CN105462481B - 一种紫外光固化组合物 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种紫外光固化组合物。它包括以下重量配比的原料：30～60份的高官能脂肪族聚氨酯丙烯酸酯、10～30份的二官能脂肪族聚氨酯丙烯酸酯、0.2～5份的全氟聚醚添加剂、1～3份的附着力促进剂、1～5份的光引发剂，0.5～2份的助剂和20～80份的稀释剂。本发明提供的紫外光固化组合物，固化后形成硬膜，为基材提供平滑性、防水性、防油性、抗指纹性、耐擦伤性等优良性能。本发明主要用于光学薄膜、光盘、电子设备的外装、光学镜片(有机玻璃)等表面。

Description

一种紫外光固化组合物
技术领域
本发明涉及涂料领域，具体地，涉及一种紫外光固化组合物。
背景技术
紫外光固化涂料用于光学薄膜、光盘、电子设备的外装、光学镜片(有机玻璃)等表面时，常常存在着防水、防油、防污、抗指纹、耐摩擦效果差等缺点。申请号为201110064999.2公开了一种紫外光固化涂料，经该涂料涂装的表面耐磨强度一般；申请号为200710036021.9公布了一种高耐磨真空镀膜紫外光固化涂料，经该涂料涂装表面的耐钢丝绒摩擦性能较差。
为了提高紫外光固化涂料的防水、防油、防污、抗指纹、耐摩擦等方面的性能，人们将含有全氟聚醚结构的添加剂引入紫外光固化涂料中，如申请号为200780007318.0专利公开的一种高能射线固化性组合物中、申请号为201080021080.9专利公开的一种防污性转印片、其制造方法以及使用该转印片通过模内成型制造树脂成型品的方法中和申请号为200680009206.4专利公开了一种含有氟烃基和聚氨酯-(甲基)丙烯酰基的添加剂和硬涂料中等。此外，在申请号为US6238798美国专利中，人们也己经研究出能与烃基硬质涂料交联的含氟聚合物，从而改善涂层的界面效果。
发明内容
本发明要解决的技术问题是克服现有技术的不足之处，提供一种防水、防油、防污、抗指纹、耐摩擦效果优良的紫外光固化组合物。
为了解决上述技术问题，本发明是通过以下技术方案实现的：一种紫外光固化组合物，其特征在于它由以下重量配比的组分组成：
所述的全氟聚醚添加剂为含有聚醚多元醇基团的全氟聚醚、具有活性氢和丙烯酰基的单体、与三异氰酸酯的反应产物。
所述含有聚醚多元醇基团的全氟聚醚结构为：
F(CF(CF3)CF2O)m(CF(CF3))p(OCF2)q-COO-(CH2CH2)nOH
其中m为4-25的自然数，p为4-15的自然数，q为4-15的自然数，n为1-50的自然数。
所述具有活性氢和丙烯酰基的单体的结构式为：
HX-CH2CH2OOCCY＝CH2
其中，X为O或S等原子，Y为H、CH3、F或CF3。
所述的附着力促进剂为具有丙烯酰基的硅氧烷改性单体，该丙烯酰基的结构式为：CH2＝CZC(O)O-，其中，Z为H、F、Cl、CH3、CF3或CH2CH3。
所述稀释剂为多官能丙烯酸单体。
所述紫外光固化组合物还包括无机纳米粉，其重量份为1～5份，该无机纳米粉为二氧化硅粉末、三氧化二铝粉末、碳酸钙粉末中的一种或多种混合物。
所述稀释剂为多官能丙烯酸单体，多官能丙烯酸单体包括含有两个或两个以上丙烯酸酯、甲基丙烯酸酯或烯丙基等结构的单体。作为多官能丙烯酸单体，具体的说，可以举例：三羟甲基丙烷三丙烯酸酯、季戊四醇三丙烯酸酯、季戊四醇四丙烯酸酯、己二醇二丙烯酸酯、新戊二醇二丙烯酸酯、二乙二醇二丙烯酸酯、三乙二醇二丙烯酸酯、四乙二醇二丙烯酸酯、1,4-丁二醇二丙烯酸酯、乙二醇二丙烯酸酯、三丙二醇二丙烯酸酯、1,4-丁二醇二甲基丙烯酸酯、聚(丁二醇)二丙烯酸酯、三异丙二醇二丙烯酸酯、双酚A二甲基丙烯酸酯、二季戊四醇六丙烯酸酯、二季戊四醇五丙烯酸酯、EM 266、EBECRYL 230等。
所述光引发剂为α-羟基环己基苯甲酮。
所述助剂包括消泡剂，优选为有机硅消泡剂；所述助剂包括流平剂，优选为聚酯改性含丙烯酸官能团的有机硅氧烷。助剂能提高组合物的涂布性能及使用性能。
所述无机纳米粉优选选用粒径优选为50nm～600nm的二氧化硅粉末、三氧化二铝粉末、碳酸钙粉末中的一种或多种组合物。无机纳米粉在涂料体系中起增强作用，用以提高涂料成膜后的耐温型、耐化学品和耐老化性能，使低表面能涂层不易分解。
本发明的紫外光固化组合物可适用的基材包括：塑料、金属、木器、陶瓷、玻璃、石材、皮革、纤维、无纺布、纸等组成的器件。通过将本发明的紫外光固化组合物附着到被处理基材上，对被处理基材进行固化处理。本发明的紫外光固化组合物附着到基材上的方法通常选用涂布、浸渍、喷涂、轧染、辊涂或它们的组合方法等。固化方法一般为UV紫外线固化，但不排除可通过其他高能射线进行固化。一般地，将添加本发明添加剂的UV光固化组合物喷涂到处理物表面，然后用高压水银灯，选择波长300-400nm区的紫外线以2000mJ/cm2能量照射6-30s进行固化，固化后即可赋予被处理物优异的防水、防油、防污、抗指纹、耐摩擦性能。
与现有技术相比，本发明所提供的紫外光固化组合物，经涂装固化后所得的涂层具有以下优点：
1、涂层铅笔硬度高达5H。
2、涂层附着力好。
3、涂层具有优良的防水、防油、防污、抗指纹性能。
4、涂层具有优良的耐摩擦性能。
具体实施方式
以下结合具体实施例进一步阐明本发明，但这些实施例仅用于解释本发明，而不是用于限制本发明的范围。
本发明的特征在于它包括以下重量配比的原料：
进一步的：
所述的全氟聚醚添加剂为含有聚醚多元醇基团的全氟聚醚、具有活性氢和丙烯酰基的单体、与三异氰酸酯的反应产物。
所述含有聚醚多元醇基团的全氟聚醚结构为：
F(CF(CF3)CF2O)m(CF(CF3))p(OCF2)q-COO-(CH2CH2)nOH
其中m为4-25的自然数，p为4-15的自然数，q为4-15的自然数，n为1-50的自然数。
所述具有活性氢和丙烯酰基的单体的结构式为：
HX-CH2CH2OOCCY＝CH2
其中，X可以为O或S等原子，Y为H、CH3、F或CF3。
所述的附着力促进剂为具有丙烯酰基的硅氧烷改性单体，该丙烯酰基的结构式为：CH2＝CZC(O)O-，其中，Z为H、F、Cl、CH3、CF3或CH2CH3。
所述稀释剂为多官能丙烯酸单体。
所述紫外光固化组合物还包括无机纳米粉，其重量份为1～5份，该无机纳米粉为二氧化硅粉末、三氧化二铝粉末、碳酸钙粉末中的一种或多种混合物。
本发明所指高官能脂肪族聚氨酯丙烯酸酯为具有6官能度、9官能度、12官能度或15官能度的任意一种、两种或多种聚氨酯丙烯酸酯的预聚物。本文所提到的官能为聚合物或活性单体的官能度，其中官能度是指聚合物或活性单体所含丙烯酸酯基团中不饱和双键的数目。
本发明所提供的紫外光固化组合物的主成膜物质为1～40重量份的高官能脂肪族聚氨酯丙烯酸酯、1～40重量份的二官能脂肪族聚氨酯丙烯酸酯和稀释剂。其中，高官能脂肪族聚氨酯丙烯酸酯和稀释剂所含官能团数目多，碳链相对较短，固化后能形成硬度高的涂层。同时，二官能脂肪族聚氨酯丙烯酸酯由于官能团较少，分子链较长，固化后具有较好的柔韧性，能够防止固化后涂层的龟裂。
本发明所提供的紫外光固化组合物中的全氟聚醚添加剂主要用于改善组合物固化形成涂层的表面性能。组合物固化后，由于氟元素的表面迁移性能，在涂层表面能够集聚形成一层约5～10纳米的高氟含量涂层，使得该组合物固化后具有非常优秀的表面效果，具体地，为具有优良的防水、防油、防污、抗指纹性能和耐摩擦效果。
为了进一步阐述本发明，下面结合实施例对本发明提供的紫外光固化组合物进行描述。以下实施例中的高官能脂肪族聚氨酯丙烯酸酯为购自台湾长兴化学的6145-100、美国氰特公司的EBECYRL 5129、美国沙多玛公司的CN9013中的一种或几种组合物。
二官能脂肪族聚氨酯丙烯酸酯购自台湾长兴化学的6151-100、美国氰特公司的EBECRYL4858、美国沙多玛公司的CN989中的一种或几种组合物。
附着力促进剂为具有丙烯酰基的硅氧烷改性单体，型号为A-171、A-151或A-174中的一种或几种组合物。
光引发剂为购自瑞士Ciba公司的α-羟基环己基苯甲酮，型号为Irgacure 184。
助剂中消泡剂的有机硅消泡剂，型号为BYK 077；流平剂为购自德国BYK公司的聚酯改性含丙烯酸官能团的有机硅氧烷，型号为BYK 371。
稀释剂为多官能丙烯酸单体，优选为4官能团以上的丙烯酸单体，可以为市售的季戊四醇四丙烯酸酯、二季戊四醇六丙烯酸酯、二季戊四醇五丙烯酸酯。
本发明提供的紫外光固化组合物可以按照本领域技术人员熟知的方法制备，具体可以为:将称量的紫外光固化组合物中的高官能脂肪族聚氨酯丙烯酸酯、二官能脂肪族聚氨酯丙烯酸酯在40～50℃下预热1～2小时，用总重量2/3的稀释剂充分溶解上述树脂。再将按比例称量的全氟聚醚添加剂、附着力促进剂、光引发剂、助剂、无机纳米粉与剩余1/3重量的稀释剂加入，在40～50℃下以900～1200转/分钟的转速搅拌30～60分钟，使各组分混合均匀后，即得所述的紫外光固化组合物。
本发明对组合物的涂布固化方法没有特别限定，可以按照本领域技术人员熟知的方法进行涂布固化，具体可以为：将实施例1～10制得的组合物喷涂于基材上，50℃红外灯照射下流平5～10分钟，再用紫外灯供给1000～2000mJ/cm2能量固化5～60s。
以下给出本发明的实施例和对比例。
实施例1
本实施例提供的紫外光固化组合物的组分为：
组合物组分 重量份数
EBECYRL 5129 40
EBECRYL 4858 15
全氟聚醚添加剂 2
A-151 2
Irgacure 184 2
BYK 077 0.5
BYK 371 0.5
二季戊四醇六丙烯酸酯 25
二季戊四醇五丙烯酸酯 25
实施例2
本实施例提供的紫外光固化组合物的组分为：
组合物组分 重量份数
EBECYRL 5129 45
EBECRYL 4858 20
全氟聚醚添加剂 1
A-151 2
Irgacure 184 3
BYK 077 0.5
BYK 371 0.5
二氧化硅纳米粉 3
二季戊四醇六丙烯酸酯 25
二季戊四醇五丙烯酸酯 25
实施例3
本实施例提供的紫外光固化组合物的组分为：
实施例4
本实施例提供的紫外光固化组合物的组分为：
组合物组分 重量份数
6145-100 45
6151-100 20
全氟聚醚添加剂 2
A-151 2
Irgacure 184 3
BYK 077 0.5
BYK 371 0.5
碳酸钙纳米粉 3
二季戊四醇六丙烯酸酯 25
二季戊四醇五丙烯酸酯 25
实施例5
本实施例提供的紫外光固化组合物的组分为：
实施例6
本实施例提供的紫外光固化组合物的组分为：
组合物组分 重量份数
6145-100 60
6151-100 10
全氟聚醚添加剂 2
A-151 2
Irgacure 184 3
BYK 077 0.5
BYK 371 0.5
碳酸钙纳米粉 3
二季戊四醇六丙烯酸酯 20
二季戊四醇五丙烯酸酯 20
实施例7
本实施例提供的紫外光固化组合物的组分为：
实施例8
本实施例提供的紫外光固化组合物的组分为：
组合物组分 重量份数
6145-100 45
CN989 20
全氟聚醚添加剂 2
A-151 2
Irgacure 184 3
BYK 077 0.5
BYK 371 0.5
二氧化硅纳米粉 3
二季戊四醇六丙烯酸酯 25
二季戊四醇五丙烯酸酯 25
实施例9
本实施例提供的紫外光固化组合物的组分为：
组合物组分 重量份数
EBECYRL 5129 40
6151-100 20
全氟聚醚添加剂 0.5
A-174 2
Irgacure 184 3
BYK 077 0.5
BYK 371 1
二氧化硅纳米粉 3
二季戊四醇六丙烯酸酯 30
二季戊四醇五丙烯酸酯 20
实施例10
本实施例提供的紫外光固化组合物的组分为：
组合物组分 重量份数
EBECYRL 5129 35
6151-100 15
全氟聚醚添加剂 2
A-151 2
Irgacure 184 3
BYK 077 0.5
BYK 371 0.5
碳酸钙纳米粉 3
二季戊四醇六丙烯酸酯 30
二季戊四醇五丙烯酸酯 30
实施例11
本实施例提供的紫外光固化组合物的组分为：
组合物组分 重量份数
EBECYRL 5129 45
EBECRYL 4858 20
全氟聚醚添加剂 2
A-171 2
Irgacure 184 3
BYK 077 0.5
BYK 371 0.5
二氧化硅纳米粉 3
二季戊四醇六丙烯酸酯 20
二季戊四醇五丙烯酸酯 30
对比例1
本对比例提供的紫外光固化组合物的组分为：
对比例2
本对比例提供的紫外光固化组合物的组分为：
组合物组分 重量份数
EBECYRL 5129 45
EBECRYL 4858 20
全氟聚醚添加剂 2
A-171 2
Irgacure 184 3
BYK 077 0.5
BYK 371 0.5
二氧化硅纳米粉 0
二季戊四醇六丙烯酸酯 20
二季戊四醇五丙烯酸酯 30
对比例3
本对比例提供的紫外光固化组合物的组分为：
将实施例1～11和对比例1～3提供的紫外光固化组合物喷涂在PC板材表面，涂层厚度约10um，测量涂层性能列于下表1中。
【铅笔硬度】
根据GB/T 6739-2006所述方法测定铅笔硬度。
【水接触角】
在固化后的涂层上滴加一滴水，滴加一分钟后使用接触角测定仪(DSA20-Kruss)测定25℃时的水接触角。
【油接触角】
在固化后的涂层上滴加一滴十六烷，滴加一分钟后使用接触角测定仪(DSA20-Kruss)测定25℃时的十六烷接触角。
【钢丝绒耐磨测试】
各实施例涂层钢丝绒耐磨测试按RIM WI-QMR-06-002标准测试，即在Taber 5700线性耐磨仪(Taber工业制造)上，采用0000#钢丝绒并在负重1000g条件下，对涂层表面进行摩擦，循环速度为25次/分钟，摩擦长度为2.5厘米，摩擦次数为1000次。
【附着力】
根据GB9286-1998所描述的方法测定附着力。
表1实施例1～11和对比例1～3涂层性能测试结果
表1列举实施例1-11和对比例1-3涂层性能测试结果，结果表明本发明的一种紫外光固化组合物，性能优越在：与对比例1相比，本发明具有更高的水接触角和油接触角；与对比例2相比，本发明具有更高的膜硬度；与对比例3相比，本发明具有更好的附着力；同时，由于本发明组合物成份之间的协同作用，本发明较对比例2和3也具有更好的水接触角和油接触角。
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 (7)

1.一种紫外光固化组合物，其特征在于该组合物包括以下重量配比的组分：
所述高官能脂肪族聚氨酯丙烯酸酯为具有6官能度、9官能度、12官能度或15官能度的任意一种、两种或多种聚氨酯丙烯酸酯的预聚物；
所述的全氟聚醚添加剂为含有聚醚多元醇基团的全氟聚醚、具有活性氢和丙烯酰基的单体、与三异氰酸酯的反应产物；
所述助剂为有机硅消泡剂或含丙烯酸官能团的有机硅氧烷流平剂。
2.根据权利要求1所述的一种紫外光固化组合物，其特征在于所述含有聚醚多元醇基团的全氟聚醚结构为：
F(CF(CF3)CF2O)m(CF(CF3))p(OCF2)q-COO-(CH2CH2)nOH
其中m为4-25的自然数，p为4-15的自然数，q为4-15的自然数，n为1-50的自然数。
3.根据权利要求1所述的一种紫外光固化组合物，其特征在于所述具有活性氢和丙烯酰基的单体的结构式为：
HX-CH2CH2OOCCY＝CH2
其中，X为O或S原子，Y为H、CH3、F或CF3。
4.根据权利要求1所述的一种紫外光固化组合物，其特征在于所述的附着力促进剂为具有丙烯酰基的硅氧烷改性单体，该丙烯酰基的结构式为：CH2＝CZC(O)O-，其中，Z为H、F、Cl、CH3、CF3或CH2CH3。
5.根据权利要求1所述的一种紫外光固化组合物，其特征在于所述稀释剂为多官能丙烯酸单体，该多官能丙烯酸单体为季戊四醇四丙烯酸酯、二季戊四醇六丙烯酸酯、二季戊四醇五丙烯酸酯中的一种或几种。
6.根据权利要求1所述的一种紫外光固化组合物，其特征在于所述光引发剂为α-羟基环己基苯甲酮。
7.根据权利要求1所述的一种紫外光固化组合物，其特征在于所述紫外光固化组合物还包括无机纳米粉，其重量份为1～5份，该无机纳米粉为二氧化硅粉末、三氧化二铝粉末、碳酸钙粉末中的一种或几种。
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