔽的作用。按组成及导电机理可分为结构型（本征型）导电涂料和复合型（添加型）导电涂料两类。结构型导电涂料是以导电高聚物（具有共轭π键长链结构的高分子）为基本成膜物质，以高聚物自身的导电功能使涂层导电。导电高聚物是指自身结构或经过“掺杂”少量“杂质”之后具有一定导电功能的高聚物。复合型导电涂料是通过一定的工序，将导电的无机粒子或有机抗静电剂加入到非导电树脂中，制得的抗静电或导电涂料。目前实际应用较多的是复合型导电涂料。
耐磨涂料作为一种功能涂料，涂覆于基材表面后，使材料在摩擦运动的工况下和应力应变的服役环境中，减少摩擦磨损、降低能耗。广义上说，由热喷涂、气相沉积、化学镀、电镀和化学黏结法制备的具有耐磨性能的材料均属于耐磨涂料。耐磨涂料主要由基料、润滑剂、增强剂3部分组成。基料是耐磨涂料的重要组成部分，其作用是将涂料中的各种组分牢固地黏结在一起，并与基体产生良好的黏结力，使之在基体表面形成牢固的涂层。Hao-Jie Song等人研究了用纳米氧化锌和聚氨酯制备的耐磨涂料的耐磨性能，用红外光谱分析摩擦过程中粒子的结构变化，用光学显微镜和扫描电子显微镜分析摩擦机理，通过摩擦系数分析粒子对涂料摩擦学性能的影响，是研究耐磨涂料的典型方法。
涂料在不同使用环境中的应用，对其功能性提出了更高的要求。兼具多种功能的涂料是未来研究和发展的方向。目前尚未有兼具优良耐磨和导电性能的涂料及其相关制备方法见于报道，因此，为了满足在特定的电磁屏蔽环境下应用的需要，制备一种具良好的耐磨性能和导电性能的涂料，显得尤为必要。
发明内容
为解决现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种紫外光固化涂料及其制备方法，所得紫外光固化涂料兼具良好的耐磨性能和导电性能，其制备方法简单。
为了实现上述目标，本发明采用如下的技术方案：
一种紫外光固化涂料，按重量份数计，由以下组分制成：主体树脂100～110份、活性单体80～95份、分散剂10～20份、光引发剂5～8份、阻燃剂17～27份、流平剂15～18份、消泡剂16～20份、导电剂24～35份、抗菌剂15～18份和耐磨剂22～32份。
进一步地，按重量份数计，由以下组分制成：主体树脂105～110份、活性单体80～90份、分散剂10～18份、光引发剂6～8份、阻燃剂17～22份、流平剂15～18份、消泡剂16～20份、导电剂24～30份、抗菌剂15～18份和耐磨剂22～28份。
更进一步地，按重量份数计，由以下组分制成：主体树脂108份、活性单体87份、分散剂13份、光引发剂7份、阻燃剂20份、流平剂16份、消泡剂17份、导电剂28份、抗菌剂16份和耐磨剂26份。
前述紫外光固化涂料中，主体树脂为双酚A型环氧树脂，活性单体为二缩丙二醇双丙烯酸酯、三羟甲基丙烷三丙烯酸酯或异冰片基丙烯酸酯中的一种或多种。
前述紫外光固化涂料中，分散剂为Silok-7117W或LBD-1，光引发剂为1-羟基环己基苯基甲酮，流平剂为有机硅流平剂，消泡剂为改性有机硅性消泡剂。
前述紫外光固化涂料中，阻燃剂为四溴双酚A、多溴联苯醚或三溴苯基二溴丙基醚中的一种或多种，导电剂为氧化锡或二氧化锑，抗菌剂为氧化锌，耐磨剂为纳米级氧化铝或纳米二氧化硅。
紫外光固化涂料的制备方法，是按量称取各组分，混合，超声分散30min，加热至100℃，反应3h，即得。
本发明使用的分散剂、光引发剂、流平剂、消泡剂、阻燃剂、导电剂、抗菌剂和耐磨剂，其中，分散剂：能提高和改善固体或液体物料分散性能。
光引发剂：光引发剂是光固化胶黏剂的重要组分之一，它对固化速率起着决定性作用。光引发剂受紫外光照射后，吸收光的能量，分裂成2个活性自由基，引发活性聚合物和单体发生连锁聚合，其特点是快速、环保、节能。
流平剂：它能促使涂料在干燥成膜过程中形成一个平整、光滑、均匀的涂膜。
消泡剂：具有消泡速度更快，抑泡时间更长，适用介质范围更广，甚至苛刻介质环境如高温、强酸和强碱的特点。
阻燃剂：赋予易燃聚合物难燃性的功能性助剂，主要是针对高分子材料的阻燃设计的。添加型阻燃剂是通过机械混合方法加入到聚合物中，使聚合物具有阻燃性的。反应型阻燃剂则是作为一种单体参加聚合反应，因此使聚合物本身含有阻燃成分的，其优点是对聚合物材料使用性能影响较小，阻燃性持久。
导电剂：金属氧化物由于其电性能优异、颜色浅，较好地弥补了金属导电涂料抗腐蚀性能差和碳系导电涂料装饰性能差等缺点。
抗菌剂：是指能够在一定时间内，使某些微生物（细菌、真菌、酵母菌、藻类及病毒等）的生长或繁殖保持在必要水平以下的化学物质。
耐磨剂：提高耐磨损性能，以及防止材料表面划伤，提高滑动性，降低材料间的摩擦，噪音及黏附性。
本发明的有益之处在于：本发明提供的一种紫外光固化涂料及其制备方法，所得涂料耐丙酮双向擦拭的次数达上百次，具有良好的耐刮擦性能，其固化时间短，硬度高，显示出优良的耐磨性能，还具有一定的阻燃性能，可以有效为涂覆材料提供阻隔防护作用，具有良好的抑菌性能，可以起到长效抑菌的作用，同时还具有导电的性能，使完全绝缘的表面具有像金属一样的吸收、传导和衰减电磁波的特征，从而起到屏蔽电磁波干扰的作用；本发明的制备方法，简单高效，条件温和易于控制。
具体实施方式
以下结合具体实施例对本发明作进一步的介绍。
实施例1
一种紫外光固化涂料，由主体树脂100g、活性单体80g、分散剂10g、光引发剂5g、阻燃剂17g、流平剂15g、消泡剂16g、导电剂24g、抗菌剂15g和耐磨剂22g制成。
制备方法是按量称取主体树脂、活性单体、分散剂、光引发剂、阻燃剂、流平剂、消泡剂、导电剂、抗菌剂和耐磨剂，混合，超声分散30min，加热至100℃，反应3h，即得。
实施例2
一种紫外光固化涂料，由主体树脂110g、活性单体95g、分散剂20g、光引发剂8g、阻燃剂27g、流平剂18g、消泡剂20g、导电剂35g、抗菌剂18g和耐磨剂32g。
制备方法是按量称取主体树脂、活性单体、分散剂、光引发剂、阻燃剂、流平剂、消泡剂、导电剂、抗菌剂和耐磨剂，混合，超声分散30min，加热至100℃，反应3h，即得。
实施例3
一种紫外光固化涂料，由主体树脂108g、活性单体87g、分散剂13g、光引发剂7g、阻燃剂20g、流平剂16g、消泡剂17g、导电剂28g、抗菌剂16g和耐磨剂26g制成。
制备方法是按量称取主体树脂、活性单体、分散剂、光引发剂、阻燃剂、流平剂、消泡剂、导电剂、抗菌剂和耐磨剂，混合，超声分散30min，加热至100℃，反应3h，即得。
实施例4
一种紫外光固化涂料，由主体树脂102g、活性单体93g、分散剂18g、光引发剂6g、阻燃剂23g、流平剂17g、消泡剂18g、导电剂26g、抗菌剂17g和耐磨剂31g制成。
制备方法是按量称取主体树脂、活性单体、分散剂、光引发剂、阻燃剂、流平剂、消泡剂、导电剂、抗菌剂和耐磨剂，混合，超声分散30min，加热至100℃，反应3h，即得。
实施例5
一种紫外光固化涂料，由主体树脂105g、活性单体90g、分散剂16g、光引发剂5g、阻燃剂25g、流平剂16g、消泡剂19g、导电剂32g、抗菌剂15g和耐磨剂25g制成。
制备方法是按量称取主体树脂、活性单体、分散剂、光引发剂、阻燃剂、流平剂、消泡剂、导电剂、抗菌剂和耐磨剂，混合，超声分散30min，加热至100℃，反应3h，即得。
实施例6
一种紫外光固化涂料，由主体树脂107g、活性单体82g、分散剂12g、光引发剂8g、阻燃剂19g、流平剂18g、消泡剂17g、导电剂30g、抗菌剂18g和耐磨剂29g制成。
制备方法是按量称取主体树脂、活性单体、分散剂、光引发剂、阻燃剂、流平剂、消泡剂、导电剂、抗菌剂和耐磨剂，混合，超声分散30min，加热至100℃，反应3h，即得。
实施例7
一种紫外光固化涂料，由主体树脂109g、活性单体85g、分散剂15g、光引发剂7g、阻燃剂22g、流平剂15g、消泡剂20g、导电剂25g、抗菌剂17g和耐磨剂23g制成。
制备方法是按量称取主体树脂、活性单体、分散剂、光引发剂、阻燃剂、流平剂、消泡剂、导电剂、抗菌剂和耐磨剂，混合，超声分散30min，加热至100℃，反应3h，即得。
实施例1～7中各组分如表1所示。
表1
样品 实施例1 实施例2 实施例3 实施例4 实施例5 实施例6 实施例7
主体树脂 双酚A型环氧树脂 双酚A型环氧树脂 双酚A型环氧树脂 双酚A型环氧树脂 双酚A型环氧树脂 双酚A型环氧树脂 双酚A型环氧树脂
活性单体 质量比为1∶1的二缩丙二醇双丙烯酸酯和三羟甲基丙烷三丙烯酸酯 质量比为1∶1的二缩丙二醇双丙烯酸酯和异冰片基丙烯酸酯 质量比为1∶1的三羟甲基丙烷三丙烯酸酯和异冰片基丙烯酸酯 二缩丙二醇双丙烯酸酯 异冰片基丙烯酸酯 三羟甲基丙烷三丙烯酸酯 质量比为1∶1∶1的二缩丙二醇双丙烯酸酯、三羟甲基丙烷三丙烯酸酯和异冰片基丙烯酸酯
分散剂 Silok-7117W LBD-1 Silok-7117 LBD-1 LBD-1 Silok-7117W Silok-7117W
光引发剂 1-羟基环己基苯基甲酮 1-羟基环己基苯基甲酮 1-羟基环己基苯基甲酮 1-羟基环己基苯基甲酮 1-羟基环己基苯基甲酮 1-羟基环己基苯基甲酮 1-羟基环己基苯基甲酮
流平剂 有机硅流平剂 有机硅流平剂 有机硅流平剂 有机硅流平剂 有机硅流平剂 有机硅流平剂 有机硅流平剂
消泡剂 改性有机硅性消泡剂 改性有机硅性消泡剂 改性有机硅性消泡剂 改性有机硅性消泡剂 改性有机硅性消泡剂 改性有机硅性消泡剂 改性有机硅性消泡剂
阻燃剂 质量比为1∶1∶1的四溴双酚A、多溴联苯醚和三溴苯基二溴丙基醚 三溴苯基二溴丙基醚 质量比为1∶1的四溴双酚A和多溴联苯醚 多溴联苯醚 质量比为1∶1的四溴双酚A和三溴苯基二溴丙基醚 四溴双酚A 质量比为1∶1的多溴联苯醚和三溴苯基二溴丙基醚
导电剂 氧化锡 二氧化锑 二氧化锑 氧化锡 氧化锡 二氧化锑 氧化锡
抗菌剂 氧化锌 氧化锌 氧化锌 氧化锌 氧化锌 氧化锌 氧化锌
耐磨剂 纳米二氧化硅 纳米级氧化铝 纳米级氧化铝 纳米级氧化铝 纳米二氧化硅 纳米二氧化硅 纳米二氧化硅
双酚A型环氧树脂采用《有机硅改性双酚A型环氧树脂研究》（黎艳等，《高分子学报》，2005年02期）中的方法制备得到，有机硅流平剂为MODAREZ S309，改性有机硅性消泡剂采用《聚醚改性有机硅消泡剂的应用研究》（李阿丹，《燕山大学学报》，2006年第2期）中方法制备得到，其余原料均为市售产品。
对实施例1～7和市售产品进行如下性能测试，涂覆在木质基材上，测试结果如表2所示。
1、固化时间：目测固化时长。
2、抗菌性：采用大肠杆菌作为观测对象。
3、硬度：按GB/T6739-1996方法检测。采用铅笔硬度等级方法，即6B,5B,4B,3B,2B,B,HB,H,2H,3H,4H,5H,6H,7H,8H,9H表示从软到硬。
4、丙酮双向擦拭：用丙酮蘸在布上以0.5kg的负荷在测试板上来回移动，直至露出底层，记录擦拭次数。
5、磨损性：照GB/T15036.2-2001测试,漆膜未磨透。
6、耐刮擦：按照EN438-2.25测试。
7、阻燃性：UL-94标准，试样厚度为1.8毫米。
8、体积电阻率：GB/T 1410-2006。
表2
样品 固化时间 硬度 96h抑菌率/% 丙酮双向擦拭/次 阻燃性能/等级 磨损性 耐刮擦 体积电阻率/Ω·cm
实施例1 瞬间 3H 99.8% ≥120 V0 ≤0.05g ≥50N 1.7×10-2
实施例2 短 2H 99.7% ≥120 V0 ≤0.05g ≥50N 1.6×10-2
实施例3 短 2H 99.4% ≥120 V0 ≤0.05g ≥50N 1.5×10-2
实施例4 瞬间 3H 99.5% ≥120 V0 ≤0.05g ≥50N 1.7×10-1
实施例5 瞬间 2H 99.3% ≥120 V0 ≤0.05g ≥50N 1.6×10-2
实施例6 短 2H 99.2% ≥120 V0 ≤0.05g ≥50N 1.6×10-1
实施例7 短 2H 99.3% ≥120 V0 ≤0.05g ≥50N 1.5
市售产品 正常 H 69.2% ≥30 V2 ≤0.1g ≥20N 1.7×103
由表2中可知，本发明的紫外光固化涂料，耐丙酮双向擦拭的次数达上百次，具有良好的耐刮擦性能，其固化时间短，硬度高，显示出优良的耐磨性能，还具有一定的阻燃性能，可以有效为涂覆材料提供阻隔防护作用，具有良好的抑菌性能，可以起到长效抑菌的作用，同时还具有导电的性能，使完全绝缘的表面具有像金属一样的吸收、传导和衰减电磁波的特征，从而起到屏蔽电磁波干扰的作用。

Claims (7)

1.紫外光固化涂料，其特征在于：按重量份数计，由以下组分制成：主体树脂100～110份、活性单体80～95份、分散剂10～20份、光引发剂5～8份、阻燃剂17～27份、流平剂15～18份、消泡剂16～20份、导电剂24～35份、抗菌剂15～18份和耐磨剂22～32份。
2.根据权利要求1所述的紫外光固化涂料，其特征在于：按重量份数计，由以下组分制成：主体树脂105～110份、活性单体80～90份、分散剂10～18份、光引发剂6～8份、阻燃剂17～22份、流平剂15～18份、消泡剂16～20份、导电剂24～30份、抗菌剂15～18份和耐磨剂22～28份。
3.根据权利要求2所述的紫外光固化涂料，其特征在于：按重量份数计，由以下组分制成：主体树脂108份、活性单体87份、分散剂13份、光引发剂7份、阻燃剂20份、流平剂16份、消泡剂17份、导电剂28份、抗菌剂16份和耐磨剂26份。
4.根据权利要求1～3任一项所述的紫外光固化涂料，其特征在于：所述主体树脂为双酚A型环氧树脂，所述活性单体为二缩丙二醇双丙烯酸酯、三羟甲基丙烷三丙烯酸酯或异冰片基丙烯酸酯中的一种或多种。
5.根据权利要求1～3任一项所述的紫外光固化涂料，其特征在于：所述分散剂为Silok-7117W或LBD-1，所述光引发剂为1-羟基环己基苯基甲酮，所述流平剂为有机硅流平剂，所述消泡剂为改性有机硅性消泡剂。
6.根据权利要求1～3任一项所述的紫外光固化涂料，其特征在于：所述阻燃剂为四溴双酚A、多溴联苯醚或三溴苯基二溴丙基醚中的一种或多种，所述导电剂为氧化锡或二氧化锑，所述抗菌剂为氧化锌，所述耐磨剂为纳米级氧化铝或纳米二氧化硅。
7.如权利要求1～6任一项所述的紫外光固化涂料的制备方法，其特征在于：按量称取各组分，混合，超声分散30min，加热至100℃，反应3h，即得。
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