CN105567063A - 一种低能固化的紫外光固化涂料及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种低能固化的紫外光固化涂料及其制备方法，由如下各原料的重量百分比构成：改性多官能度聚酯丙烯酸酯为25-30％，改性环氧丙烯酸酯为10-15％，改性季戊四醇丙烯酸酯为20-25％，TPGDA为15-20％，润湿分散剂为0.3-1.0%，透明滑石粉为10-15％，光引发剂1为2-4%，光引发剂2为1-3%，光引发剂3为2-4%，流平剂为0.3-0.5%。其制备方法是：将改性高官能聚酯丙烯酸酯树脂、改性环氧树脂、改性季戊四醇三丙烯酸酯、TPGDA混合，搅拌分散，再加入光引发剂1、2、3，润湿分散剂，然后将透明滑石粉投入并分散后即得到产品涂料。本发明紫外光固化涂料只需40-80mj/m²的紫外光能量即可达到所需要的固化程度，大大降低了涂料固化所需的能量，提高了施工效率，并降低了异型工件背光面产生质量缺陷的可能性。

Description

一种低能固化的紫外光固化涂料及其制备方法

技术领域

本发明内容涉及紫外光固化材料领域，具体涉及紫外光固化木器漆技术，尤其涉及一种低紫外光能量固化的木器涂料及其制备方法。

背景技术

传统的木器用涂料主要有聚氨酯涂料（PU）、聚酯涂料（PE）和硝基涂料（NC）等油性涂料。随着涂料行业技术的不断创新，继上述传统油性涂料后又发展起来紫外光（UV）固化涂料和水性涂料，尤其是紫外光固化涂料的应用范围越来越广泛。UV涂料具有高固含量、快速固化、低排放、少污染、流水线生产、漆膜性能优异等显著特点，因而其在我国只有短短十几年时间就得到了迅猛的发展。目前，UV固化涂料已广泛应用于木器涂装领域，包括木地板、木家具、木门等方面，有逐渐取代传统溶剂型涂料的发展趋势。已成为我国环境友好型涂料行业发展的重点方向。

传统的溶剂型涂料中50-60%为挥发性的有机溶剂，在施工使用过程中均排放到大气中，对环境造成严重的污染，并对施工人员的身体健康造成了极大的危害。传统的溶剂型涂料用在地板、家具、木门等木器产品上由于其中的有机挥发物残留而造成了严重的家装室内环境污染，对人身健康留下了巨大的隐患。UV涂料采用高沸点的活性单体作为稀释剂，在紫外光的照射下参与固化成膜，因而UV涂料可做到几乎不含挥发性有机溶剂，避免了挥发性有机物残留的弊病。随着人们环保意识的增强和国家环保法规的日益严格，UV涂料得到了社会的普遍认可，日新月异的技术创新为UV涂料在各个领域的应用创造了广阔的市场。UV涂料是一种真正意义上的环境友好型涂料，符合经济（Economy）、效率（Efficiency）、生态（Ecology）、能源（Energy）、多能（Enabling）的“5E”原则。UV涂料成为取代传统溶剂型涂料的最理想的发展方向之一。

UV涂料使用紫外光照射来进行固化，因而对于紫外光照射不到或不能充分照射的部位涂层无法达到所需要的固化程度。目前，紫外光固化专用设备的光源普遍使用比较经济适用的高压汞灯，其产生的紫外光能量占比约30%，其中很大一部分为红外线能量。由于大量红外线能量的产生使固化过程中工件表面温度过高而造成工件受损。尤其是现在市场上普遍使用的压贴木皮的木器（木门、家具）产品，涂层固化过程中过高的温度易造成木皮脱胶起泡。木器产品的不同造型导致紫外光不能充分照射到所需固化的涂层表面，从而达不到固化效果。为降低固化过程中温度对木器产品的不良影响，固化设备中采用滤光器件阻止红外线照射到工件表面达到降温的目的，而滤光器件在过滤红外线的同时也将很大部分紫外光过滤，大大降低了涂层的紫外光照射能量。因此平面木器工件上使用的普通UV涂料产品在上述情况中不能得到很好的应用，需要开发一种低紫外光能量固化的产品。

发明内容

本发明的目的在于针对现有紫外光固化涂料产品的不足，提供一种低紫外光能量固化的涂料产品及其制备方法。

本发明的上述目的通过如下方案予以实现：一种低能固化的紫外光固化涂料，其配方由如下各原料的重量百分比构成：改性多官能度聚酯丙烯酸酯为25-35％，改性环氧丙烯酸酯为10-15％，改性季戊四醇丙烯酸酯为20-25％，TPGDA为10-20％，润湿分散剂为0.3-1.0%，透明滑石粉为10-15％，光引发剂1为2-4%，光引发剂2为1-3%，光引发剂3为2-4%，流平剂为0.3-0.5%，其中：改性多官能聚酯丙烯酸酯树脂为季戊四醇三丙烯酸酯改性的低粘度三官能度聚酯丙烯酸酯树脂；改性环氧丙烯酸酯为富马酸酐改性的环氧丙烯酸酯树脂；光引发剂1为夺氢型光引发剂；光引发剂2为活性胺；光引发剂3为裂解型光引发剂。

本发明上述原料组成的配方的优选是：

改性多官能度聚酯丙烯酸酯：35％

改性环氧丙烯酸酯10％

改性季戊四醇丙烯酸酯20％

TPGDA10％

润湿分散剂0.5%

透明滑石粉15％

光引发剂14%

光引发剂21%

光引发剂34%

流平剂0.5%。

本发明所述低能固化紫外光固化木器涂料的制备方法如下：

将改性高官能聚酯丙烯酸酯树脂、改性环氧树脂、改性季戊四醇三丙烯酸酯、TPGDA混合，在800-1000r/min的搅拌速度下分散30min，再加入光引发剂1、2、3，待固态光引发剂完全溶解后加入润湿分散剂，分散10-15min，然后将透明滑石粉投入并1500－2000r/min的速度分散20-30min后即得到本发明中的低能固化紫外光固化木器涂料。

鉴于低紫外光能量UV木器涂料的性能要求，本申请曾考虑使用高官能度的聚氨酯丙烯酸酯、高官能度的活性稀释剂等原料，但考虑到UV木器涂料的市场价格和成本要求，存在以下技术难点：

(1)高官能度的聚氨酯丙烯酸酯价格高、粘度大、漆膜脆性大，因此需要高固含量、低粘度、快固化速度、漆膜韧性好的改性光固化低聚物材料；

(2)活性稀释单体是UV木器涂料组成中不可缺少的组份，常用的高官能度单体有双季戊四醇丙烯酸酯（DPHA）、季戊四醇丙烯酸酯（PETA）、三羟甲基丙烷丙烯酸酯（TMPTA）。上述单体价格高，漆膜脆性大，因此需要寻找兼顾固化速度和漆膜韧性的活性稀释剂。

鉴于以上两难点，本申请对原材进行广泛的测试筛选，通过大量的实验设计与验证，并优化配方组成得到了一种既能低能固化又有良好漆膜性能，并兼具性价比的UV木器涂料。

本申请通过大量的实验探索，对多种型号的多种高官能度聚酯丙烯酸酯进行性能测试与评估，最终得到适合于本发明要求的改性多官能聚酯丙烯酸酯树脂，为一种季戊四醇三丙烯酸酯改性的三官能度聚酯树脂，兼具固化速度和漆膜柔韧性。其作用是提供漆膜的主体性能，达到低能快固化的效果，同时兼具性能与低成本的优势。上述改性聚酯丙烯酸酯树脂采用市售产品均可实现本发明，如本公司已在售的HY218型树脂或市售长兴化学的E6320等。

改性环氧丙烯酸酯树脂的作用在于为最终涂料的漆膜提供韧性，防止漆膜在使用过程中产生龟裂的弊病。本申请中采用的改性环氧树脂包括脂肪酸改性和氨基改性的环氧丙烯酸酯树脂，如本公司已在售的HY217或江苏三木的SM6109D等树脂。与普通的双酚A标准环氧丙烯酸酯树脂相比，改性后的环氧丙烯酸酯树脂兼具前者的固化速度并在漆膜韧性上有显著提高。

上述改性季戊四醇三丙烯酸酯和二缩三丙二醇二丙烯酸酯（TPGDA）在配方组成中起活性稀释剂的作用。改性季戊四醇三丙烯酸酯较未改性产品具有良好的漆膜韧性，在配方中提供稀释作用的同时提高漆膜的交联密度和硬度。TPGDA在配方中主要起稀释作用，为涂料提供良好的施工性能和流平性。

上述分散剂在配方组成中对填充料起润湿分散、防沉降、防结块的作用，采用本领域技术人员制备紫外光固化木器涂料常用的润湿分散剂即可实现本发明，如EFKA公司的4010或BYK公司的164等。

上述透明滑石粉的作用是增强涂料的填充性、硬度、丰满度和打磨性能，并相对普通的滑石粉在漆膜中具有更好的透明性，采用本领域技术人员制备紫外光固化木器涂料常用的透明滑石粉均可实现本发明，如金猴TM-1250，龙胜1250透明粉等。

上述光引发剂采用两中类型的光引发剂配合使用使漆膜中的的光固化成分完全反应成膜，表层和底层均能参与光固化交联反应。光引发剂1采用表层引发效率高的夺氢型光引发剂，如二苯甲酮；光引发剂2为活性胺与光引发剂1配合使用促进涂层表面固化；光引发剂3采用中底层引发效率高的裂解型光引发剂，如2-羟基-2-甲基-1-苯基-1-丙酮或1-羟基-环己基-苯基甲酮等。

上述流平剂的作用是增加漆膜的流平性，采用本领域技术人员制备紫外光固化涂料常用的任何一种流平剂可实现本发明，如BYK的358N、EFKA的3777等。

与现有普通的UV木器涂料相比，本发明具有如下有益效果：

1.本发明以高官能度的改性聚酯丙烯酸酯树脂作为漆膜性能的主体树脂，此树脂具有高固含量、低粘度、低成本、快固化、漆膜柔韧的特点。成本上与普通UV木器涂料相当，但UV固化成膜所需的紫外光能量仅为普通UV木器涂料的1/4-1/5；

2.本发明的低能固化UV木器涂料与普通的UV木器涂料相比具有较高的硬度，但漆膜不脆且不易龟裂。普通的UV木器涂料为提高固化速度就需要添加高官能度的单体或树脂来增加交联密度，从而造成漆膜发脆和易龟裂的严重弊病；

3.本发明不仅适合于平面工件的涂装，而且适合于异型造型的工件涂装施工。普通UV木器涂料由于工件有造型导致有些工作面接受紫外光设备照射时能量不够而不能固化成膜；

4.本发明中使用高固含量、低粘度、快固化的改性树脂，在兼具硬度的同时，漆膜具有很好的打磨性能。普通UV木器涂料硬度提高后很难打磨；

5.本发明中的改性聚酯丙烯酸酯和改性环氧丙烯酸酯树脂对填充料具有优异的润湿性，因而较普通的UV木器涂料使用的原材料具有更高的粉料承载量而漆膜具有很好的透明性；

6.本发明的UV木器涂料由于具有低能固化、高固含量、低粘度、漆膜韧性好等特点，较之普通UV木器有更广阔的市场应用范围和更高的经济效益。

本发明低能固化的紫外光固化涂料固化所需的紫外光能量为普通UV木器涂料的1/5，只需40-80mj/m²的紫外光能量即可达到所需要的固化程度，大大降低了涂料固化所需的能量，提高了施工效率，并降低了异型工件背光面产生质量缺陷的可能性。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明做进一步的描述，但具体实施例并不对本发明做任何限定。

实施例1：

本实施例的低能固化的紫外光固化涂料，其配方中的原料重量百分比如下：

改性多官能度聚酯丙烯酸酯：35％

改性环氧丙烯酸酯10％

改性季戊四醇丙烯酸酯20％

TPGDA10％

润湿分散剂0.5%

透明滑石粉15％

光引发剂14%

光引发剂21%

光引发剂34%

流平剂0.5%。

上述改性聚酯丙烯酸酯采用本公司已售HY-218；

上述改性环氧丙烯酸酯树脂采用江苏三木SM-6109D；

上述改性季戊四醇三丙烯酸酯采用无锡辉宏L-300；

上述润湿分散剂使用BYK的164；

上述透明滑石粉为龙胜的1250#滑石粉；

上述光引发剂1为2-羟基-2-甲基-1-苯基-1-丙酮；

上述流平剂采用BYK的358N。

实施例2：

本实施例的低能固化的紫外光固化涂料，其配方中的原料重量百分比如下：

改性多官能度聚酯丙烯酸酯：30％

改性环氧丙烯酸酯14％

改性季戊四醇三丙烯酸酯22％

TPGDA12％

润湿分散剂0.5%

透明滑石粉12％

光引发剂14%

光引发剂21%

光引发剂34%

流平剂0.5%。

上述改性聚酯丙烯酸酯采用本公司已售HY-218；

上述改性环氧丙烯酸酯树脂采用江苏三木SM-6109D；

上述改性季戊四醇三丙烯酸酯采用无锡辉宏L-300；

上述润湿分散剂使用BYK的164；

上述透明滑石粉为龙胜的1250#滑石粉；

上述光引发剂1为2-羟基-2-甲基-1-苯基-1-丙酮；

上述流平剂采用BYK的358N。

实施例3：

本实施例的低能固化的紫外光固化涂料，其配方中的原料重量百分比如下：

改性多官能度聚酯丙烯酸酯：25％

改性环氧丙烯酸酯15％

改性季戊四醇三丙烯酸酯25％

TPGDA15％

润湿分散剂0.5%

透明滑石粉10％

光引发剂14%

光引发剂21%

光引发剂34%

流平剂0.5%。

上述改性聚酯丙烯酸酯采用本公司已售HY-218；

上述改性环氧丙烯酸酯树脂采用江苏三木SM-6109D；

上述改性季戊四醇三丙烯酸酯采用无锡辉宏L-300；

上述润湿分散剂使用BYK的164；

上述透明滑石粉为龙胜的1250#滑石粉；

上述光引发剂1为2-羟基-2-甲基-1-苯基-1-丙酮；

上述流平剂采用BYK的358N。

本发明实施例1～3中所述紫外光固化涂料采用如下的制备方法：

将改性高官能聚酯丙烯酸酯树脂、改性环氧树脂、改性季戊四醇三丙烯酸酯、TPGDA混合，在800-1000r/min的搅拌速度下分散30min，再加入光引发剂1、2、3，待固态光引发剂完全溶解后加入润湿分散剂，分散10-15min，然后将透明滑石粉投入并1500－2000r/min的速度分散20-30min后即得到本发明中的产品涂料。

将本发明实施例中制备所得到的紫外光固化涂料进行性能测定，将其性能测试的结果与普通UV木器涂料进行对比，结果如表1所示。

表1本发明紫外光固化涂料与普通UV木器涂料性能对比表

由表1可以看出来，本发明实施例中的紫外光固化涂料相对于普通的UV涂料具有明显的综合优势。紫外光固化涂料所需的UV能量更低，涂装生产过程中可提高生产线的运转速度达到提高生产效率；本发明中低能固化涂料相较普通UV木器涂料,可使用带滤光器件的UV固化设备进行固化，可降低工件表面的温度，防止由于温度过高导致工件出现质量缺陷；低能固化UV木器涂料使用高固含、低粘度、快固化的改性聚酯丙烯酸酯等原料提高了漆膜的强度和韧性，使涂装出来的木器产品耐冷热冲击测试实验有显著的优势。

Claims (4)

1.一种低能固化的紫外光固化涂料，其特征在于：其原料配方由如下重量百分比的各组份组成：

改性多官能度聚酯丙烯酸酯：25-35％

改性环氧丙烯酸酯10-15％

改性季戊四醇三丙烯酸酯20-25％

TPGDA10-20％

润湿分散剂0.3-1.0%

透明滑石粉10-15％

光引发剂12-4%

光引发剂21-3%

光引发剂32-4%

流平剂0.3-0.5%，

其中：改性多官能聚酯丙烯酸酯树脂为季戊四醇三丙烯酸酯改性的低粘度三官能度聚酯丙烯酸酯树脂；改性环氧丙烯酸酯为富马酸酐改性的环氧丙烯酸酯树脂；光引发剂1为夺氢型光引发剂；光引发剂2为活性胺；光引发剂3为裂解型光引发剂。

2.根据权利要求1中所述紫外光固化涂料，其特征在于：其原料配方由如下重量百分比的各组分组成：

改性多官能度聚酯丙烯酸酯：35％

改性环氧丙烯酸酯10％

改性季戊四醇三丙烯酸酯20％

TPGDA10％

润湿分散剂0.5%

透明滑石粉15％

光引发剂14%

光引发剂21%

光引发剂34%

流平剂0.5%。

3.根据权利要求1、2中所述紫外光固化涂料，其特征在于：所述光引发剂1为二苯甲酮；光引发剂3为2-羟基-2-甲基-1-苯基-1-丙酮。

4.一种权利要求1中所述紫外光固化涂料的制备方法，其特征在于：包括如下步骤：按照权利要求1所述原料配方，将改性多官能度聚酯丙烯酸酯树脂、改性环氧树脂、改性季戊四醇三丙烯酸酯、TPGDA混合，在800-1000r/min的搅拌速度下分散30min，再加入光引发剂1、2、3，待固态光引发剂完全溶解后加入润湿分散剂，分散10-15min，然后将透明滑石粉投入并1500－2000r/min的速度分散20-30min后即得到产品涂料。