CN104610873A - 一种单组分光固化有色涂料及其制备方法、使用方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种单组分紫外光固化有色涂料，其特征在于包括如下组分：丙烯酸酯齐聚物10-80份，丙烯酸酯单体20-80份，光引发剂2-5份，流平剂0.1-5份，附着力促进剂0.5-10份，颜料0.1-5份，其他助剂0.1-5份，以重量份计。本发明还公开这种单组分紫外光固化有色涂料的制备方法和使用方法。本发明单组分紫外光固化有色涂料中不含有溶剂，在使用中无VOC排放，绿色环保，实现了光固化、单组分且可以调色的功能，同时可以获得多种颜色组合，固化后涂层表面光泽度好、在基材表面附着牢固，耐磨性好，而且由于采用紫外光固化一次性单涂固化，可以大大缩减施工时间，提高生产效率。

Description

一种单组分光固化有色涂料及其制备方法、使用方法
技术领域
本发明属于涂料技术领域，具体涉及一种单组分紫外光固化有色涂料及其制备方法。
背景技术
紫外光（UV）固化涂料是利用紫外光引发剂引发涂料体系中的液态齐聚物和单体发生自由基聚合从而实现交联固化形成涂膜的一类涂料，因为较少或者不使用溶剂而具有绿色、环保的特点。而且，由于采用紫外光作为引发能量来源，无需额外加热，因此在涂层固化过程中可以减少能量消耗并获得更快的固化速度。因为这些特点，UV固化涂料在各行业中正逐步获得广泛应用，尤其是在消费类电子产品如笔记本电脑、手机等行业中正逐步取代高能耗、高VOC排放的聚氨酯涂料作为表面涂装的主要品种得以应用。
但UV固化涂料在应用上也有局限性，因为使用紫外光固化的原因，往往需要涂层是透明体系，以便保证紫外光的穿透能力，获得涂层表面和内部均匀的固化效果，因此，有色光固化涂料一直是行业应用的短板：快速光固化、涂层硬度、附着力、色彩饱和度等性能指标之间往往存在矛盾而难以兼顾，因此，实际应用中仍然不得不采用多组分或多步涂敷、固化的方式进行。为解决这些问题，中国发明专利申请200810241513.6公开了一种用于真空电镀的含有醋酸丁酸纤维素和氯醋树脂的单组份光固化涂料，但该涂料中仍然含有溶剂而且是无色的涂料；中国发明专利申请200910189579X公开了一种可在金属表面直接使用的单组份光固化涂料，但其中仍然不含有有色成分且含有溶剂；中国发明专利申请2009101895802公开了一种可在金属表面直接使用且可以调色重涂的单组份光固化涂料，但其中仍然含有溶剂；中国发明专利申请2011102317652公开了一种UV色漆，其中含有颜料，但该涂料是以辊涂的方式用于家具、地板等实木与非实木制品基材上，不可用于手机、电脑等电子产品所用的金属和工程塑料基材；中国发明专利ZL201210173097.7公开了一种紫外光固化木器色漆涂料及其制备方法，但未描述可用于金属和工程塑料基材；中国发明专利ZL201210364464.1公开了一种潮气、紫外光双重固化的聚氨酯木器涂料及其制备方法但其应用目标仍然是木器而不可用于金属和工程塑料基材。
目前，在消费类电子产品表面涂装中需要解决问题包括：
1、双组份涂料使固化时间过长、VOC排放过高，生产效率低下而且污染环境；
2、现有的单组份光固化涂料不能满足全部要求，如颜色、附着力、光泽、耐磨性等；
3、良品率低。
发明内容
发明目的： 本发明目的在于针对现有技术的不足，提供一种单组分紫外光固化有色涂料，用于金属或工程塑料基材，解决包括增强基材附着力、解决有色涂料的紫外固化、颜料与填料在涂料中的分散性以及传统的多组分聚氨酯涂料在应用中效率低下、VOC排放高、良品率低的问题。
本发明的另一目的在于提供这种单组分紫外光固化有色涂料的制备方法。
本发明的再一目的在于提供这种单组分紫外光固化有色涂料的使用方法。
技术方案： 本发明所述单组分紫外光固化有色涂料，包括如下组分：丙烯酸酯齐聚物10-80份，丙烯酸酯单体20-80份，光引发剂2-5份，流平剂0.1-5份，附着力促进剂0.5-10份，颜料0.1-5份，其他助剂0.1-5份，以重量份计。
优选地，所述丙烯酸酯齐聚物为聚氨酯丙烯酸酯、聚丙烯酸酯、环氧丙烯酸酯中的一种或几种的混合物，齐聚物的分子量是500-5000D；分子量进一步优选为1000-3000D。
优选地，所述丙烯酸酯齐聚物中每个分子上平均带有2-15个丙烯酸酯基团，更加优选为每个分子上平均带有5-9个丙烯酸酯基团。
所述丙烯酸酯单体为含有小分子丙烯酸酯化合物，优选为2(2-乙氧基乙氧基)乙基丙烯酸酯、四氢呋喃丙烯酸酯、2-苯氧基乙基丙烯酸酯、丙烯酸异癸酯、甲基丙烯酸异冰片酯、1,6-乙二醇二丙烯酸酯、二缩三丙二醇二丙烯酸酯、二丙二醇二丙烯酸酯、丙氧化新戊二醇二丙烯酸酯、三缩三乙二醇二甲基丙烯酸酯、三缩四乙二醇二甲基丙烯酸酯、三羟甲基丙烷三丙烯酸酯、季戊四醇三丙烯酸酯、乙氧化三羟甲基丙烷三丙烯酸酯、三羟甲基丙烷三甲基丙烯酸酯、二季戊四醇五/六丙烯酸酯、丙氧化丙三醇三丙烯酸酯、三羟甲基丙烷缩甲醛丙烯酸酯、双三羟甲基丙烷四丙烯酸酯和乙氧化双酚A二甲基丙烯酸酯中的一种或几种的组合。
所述丙烯酸酯单体上可反应性双键官能团的数目是1-6个，更加优选地，可反应性双键官能团的数目是2-4个。
优选地，所述光引发剂为二苯甲酮、(2,4,6-三甲基苯甲酰基)二苯基氧化膦、1-羟基环己基苯基甲酮、2,2-二甲氧基-2-苯基苯乙酮、2-甲基-1-(4-甲硫基苯基)-2-吗啉基-1-丙酮、2-羟基-2-甲基-1-苯基-1-丙基酮、2-苄基-2-二甲基氨基-1-(4-吗啉苯基)丁酮和2-甲基-1-(4-甲硫基苯基)-2-吗啉基-1-丙酮中的一种几种的混合物。
优选地，所述流平剂为聚丙烯酸酯流平剂，如科宁F40；有机改性的聚硅氧烷，如EFKA-303X、EFKA-323X、EFKA-325X系列；丙烯酸改性氟碳流平剂，如EFKA-3600系列；上述中的任意一种或几种混合物。
优选地，所述附着力促进剂选自硅烷偶联剂类如氨丙基三甲/乙氧基硅烷、氨乙基氨丙基三甲/乙氧基硅烷、(甲基)丙烯酸酯基三甲/乙氧基硅烷、环氧丙基三甲/乙氧基硅烷、巯基三甲/乙氧基硅烷，钛酸酯偶联剂如异丙基三（二辛基焦磷酸酰氧基）钛酸酯、异丙基三(二辛基磷酸酰氧基)钛酸酯、异丙基二油酸酰氧基（二辛基磷酸酰氧基）钛酸酯，改性聚烯烃如氯化聚丙烯、丙烯酸改性氯化聚丙烯、马来酸酐改性氯化聚乙烯等中的一种或几种的混合物。
优选地，所述颜料为无机颜料，可以根据需要的颜色选择不同的类别，可以是二氧化钛（钛白）、氧化铁（铁红）、铝酸钴（钴蓝）、钛钴绿、炭黑中的一种或多种的混合物。
优选地，所述其他助剂为根据需要添加的消泡剂、防沉淀剂、阻聚剂和铝粉中的任意一种或几种。
所述的单组分紫外光固化有色涂料的制备方法为：按照配比分别称取各组分，将丙烯酸酯齐聚物和丙烯酸酯单体混合搅拌分散10-20分钟，然后在搅拌下加入流平剂、附着力促进剂及其他助剂，高速分散10-15分钟，之后加入光引发剂，高速分散5-10分钟，最后加入颜料高速分散18-22分钟；即得单组分紫外光固化有色涂料。
所述的单组分紫外光固化有色涂料的使用方法为：将所述单组分紫外光固化有色涂料采用辊涂、喷涂或刷涂方法，在基材上获得5-50微米厚度的涂层，流平后经紫外光照射固化，得到均一的固化涂层；其中，用于紫外固化的紫外线波长范围是190-450nm。
有益效果：本发明单组分紫外光固化有色涂料中不含有溶剂，在使用中无VOC排放，绿色环保，实现了光固化、单组分且可以调色的功能，同时可以获得多种颜色组合，固化后涂层表面光泽度好、在基材表面附着牢固，耐磨性好，而且由于采用紫外光固化一次性单涂固化，可以大大缩减施工时间，提高生产效率。
具体实施方式
下面对本发明技术方案进行详细说明，但是本发明的保护范围不局限于所述实施例。
实施例1-8中各组分的配比见表1。
表1 实施例1-8的组分配比，其中的数字单位为份，以重量份计。
实施例 1 2 3 4 5 6 7 8
丙烯酸酯齐聚物 40 30 34 10 80 60 70 55
丙烯酸酯单体 49 55 50 80 20 30 20 35
光引发剂 3.5 3 3 4 2 5 4 4.5
流平剂 0.2 0.2 0.2 0.5 5 4 2 1
附着力促进剂 1 3 3 2 0.5 6 8 10
颜料 0.5 1 1 1.5 5 4 2 0.1
其他助剂 3.5 5 5 4 0.2 0.1 2 0.5
实施例1：单组分紫外光固化有色涂料，各组分及含量见表1，丙烯酸酯齐聚物是3官能度的聚氨酯丙烯酸酯，平均分子量1000D，丙烯酸酯单体是甲基丙烯酸异冰片酯、三羟甲基丙烷三丙烯酸酯的混合物，混合比例是重量比1:3，光引发剂是2,2-二甲氧基-2-苯基苯乙酮，流平剂是EFKA-3600，附着力促进剂是异丙基三（二辛基焦磷酸酰氧基）钛酸酯，颜料是二氧化钛，其他助剂中包括1:1配比的防沉淀剂和阻聚剂。
单组分紫外光固化有色涂料的制备方法为：将丙烯酸酯齐聚物和丙烯酸酯单体在高速搅拌机中以800-1000rpm的转速混合搅拌分散10-20分钟，然后在搅拌下加入流平剂、附着力促进剂及其他助剂，1400rpm高速分散10-15分钟，之后加入光引发剂，再高速分散5-10分钟，最后加入颜料高速分散20分钟，经300目不锈钢筛网过滤后即得到成品。
单组分紫外光固化有色涂料的使用方法为：通过喷涂的方式在金属，包括铝、铝合金、不锈钢等材质表面获得5-10微米厚度的涂层，经UV照射40秒可固化获得白色固化涂层，涂层的性能指标可以达到表2的结果。
表2  单组分紫外光固化有色涂料固化后的涂层性能
项目 指标 检验方法
铅笔硬度 1H765g 采用铅笔硬度计，负重765g 力
百格测试 5B 划1mm*1mm百格，用3M-610胶带测试三次
RCA耐磨测试 不露底材 RCA耐磨测试仪，负重175g力耐磨300次
Taber磨耗测试 不露底材 Taber磨耗仪，负重500g力耐磨1000次
耐盐雾测试 无氧化、表面无明显变化 35℃下，以5%NaCl溶液喷雾漆膜表面96hrs，水洗擦干，常温放置4hrs后做百格测试，观察外观
耐水煮 表面无明显变化、附着力5B 将测试产品放置水浴锅内，水位覆盖整个工件。保持85℃1小时后，取出检查。
重涂性 可重涂 将固化后的涂膜直接喷涂上同种涂料，考核涂覆的难易和涂覆后湿涂膜的状况，待涂膜固化后再检查涂膜表观有无缺陷，并检测其附着力。
实施例2：单组分紫外光固化有色涂料，各组分及含量见表1，丙烯酸酯齐聚物是4官能度的聚丙烯酸酯，平均分子量1200D，丙烯酸酯单体是甲基丙烯酸异冰片酯、二季戊四醇六丙烯酸酯、丙氧化丙三醇三丙烯酸酯的混合物，混合比例是重量比1:0.5:1，光引发剂是1-羟基环己基苯基甲酮和2-苄基-2-二甲基氨基-1-(4-吗啉苯基)丁酮的混合物，混合比例是2:8，流平剂是科宁F40和EFKA-3231的混合物，混合比例是3:7，附着力促进剂是氨丙基三乙氧基硅烷和异丙基三（二辛基焦磷酸酰氧基）钛酸酯的混合物，混合比例是4:6，颜料是钴蓝颜料，其他助剂中包括1:2:1混合的防沉淀剂、消泡剂和阻聚剂。
实施例2的制备方法与实施例1相似，使用方法也与实施例1类似，但因颜料不同，获得的是蓝色涂层。
实施例3：单组分紫外光固化有色涂料，各组分及含量见表1，丙烯酸酯齐聚物是2官能度的环氧丙烯酸酯，具体地是指双酚A环氧甲基丙烯酸酯，平均分子量900D，，丙烯酸酯单体是2-苯氧基乙基丙烯酸酯、丙烯酸异癸酯、三羟甲基丙烷缩甲醛丙烯酸酯的混合物，混合比例是重量比1:2:1.5，光引发剂是1-羟基环己基苯基甲酮和2-甲基-1-(4-甲硫基苯基)-2-吗啉基-1-丙酮的混合物，混合比例是3:7，流平剂是科宁F40和EFKA-3231的混合物，混合比例是2:8，附着力促进剂是巯基三甲氧基硅烷和异丙基二油酸酰氧基（二辛基磷酸酰氧基）钛酸酯的混合物，混合比例是3:7，颜料是铁红颜料，其他助剂中包括1:1:1混合的防沉淀剂、消泡剂和阻聚剂。
实施例3的制备方法与实施例1相似，使用方法也与实施例1类似，但因颜料不同，获得的是铁红色涂层。
实施例4：单组分紫外光固化有色涂料，各组分及含量见表1，丙烯酸酯齐聚物是九官能度的聚氨酯丙烯酸酯，平均分子量2000D，丙烯酸酯单体是四氢呋喃丙烯酸酯、三羟甲基丙烷丙烯酸酯的混合物，混合比例是重量比2:8，光引发剂是1-羟基环己基苯基甲酮和2-甲基-1-(4-甲硫基苯基)-2-吗啉基-1-丙酮的混合物，混合比例是3:7，流平剂是科宁F40和EFKA-3251的混合物，混合比例是1:9，附着力促进剂是巯基三甲氧基硅烷和异丙基二油酸酰氧基（二辛基磷酸酰氧基）钛酸酯的混合物并加入少量的丙烯酸改性氯化聚丙烯，混合比例是3:7：1，颜料是钛钴绿颜料，其他助剂中包括防1:1:1混合的沉淀剂、消泡剂和阻聚剂。
实施例4的制备方法与实施例1相似，使用方法也与实施例1类似，但因颜料不同，获得的是绿色涂层。
实施例5：单组分紫外光固化有色涂料，各组分及含量见表1，丙烯酸酯齐聚物是13官能度的聚丙烯酸酯，平均分子量5000D，丙烯酸酯单体是2(2-乙氧基乙氧基)乙基丙烯酸酯、三缩三乙二醇二甲基丙烯酸酯、1,6-乙二醇二丙烯酸酯的混合物，混合比例是重量比1:1:1，光引发剂是二苯甲酮、(2,4,6-三甲基苯甲酰基)二苯基氧化膦和2-苄基-2-二甲基氨基-1-(4-吗啉苯基)丁酮的混合物，混合比例是2:2:4，流平剂是科宁F40和EFKA-3600的混合物，混合比例是2:5，附着力促进剂是丙烯酸改性氯化聚丙烯和环氧丙基三甲氧基硅烷的混合物，混合比例是4:5，颜料是炭黑颜料，其他助剂中包括1:2:1混合的防沉淀剂、消泡剂和阻聚剂。
实施例5的制备方法与实施例1相似，使用方法也与实施例1类似，但因颜料不同，获得的是黑色涂层。
实施例6：单组分紫外光固化有色涂料，各组分及含量见表1，丙烯酸酯齐聚物是5官能度的环氧丙烯酸酯，具体地是指双酚A环氧甲基丙烯酸酯，平均分子量500D，，丙烯酸酯单体是二缩三丙二醇二丙烯酸酯、季戊四醇三丙烯酸酯、乙氧化双酚A二甲基丙烯酸酯的混合物，混合比例是重量比1:2:2，光引发剂是2-羟基-2-甲基-1-苯基-1-丙基酮，流平剂是科宁F40和EFKA-3031的混合物，混合比例是2:3，附着力促进剂是氨乙基氨丙基三乙氧基硅烷和氯化聚丙烯的混合物，混合比例是3:5，颜料是铁红颜料，其他助剂中包括1:1:1混合的防沉淀剂、消泡剂和阻聚剂。
实施例6的制备方法与实施例1相似，使用方法也与实施例1类似，但因颜料不同，获得的是铁红色涂层。
实施例7：单组分紫外光固化有色涂料，各组分及含量见表1，丙烯酸酯齐聚物是九官能度的聚氨酯丙烯酸酯，平均分子量3000D，丙烯酸酯单体是二丙二醇二丙烯酸酯和双三羟甲基丙烷四丙烯酸酯的混合物，混合比例是重量比2:3，光引发剂是2-羟基-2-甲基-1-苯基-1-丙基酮，流平剂是EFKA-3251的混合物，附着力促进剂是马来酸酐改性氯化聚乙烯，颜料是钛钴绿颜料，其他助剂中包括防1:1:1混合的沉淀剂、消泡剂和阻聚剂。
实施例7的制备方法与实施例1相似，使用方法也与实施例1类似，但因颜料不同，获得的是绿色涂层。
实施例8：单组分紫外光固化有色涂料，各组分及含量见表1，丙烯酸酯齐聚物是九官能度的聚丙烯酸酯，平均分子量4000D，丙烯酸酯单体是丙氧化新戊二醇二丙烯酸酯，光引发剂是2-苄基-2-二甲基氨基-1-(4-吗啉苯基)丁酮，流平剂是EFKA-3600，附着力促进剂是(甲基)丙烯酸酯基三乙氧基硅烷，颜料是氧化铁颜料，其他助剂中包括防1:1:1混合的沉淀剂、消泡剂和阻聚剂。
实施例8的制备方法与实施例1相似，使用方法也与实施例1类似，但因颜料不同，获得的是红色涂层。
如上所述，尽管参照特定的优选实施例已经表示和表述了本发明，但其不得解释为对本发明自身的限制。在不脱离所附权利要求定义的本发明的精神和范围前提下，可对其在形式上和细节上作出各种变化。

Claims (10)

1.一种单组分紫外光固化有色涂料，其特征在于包括如下组分：丙烯酸酯齐聚物10-80份，丙烯酸酯单体20-80份，光引发剂2-5份，流平剂0.1-5份，附着力促进剂0.5-10份，颜料0.1-5份，其他助剂0.1-5份，以重量份计。
2.根据权利要求1所述的单组分紫外光固化有色涂料，其特征在于：所述丙烯酸酯齐聚物为聚氨酯丙烯酸酯、聚丙烯酸酯、环氧丙烯酸酯中的一种或几种的混合物，齐聚物的分子量是500-5000D。
3.根据权利要求1所述的单组分紫外光固化有色涂料，其特征在于：所述丙烯酸酯单体为2(2-乙氧基乙氧基)乙基丙烯酸酯、四氢呋喃丙烯酸酯、2-苯氧基乙基丙烯酸酯、丙烯酸异癸酯、甲基丙烯酸异冰片酯、1,6-乙二醇二丙烯酸酯、二缩三丙二醇二丙烯酸酯、二丙二醇二丙烯酸酯、丙氧化新戊二醇二丙烯酸酯、三缩三乙二醇二甲基丙烯酸酯、三缩四乙二醇二甲基丙烯酸酯、三羟甲基丙烷三丙烯酸酯、季戊四醇三丙烯酸酯、乙氧化三羟甲基丙烷三丙烯酸酯、三羟甲基丙烷三甲基丙烯酸酯、二季戊四醇五/六丙烯酸酯、丙氧化丙三醇三丙烯酸酯、三羟甲基丙烷缩甲醛丙烯酸酯、双三羟甲基丙烷四丙烯酸酯和乙氧化双酚A二甲基丙烯酸酯中的一种或几种的组合。
4.根据权利要求1所述的单组分紫外光固化有色涂料，其特征在于：所述光引发剂为二苯甲酮、(2,4,6-三甲基苯甲酰基)二苯基氧化膦、1-羟基环己基苯基甲酮、2,2-二甲氧基-2-苯基苯乙酮、2-甲基-1-(4-甲硫基苯基)-2-吗啉基-1-丙酮、2-羟基-2-甲基-1-苯基-1-丙基酮、2-苄基-2-二甲基氨基-1-(4-吗啉苯基)丁酮和2-甲基-1-(4-甲硫基苯基)-2-吗啉基-1-丙酮中的一种几种的混合物。
5.根据权利要求1所述的单组分紫外光固化有色涂料，其特征在于：所述流平剂为聚丙烯酸酯流平剂、有机改性的聚硅氧烷和丙烯酸改性氟碳流平剂中的任意一种或几种混合物。
6.根据权利要求1所述的单组分紫外光固化有色涂料，其特征在于：所述附着力促进剂为硅烷偶联剂、钛酸酯偶联剂和改性聚烯烃中的一种或几种的混合物。
7.根据权利要求1所述的单组分紫外光固化有色涂料，其特征在于：所述颜料为二氧化钛、氧化铁、铝酸钴、钛钴绿、炭黑中的一种或多种的混合物。
8.根据权利要求1所述的单组分紫外光固化有色涂料，其特征在于：所述其他助剂为根据需要添加的消泡剂、防沉淀剂、阻聚剂和铝粉中的任意一种或几种。
9.根据权利要求1所述的单组分紫外光固化有色涂料的制备方法，其特征在于：按照配比分别称取各组分，将丙烯酸酯齐聚物和丙烯酸酯单体混合搅拌分散10-20分钟，然后在搅拌下加入流平剂、附着力促进剂及其他助剂，高速分散10-15分钟，之后加入光引发剂，高速分散5-10分钟，最后加入颜料高速分散18-22分钟；即得单组分紫外光固化有色涂料。
10.根据权利要求1所述的单组分紫外光固化有色涂料的使用方法，其特征在于：将所述单组分紫外光固化有色涂料采用辊涂、喷涂或刷涂方法，在基材上获得5-50微米厚度的涂层，流平后经紫外光照射固化，得到均一的固化涂层；其中，用于紫外固化的紫外线波长范围是190-450nm。
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