CN106280910A - 一种抗高压水射流切割多功能防护材料及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明属于多功能防护材料技术领域，公开了一种抗高压水射流切割、抗氢氟酸腐蚀的多功能防护材料及其制备方法与应用，特别是手机盖板、触控屏、外壳等加工领域。本发明材料包括以下按重量计的组分：酚醛环氧丙烯酸树脂40～70份、活性稀释剂10～30份、光引发剂2～6份、填充料10～30份、附着力促进剂1～3份、消泡剂0.2～1.0份。本发明防护材料经丝网印刷或喷涂、UV固化，所得涂层在玻璃或金属基材上呈现优越的附着力，在水切割划片、CNC精雕工艺过程中无空鼓、翘边、脱落等现象，能耐20％氢氟酸30分钟以上，满足防护性能要求，使用环保脱膜水无残留脱膜，脱膜时成片状脱落，易分离，工艺自动化程度高，安全环保。

Description

一种抗高压水射流切割多功能防护材料及其制备方法
技术领域
本发明属于多功能防护材料技术领域，特别涉及一种抗高压水射流切割、抗氢氟酸腐蚀的多功能防护材料及其制备方法与应用，特别是手机盖板、触控屏、外壳等加工领域。
背景技术
目前，手机盖板、触控屏、外壳的加工部分仍采用常规的刀具切割、精雕技术，该工艺制程所需保护材料市场上已有成熟产品。在追求低成本高效率的电子机械制程的前提下，手机盖板、触控屏、外壳加工等领域都开始采用高效率高产品良率的高压水射流切割(水切割)工艺技术。该工艺技术生产成本低、切割精度高、良品率高、质量好、无环境污染，为新一代的切割技术，广泛应用于航天航空、电子机械加工等高科技领域。在该工艺制程中传统的防护油墨已不足以耐受高压水(或含沙)的冲击而起到保护加工基材的作用，且在氢氟酸强化边缘工艺过程中保护材料又需具有超强的耐氢氟酸腐蚀能力。目前，手机等生产加工过程中需反复多次的临时性防护导致生产效率和良率不高是手机等加工行业的共性技术问题。
发明内容
为了克服上述现有技术的缺点与不足，针对抗高压水切割、耐氢氟酸腐蚀渗透性、易脱膜等特点，本发明的首要目的在于提供一种抗高压水射流切割、抗氢氟酸腐蚀的多功能防护材料。
本发明的多功能防护材料具有优异的成膜性、附着力、抗水切割及抗氢氟酸等性能，且使用环保脱膜水即可实现脱膜，自动化程度高。可应用于手机盖板、触控屏、外壳等在切割、CNC及氢氟酸制程工艺中的防护。
本发明另一目的在于提供一种上述抗高压水射流切割、抗氢氟酸腐蚀的多功能防护材料的制备方法。
本发明再一目的在于提供上述抗高压水射流切割、抗氢氟酸腐蚀的多功能防护材料的应用。
本发明的目的通过下述方案实现：
一种抗高压水射流切割、抗氢氟酸腐蚀的多功能防护材料，包括以下按重量计的组分：
所述的酚醛环氧丙烯酸树脂由包含如下步骤的方法得到：将酚醛环氧树脂、催化剂、阻聚剂混合，升温至95～105℃，滴加3,7-二甲基-6-辛烯酸及丙烯酸的混合溶液，105～130℃下保温2～4小时，得到酚醛环氧丙烯酸树脂。
所述的酚醛环氧丙烯酸树脂为线型酚醛环氧树脂，分子重复单元n值为2～6，环氧当量为170～192g/eq。
所用酚醛环氧树脂、丙烯酸和3,7-二甲基-6-辛烯酸质量比为100：(30～45)：(90～130)。
所述的催化剂为三乙胺、三乙醇胺、四丁基溴化铵、四甲基氯化铵、三苯基膦和N,N-二甲基苄胺中的至少一种。所述的催化剂的用量为催化量即可，优选为酚醛环氧树脂质量的0.2～0.4％。
所述的阻聚剂为对苯二酚、邻甲基对苯二酚、对苯醌、对羟基苯甲醚和2,6-二叔丁基-4-甲基苯酚中的至少一种。
所述的阻聚剂的用量优选为丙烯酸和3,7-二甲基-6-辛烯酸总质量的0.1～0.2％。
所述滴加优选用恒压漏斗缓慢、连续滴加，滴加时间优选为50～90min。
本发明的抗高压水射流切割、抗氢氟酸腐蚀的多功能防护材料中：
所述的活性稀释剂可选自烷氧化壬基苯酚丙烯酸酯、2-苯氧基乙基甲基丙烯酸酯、3,3,5-三甲基环己烷丙烯酸酯、十二烷基丙烯酸酯、乙氧化双酚A二丙烯酸酯、二甲基丙烯酸乙二醇酯、新戊二醇二丙烯酸酯、三乙二醇二甲基丙烯酸酯、二乙二醇二甲基丙烯酸酯、丙烯酸四氢呋喃酯、三羟甲基丙烷三丙烯酸酯、乙氧化三羟甲基三丙酸酸酯、季戊四醇三丙烯酸酯、季戊四醇四丙烯酸酯和三季戊四醇六丙烯酸酯中的至少一种。
所述的光引发剂可选自二苯甲酮、4-苯甲酰基-4-甲基-二苯硫醚、2-甲基-1-[4-(甲硫基)苯基]-2-吗啉基-1-丙酮、异丙基硫杂蒽酮、2,4,6-三甲基苯甲酰基-二苯基氧化磷、1-羟基环己基苯基甲酮、4-(N,N-二甲氨基)苯甲酸乙酯、2-羟基-2-甲基-1-苯基-1-丙酮、安息香双甲醚和2-乙基蒽醌中的至少一种，优选为至少两种。
所述的填充料可选自二氧化硅、云母粉、氢氧化铝、硅藻土、硫酸钡、炭黑、高岭土、碳酸钙、滑石粉、聚四氟乙烯粉、硬脂酸锌、磷酸锌和二氧化钛中的至少一种。
所述的附着力促进剂可选自丙烯酰基三甲氧基硅烷、羟乙基丙烯酰磷酸酯、二羟乙基甲基丙烯酰磷酸酯、甲基丙烯酰基三丙氧基硅烷、甲基丙烯酰基三乙氧基硅烷、丙基三羟乙基丙烯酰钛酸酯和丙基三羟乙基甲基丙烯酰钛酸酯中的至少一种。
所述的消泡剂为含硅类消泡剂，可帮助消泡和印刷离网效果，使印刷效果更加美观。
本发明还提供一种上述抗高压水射流切割、抗氢氟酸腐蚀的多功能防护材料的制备方法，包括如下步骤：将所述组分混合、研磨，得到抗高压水射流切割、抗氢氟酸腐蚀的多功能防护材料。
所述研磨优选在研磨机中研磨，使其充分混合均匀。
所述混合优选先将酚醛环氧丙烯酸树脂与活性稀释剂混合，再加入其它组分。
本发明的抗高压水射流切割、抗氢氟酸腐蚀的多功能防护材料可应用于手 机盖板、触控屏、外壳等加工领域。本发明的防护材料经丝印或喷涂、紫外光固化后具有抗水切割、耐氢氟酸腐蚀等性能，并可用环保脱膜水脱膜。
本发明设计并合成了含有多反应官能团以及疏水基团的酚醛环氧丙烯酸树脂，以其为主体，制备得到具有良好抗水切割、耐氢氟酸腐蚀的紫外光固化防护材料。本发明的防护材料经过丝网印刷或喷涂、UV固化，在玻璃或金属基材上呈现优越的附着力，在水切割划片、CNC精雕工艺过程中无空鼓、翘边、脱落等现象，能耐20％氢氟酸30分钟以上，从而在切割、CNC及氢氟酸制程工艺中实现保护玻璃或金属基材的目的。本发明防护涂料固化后可使用中性环保脱膜水脱膜，对玻璃等基材无伤害。脱膜时防护膜成片状脱落，易过滤及分离，工艺自动化程度高，安全环保。
本发明相对于现有技术，具有如下的优点及有益效果：
(1)酚醛树脂比纯丙烯酸树脂具有更好的耐水、耐酸、耐磨性，本发明通过引入具有刚性结构的酚醛树脂基体，可有效提高材料耐高压水射流切割性能。
(2)在主体高分子链段中引入疏水性基团及控制软硬段单体比例，并通过合理筛选活性稀释剂、填充料、助剂等，调控防护材料耐水切割、耐氢氟酸酸腐蚀、易脱膜等性能。
(3)传统防护油墨类产品不能满足高压水射流切割工艺制程要求，且性能单一，工艺复杂，产品良率低等缺陷，本粉末产品具有固化效率高、可实现自动化涂膜和脱膜、工艺绿色环保，可部分取代或淘汰现有防护类产品。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步详细的描述，但本发明的实施方式不限于此。
下列实施例中使用的试剂均可从商业渠道获得。
实施例1：
将100克酚醛环氧树脂(NPPN-638S)、0.2克三苯基膦、0.1克对苯二酚加入反应器中，升温至105℃，将45克丙烯酸及90克3,7-二甲基-6-辛烯酸的 混合溶液用恒压漏斗缓慢、连续滴加50分钟，滴加完毕后在105℃下保温2小时，得到酚醛环氧丙烯酸树脂。
称取以下重量份原料：酚醛环氧丙烯酸树脂40份，烷氧化壬基苯酚丙烯酸酯20份，1-羟基环己基苯基甲酮2份，滑石粉15份，硫酸钡15份，丙烯酰基三甲氧基硅烷1份，消泡剂0.2份。将酚醛环氧丙烯酸树脂与活性稀释剂混合，掺入光引发剂、填料、消泡剂，经高速搅拌后形成均一粘稠液体，将该粘稠液体入研磨机研磨后即得到本发明防护材料。
实施例2：
将100克酚醛环氧树脂(NPPN-638S)、0.4克三苯基膦、0.2克对苯二酚加入反应器中，升温至95℃，将30克丙烯酸及130克3,7-二甲基-6-辛烯酸的混合溶液用恒压漏斗缓慢、连续滴加90分钟，滴加完毕后在130℃下保温4小时，得到酚醛环氧丙烯酸树脂。
称取以下重量份原料：酚醛环氧丙烯酸树脂70份，十二烷基丙烯酸酯10份，2异丙基硫杂蒽酮6份，滑石粉10，羟乙基丙烯酰磷酸酯3份，消泡剂1.0份。将酚醛环氧丙烯酸树脂与活性稀释剂混合，掺入光引发剂、填料、消泡剂，经高速搅拌后形成均一粘稠液体，将该粘稠液体入研磨机研磨后即得到本发明防护材料产品。
实施例3：
将100克酚醛环氧树脂(NPPN-638S)、0.3克三苯基膦、0.1克对苯二酚加入反应器中，升温至101℃，将35克丙烯酸及110克3,7-二甲基-6-辛烯酸的混合溶液用恒压漏斗缓慢、连续滴加70分钟，滴加完毕后在105℃下保温3小时，得到酚醛环氧丙烯酸树脂。
称取以下重量份原料：酚醛环氧丙烯酸树脂50份，季戊四醇四丙烯酸酯30份，2-甲基-2-(4-吗啉基)-1-[4-(甲硫基)苯基]-1-丙酮4份，硬脂酸锌12份，甲基丙烯酰基三丙氧基硅烷2份，消泡剂0.5份。将酚醛环氧丙烯酸树脂与活性稀释剂混合，掺入光引发剂、填料、消泡剂，经高速搅拌后形成均一粘稠液 体，将该粘稠液体入研磨机研磨后即得到本发明防护材料产品。
实施例4：
将100克酚醛环氧树脂(NPPN-638S)、0.35克三苯基膦、0.2克对苯二酚加入反应器中，升温至105℃，将36克丙烯酸及120克3,7-二甲基-6-辛烯酸的混合溶液用恒压漏斗缓慢、连续滴加75分钟，滴加完毕后在115℃下保温2.6小时，得到酚醛环氧丙烯酸树脂。
称取以下重量份原料：酚醛环氧丙烯酸树脂60份，乙氧化双酚A二丙烯酸酯20份，4-苯甲酰基-4-甲基-二苯硫醚4份，二氧化钛16份，丙基三羟乙基丙烯酰钛酸酯1.5份，消泡剂0.8份。将酚醛环氧丙烯酸树脂与活性稀释剂混合，掺入光引发剂、填料、消泡剂，经高速搅拌后形成均一粘稠液体，将该粘稠液体入研磨机研磨后即得到本发明防护材料产品。
实施例5：
将100克酚醛环氧树脂(NPPN-638S)、0.24克三苯基膦、0.15克对苯二酚加入反应器中，升温至105℃，将40克丙烯酸及105克3,7-二甲基-6-辛烯酸的混合溶液用恒压漏斗缓慢、连续滴加65分钟，滴加完毕后在115℃下保温3.8小时，得到酚醛环氧丙烯酸树脂。
称取以下重量份原料：酚醛环氧丙烯酸树脂50份，3,3,5-三甲基环己烷丙烯酸酯15份，4-苯甲酰基-4-甲基-二苯硫醚5份，二氧化硅30份，丙基三羟乙基甲基丙烯酰钛酸酯1.2份，消泡剂0.8份。将酚醛环氧丙烯酸树脂与活性稀释剂混合，掺入光引发剂、填料、消泡剂，经高速搅拌后形成均一粘稠液体，将该粘稠液体入研磨机研磨后即得到本发明防护材料产品。
实施例6：
将100克酚醛环氧树脂(NPPN-638S)、0.3克三苯基膦、0.1克对苯二酚加入反应器中，升温至105℃，将36克丙烯酸及120克3,7-二甲基-6-辛烯酸的混合溶液用恒压漏斗缓慢、连续滴加80分钟，滴加完毕后在120℃下保温 3.8小时，得到酚醛环氧丙烯酸树脂。
称取以下重量份原料：酚醛环氧丙烯酸树脂50份，2-苯氧基乙基甲基丙烯酸酯25份，2,4,6-三甲基苯甲酰基-二苯基氧化磷3份，高岭土22份，丙基三羟乙基甲基丙烯酰钛酸酯2.2份，消泡剂0.6份。将酚醛环氧丙烯酸树脂与活性稀释剂混合，掺入光引发剂、填料、消泡剂，经高速搅拌后形成均一粘稠液体，将该粘稠液体入研磨机研磨后即得到本发明防护材料产品。
产品性能测试
将上述实施例1～6的防护材料经丝网印刷的方式涂布在玻璃表面，形成厚度为30～40μm的均匀涂层，涂层采用高压汞灯照射(1200～1600mJ/cm2)并固化。
分别对上述固化后的防护涂层性能进行测试，测试方法如下：
附着力测试：GB/T9286-1998
表面硬度测试：GB/T6739-1996
耐水切割测试：常温，含砂水压10MPa，时间20min，观察固化膜状态。
耐氢氟酸测试：常温浸泡在20％氢氟酸中，时间30min，观察固化膜状态。
脱膜性能测试：50℃环保脱膜水中浸泡，观察固化膜状态。
测试结果如下表1所示。
表1防护涂层性能测试结果
附着力 硬度 耐水切割 耐氢佛酸 脱模
实施例1 5B 4H 无起皮及脱落 无起皮及脱落 3min完全脱落，无残留
实施例2 4B 3H 无起皮及脱落 无起皮及脱落 2min完全脱落，无残留
实施例3 5B 3H 无起皮及脱落 无起皮及脱落 3min完全脱落，无残留
实施例4 5B 4H 无起皮及脱落 无起皮及脱落 4min完全脱落，无残留
实施例5 4B 3H 无起皮及脱落 无起皮及脱落 2min完全脱落，无残留
实施例6 5B 4H 无起皮及脱落 无起皮及脱落 4min完全脱落，无残留
从上述测试结果可以看出，实施例1～6的抗高压水射流切割、抗氢氟酸 腐蚀的多功能防护材料涂层具有优异的附着力、抗水切割、耐氢氟酸性能，环保脱膜水脱膜完全、无残留，可完全满足手机盖板、触控屏、外壳等玻璃或金属基材在开料、CNC、化学强化等制程中的防护性能要求，且工艺简单、环保。
上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种抗高压水射流切割、抗氢氟酸腐蚀的多功能防护材料，其特征在于包括以下按重量计的组分：
所述的酚醛环氧丙烯酸树脂由包含如下步骤的方法得到：将酚醛环氧树脂、催化剂、阻聚剂混合，升温至95～105℃，滴加3,7-二甲基-6-辛烯酸及丙烯酸的混合溶液，105～130℃下保温2～4小时，得到酚醛环氧丙烯酸树脂。
2.根据权利要求1所述的抗高压水射流切割、抗氢氟酸腐蚀的多功能防护材料，其特征在于：所用酚醛环氧树脂、丙烯酸和3,7-二甲基-6-辛烯酸质量比为100：(30～45)：(90～130)。
3.根据权利要求1所述的抗高压水射流切割、抗氢氟酸腐蚀的多功能防护材料，其特征在于：所述的催化剂为三乙胺、三乙醇胺、四丁基溴化铵、四甲基氯化铵、三苯基膦和N,N-二甲基苄胺中的至少一种；所述的阻聚剂为对苯二酚、邻甲基对苯二酚、对苯醌、对羟基苯甲醚和2,6-二叔丁基-4-甲基苯酚中的至少一种。
4.根据权利要求1所述的抗高压水射流切割、抗氢氟酸腐蚀的多功能防护材料，其特征在于：所述的催化剂的用量为酚醛环氧树脂质量的0.2～0.4％；所述的阻聚剂的用量为丙烯酸和3,7-二甲基-6-辛烯酸总质量的0.1～0.2％。
5.根据权利要求1所述的抗高压水射流切割、抗氢氟酸腐蚀的多功能防护材料，其特征在于：所述的活性稀释剂选自烷氧化壬基苯酚丙烯酸酯、2-苯氧基乙基甲基丙烯酸酯、3,3,5-三甲基环己烷丙烯酸酯、十二烷基丙烯酸酯、乙氧化双酚A二丙烯酸酯、二甲基丙烯酸乙二醇酯、新戊二醇二丙烯酸酯、三乙二醇二甲基丙烯酸酯、二乙二醇二甲基丙烯酸酯、丙烯酸四氢呋喃酯、三羟甲基丙烷三丙烯酸酯、乙氧化三羟甲基三丙酸酸酯、季戊四醇三丙烯酸酯、季戊四醇四丙烯酸酯和三季戊四醇六丙烯酸酯中的至少一种。
6.根据权利要求1所述的抗高压水射流切割、抗氢氟酸腐蚀的多功能防护材料，其特征在于：所述的光引发剂选自二苯甲酮、4-苯甲酰基-4-甲基-二苯硫醚、2-甲基-1-[4-(甲硫基)苯基]-2-吗啉基-1-丙酮、异丙基硫杂蒽酮、2,4,6-三甲基苯甲酰基-二苯基氧化磷、1-羟基环己基苯基甲酮、4-(N,N-二甲氨基)苯甲酸乙酯、2-羟基-2-甲基-1-苯基-1-丙酮、安息香双甲醚和2-乙基蒽醌中的至少一种。
7.根据权利要求1所述的抗高压水射流切割、抗氢氟酸腐蚀的多功能防护材料，其特征在于：所述的填充料选自二氧化硅、云母粉、氢氧化铝、硅藻土、硫酸钡、炭黑、高岭土、碳酸钙、滑石粉、聚四氟乙烯粉、硬脂酸锌、磷酸锌和二氧化钛中的至少一种。
8.根据权利要求1所述的抗高压水射流切割、抗氢氟酸腐蚀的多功能防护材料，其特征在于：所述的附着力促进剂选自丙烯酰基三甲氧基硅烷、羟乙基丙烯酰磷酸酯、二羟乙基甲基丙烯酰磷酸酯、甲基丙烯酰基三丙氧基硅烷、甲基丙烯酰基三乙氧基硅烷、丙基三羟乙基丙烯酰钛酸酯和丙基三羟乙基甲基丙烯酰钛酸酯中的至少一种；所述的消泡剂为含硅类消泡剂。
9.一种权利要求1～8任一项所述的抗高压水射流切割、抗氢氟酸腐蚀的多功能防护材料的制备方法，其特征在于包括如下步骤：将所述组分混合、研磨，得到抗高压水射流切割、抗氢氟酸腐蚀的多功能防护材料。
10.权利要求1～8任一项所述的抗高压水射流切割、抗氢氟酸腐蚀的多功能防护材料在手机盖板、触控屏、外壳的加工领域中的应用。
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