CN106497391A - 紫外光固化耐候自清洁涂料组合物 - Google Patents

紫外光固化耐候自清洁涂料组合物 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种紫外光固化耐候自清洁涂料组合物，所述涂料组合物包括以下重量份数的各组分：高官低聚物20～30份，亲水低聚物30～50份，丙烯酸酯类单体10～20份，光引发剂4～6份，可聚合表面活性剂3～5份，助剂0.02～1份，紫外光吸收剂0.5‑1份，光稳定剂0.2～1份。本发明制备的涂料经过紫外光固化，固化速率快，无需高温烘烤，节能环保。固化后的涂层，附着力佳，硬度高，耐磨好，涂层的耐候性优异，且具有自清洁效果。

Description

紫外光固化耐候自清洁涂料组合物
技术领域
本发明涉及辐射固化涂料技术领域，具体涉及一种用于PMMA、PC、PET等基材的紫外光固化耐候自清洁涂料组合物。
背景技术
紫外光固化涂料(UV涂料)是二十世纪末流行于欧美、日本等地的一个新型涂料品种，由于固化后的涂层具有优异的抗划伤、高硬度、丰满度好等优点，且因其具有高效、节能、环保、经济等优势，在建筑、体育用品、电子通讯、包装材料和汽车部件中得到广泛的应用。
户外品因其使用的环境，常常会遇到风吹日晒雨淋，因此需要具有一定的耐候性能。目前户外装饰板常用涂料有三种：一是水性涂料，这种涂料装饰效果尚可，但该涂料涂装效率低，耐候性较差，耐水性不好；二是常温固化双组分涂料，这种涂料一般耐候性好，但其具有固化速率慢、溶剂含量高、施工不方便等缺点；三是光固化涂料，该类涂料生产效率高，理论上耐候性尚可，但经涂料验证，与预期相差大，耐候性达不到要求。
自清洁涂料是指基材在经过其处理后产生独特的物理化学特性，从而使基材无需通过传统的人工擦洗方法就可以达到清洁效果的目的。目前达到自清洁效果有两种方法：一是涂层具有超疏水性，类似荷叶效应，其滚动角小，能使微小水滴聚集成大水珠，当水珠达到一定尺寸后借助自身重力下滑，或通过外力如风吹、雨淋等方式去除。但该方法其时效性差，其水滴聚集或者去除都需要一定的时间，从而影响成像和能见度，且其耐久性不理想，无法作为耐用品长期使用，从而无法保证真正意义上的自清洁效果。另一种是涂层具有亲水性，能使小水滴在基材表面上的接触角趋近于零度，从而使水滴迅速铺展，形成均匀水膜，不会影响成像且具有较高的透光率，通过均匀水膜的重力带走污渍，从而达到自清洁的目的。
发明内容
针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种的紫外光固化耐候自清洁涂料组合物。提供一种户外产品用紫外光固化高耐候自清洁涂料，通过淋涂、辊涂、喷涂处理的户外产品经UV灯固化后，形成的涂膜具有装饰效果好，硬度高，耐磨性好，耐候性佳等特点，且具有自清洁效果。本发明采用的光固化涂装工艺具有生产效率高，污染小，成本低等优点。
本发明的目的是通过以下技术方案实现的：
本发明提供了一种紫外光固化耐候自清洁涂料组合物，包括以下重量份数的各组分：
所述各组分的重量份数过多或过少，均不能实现本发明的效果。
优选地，所述高官低聚物为聚氨酯丙烯酸酯、聚酯丙烯酸酯、环氧丙烯酸酯、丙烯酸改性聚丙烯酸酯中的一种或者几种组合。
优选地，所述高官低聚物的官能度大于等于6，从而保证涂料的机械性能。在本发明体系中，若所述高官低聚物的官能度低于6则有可能导致固化不完全。
所选的高官低聚物具有一定的耐候性。
优选地，所述亲水低聚物包括亲水聚氨酯丙烯酸酯、亲水聚酯丙烯酸酯、亲水环氧丙烯酸酯、亲水丙烯酸改性聚丙烯酸酯中的一种或者几种的组合。所述亲水低聚物的双键官能度大于等于3，且小于6，从而提高涂层的交联密度，改善机械性能。
优选地，亲水光固化树脂为含乙氧基改性低聚物；所述的乙氧基链段的重均分子量大于等于800，保证涂层具有良好的亲水性。
优选地，所述丙烯酸酯单体为1-6官的丙烯酸酯。丙烯酸酯单体用来降低涂料粘度、促进涂料对基材的附着力。
优选地，所述丙烯酸酯单体为1，6-已二醇二丙烯酸酯、新戊二醇二丙烯酸酯、三羟甲基丙烷三丙烯酸酯、季戊四醇三丙烯酸酯、二季戊四醇六丙烯酸酯、聚乙二醇二甲基丙烯酸酯、聚乙二醇二甲基丙烯酸酯、乙氧化三羟甲基丙烷三丙烯酸酯中的一种或几种。所述的丙烯酸酯单体主要用于稀释作用，降低粘度；且所述的聚乙二醇二甲基丙烯酸酯、聚乙二醇二甲基丙烯酸酯、乙氧化三羟甲基丙烷三丙烯酸酯这些单体中具有乙氧基，在起到稀释作用的同时还提供亲水作用，可进一步提高涂料组合物的亲水性能。
优选地，所述助剂包括光引发剂、流平剂、阻聚剂中的至少一种；所述光引发剂为二苯甲酮、1-羟基-环已基-苯基甲酮、2-羟基-2-甲基-1-苯基-1丙酮、2，4，6-三甲基苯甲酰基-二苯基氧化膦、异丙基硫杂蒽酮中的一种或者几种；所述的流平剂为有机硅类流平剂或丙烯酸酯类流平剂中的一种或多种混合。
优选地，所述可聚合表面活性剂选自3-磺酸丙基甲基丙烯酸钾，2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸，烯丙氧基壬基苯氧基丙醇聚氧乙烯醚硫酸铵的一种或者几种的组合，该可聚合表面活性剂可以大大降低亲水接触角，可参与光固化反应，具有极佳的持续亲水效果；
所述紫外光吸收剂为羟基苯基苯并三唑、羟基二苯甲酮、羟基苯基均三嗪和草酰苯胺的衍生物中的一种或多种组合，该紫外光吸收剂可以吸收紫外光射线并很快地将吸收能以无害的长波射线散发出去，且该吸收剂在该过程中可以几乎无数次地反复进行；
所述光稳定剂为2，2，6，6-四甲基哌啶的衍生物。
优选地，所述涂料组合物还包括溶剂；所述溶剂为乙酸乙酯：乙酸丁酯：正丁醇按照质量比为1：2：3混合而得的溶液。添加溶剂能有效调节粘度来适合不同涂布方式。
本发明制备的涂料经过紫外光固化，固化速率快，无需高温烘烤，节能环保。固化后的涂层，附着力佳，硬度高，耐磨好，涂层的耐候性优异，且具有自清洁效果。
现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：
1、常规热固体系由于需要加热固化，且所需温度高达120-180℃，能耗高，效率低，而本发明无需高温烘烤，固化温度45℃即可，且固化速率快，节能环保，性能优异；
2、本发明的涂料组合物，除具有较好的耐候性外，还具有常规耐候涂料不具有的自清洁性能。
3、本发明的涂料组合物相容性好，粘度低，可淋涂、辊涂、喷涂、浸涂等，涂布工艺多样化。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进。这些都属于本发明的保护范围。
下述实施例提供了一种紫外光固化耐候自清洁涂料组合物，包括以下重量份数的各组分：
所述各组分的重量份数过多或过少，均不能实现本发明的效果。
所述高官低聚物为聚氨酯丙烯酸酯、聚酯丙烯酸酯、环氧丙烯酸酯、丙烯酸改性聚丙烯酸酯中的一种或者几种组合。
所述高官低聚物的官能度大于等于6，从而保证涂料的机械性能。
所选的高官低聚物具有一定的耐候性。
所述亲水低聚物包括亲水聚氨酯丙烯酸酯、亲水聚酯丙烯酸酯、亲水环氧丙烯酸酯、亲水丙烯酸改性聚丙烯酸酯中的一种或者几种的组合；所述亲水低聚物的双键官能度大于等于3，且小于6，从而提高涂层的交联密度，改善机械性能。
亲水光固化树脂为含乙氧基改性低聚物；所述的乙氧基链段重均分子量大于等于800，保证涂层具有良好的亲水性。
所述丙烯酸酯单体为1-6官的丙烯酸酯。丙烯酸酯单体用来降低涂料粘度、促进涂料对基材的附着力。
所述丙烯酸酯单体为1，6-已二醇二丙烯酸酯、新戊二醇二丙烯酸酯、三羟甲基丙烷三丙烯酸酯、季戊四醇三丙烯酸酯、二季戊四醇六丙烯酸酯、聚乙二醇二甲基丙烯酸酯、聚乙二醇二甲基丙烯酸酯、乙氧化三羟甲基丙烷三丙烯酸酯中的一种或几种。
所述助剂包括光引发剂、流平剂、阻聚剂中的至少一种；所述光引发剂为二苯甲酮、1-羟基-环已基-苯基甲酮、2-羟基-2-甲基-1-苯基-1丙酮、2，4，6-三甲基苯甲酰基-二苯基氧化膦、异丙基硫杂蒽酮中的一种或者几种；所述的流平剂为有机硅类流平剂或丙烯酸酯类流平剂中的一种或多种混合。
所述可聚合表面活性剂选自3-磺酸丙基甲基丙烯酸钾，2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸，烯丙氧基壬基苯氧基丙醇聚氧乙烯醚硫酸铵的一种或者几种的组合。该可聚合表面活性剂可以大大降低亲水接触角，可参与光固化反应，具有极佳的持续亲水效果。
所述紫外光吸收剂为羟基苯基苯并三唑、羟基二苯甲酮、羟基苯基均三嗪和草酰苯胺的衍生物中的一种或多种组合。该紫外光吸收剂可以吸收紫外光射线并很快地将吸收能以无害的长波射线散发出去，且该吸收剂在该过程中可以几乎无数次地反复进行。
所述光稳定剂为2，2，6，6-四甲基哌啶的衍生物。
所述涂料组合物还包括溶剂；所述溶剂为乙酸乙酯：乙酸丁酯：正丁醇按照质量比为1：2：3混合而得的溶液。添加溶剂能有效调节粘度来适合不同涂布方式。
本发明所述的紫外光固化耐候自清洁涂料组合物可以采用现有技术中常见的涂料组合物的制备方法进行制备。
实施例1
本实施例1涉及一种具有耐候性及自清洁效果的紫外光固化涂料组合物，包括表1所示的重量份数的各组分；按重量份数取各组分，之后将各组分均匀混合，将上述制得的涂料与有机溶剂(质量比为1：2：3的乙酸乙酯、乙酸丁酯、正丁醇的混合溶液)按质量比1：2.5开稀，在PC板上进行喷涂，45℃温度下烘烤4分钟，然后进行UV光固化，固化能量为500mJ/cm2。
表1
对所得涂料的常规涂料性能和耐候性能指标及自清洁性能进行测试，结果见表4。
实施例2
本实施例涉及一种具有耐候性及自清洁效果的紫外光固化涂料组合物，包括表1所示的重量份数的各组分；按重量份数取各组分，之后将各组分均匀混合，将上述制得的涂料与有机溶剂(质量比为1：2：3的乙酸乙酯、乙酸丁酯、正丁醇的混合溶液)按质量比1：2.5开稀，在PC板上进行喷涂，45℃温度下烘烤4分钟，然后进行UV光固化，固化能量为500mJ/cm2。
表2
对所得涂料的常规涂料性能和耐候性能指标及自清洁性能进行测试，结果见表4。
实施例3
本实施例涉及一种具有耐候性及自清洁效果的紫外光固化涂料组合物，包括表1所示的重量份数的各组分；按重量份数取各组分，之后将各组分均匀混合，将上述制得的涂料与有机溶剂(质量比为1：2：3的乙酸乙酯、乙酸丁酯、正丁醇的混合溶液)按质量比1：2.5开稀，在PC板上进行喷涂，45℃温度下烘烤4分钟，然后进行UV光固化，固化能量为500mJ/cm2。
表3
性能检测：
分别对实验例1～3制得的涂层进行性能检测，测定涂层的附着力、铅笔硬度、透光率、人工加速老化试验、初期水接触角和持续水接触角性能。
具体性能检测项目及对应的方法如下：
一、附着力
采用3M 610胶带，百格法对样张附着力进行测试。
评估方法：5B---划线边缘光滑，在划线的边缘及交叉点处均无油漆脱落；
4B---在划线的交叉点处有小片的油漆脱落，并且脱落总面积小于5％；
3B---在划线的边缘及交叉点处有小片的油漆脱落，并且脱落总面积在5～15％之间；
2B---在划线的边缘及交叉点处有成片的油漆脱落，并且脱落总面积在15～35％之间；
1B---在划线的边缘及交叉点处有成片的油漆脱落，并且脱落总面积在35～65％；
0B----在划线的边缘及交叉点处有成片的油漆脱落，并且脱落总面积大于65％；
二、铅笔硬度
参照国家标准GB/T6739《漆膜硬度铅笔测定法》。
三、透光率
参照国家标准GB/2410-80《透明塑料透光率和雾度试验方法》
四、初期亲水角
在固化好的试样表面滴4ul去离子水，在20～25℃范围内用接触角测试仪测定。
五、持续亲水角
将固化好的试样放入去离子水中浸泡100h，晾干后用接触角测试仪测定。
六、人工加速老化实验
参照国家标准GB/T 1766-1989《色漆和清漆涂层老化的评级方法》。
将实验例1～3的测试结果，包括附着、铅笔硬度、透光率、人工加速老化实验、初期亲水和持续亲水角，汇总如下表4。
表4实施例1～3测试结果
实施例1 实施例2 实施例3
附着力 5B 5B 5B
铅笔硬度 HB HB F
透光率 ≧92％ ≧92％ ≧92％
人工加速老化实验 ≧800小时 ≧1000小时 ≧1200小时
初期亲水 <15° <13° <10°
持续亲水 <30° <25° <25°
综上所述，本发明制备的涂料经过紫外光固化，固化速率快，无需高温烘烤，节能环保。固化后的涂层，附着力佳，硬度高，耐磨好，涂层的耐候性优异，且具有自清洁效果。
本发明具体应用途径很多，以上所述仅是本发明的优选实施方式。应当指出，以上实施例仅用于说明本发明，而并不用于限制本发明的保护范围。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，还可以做出若干改进，这些改进也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种紫外光固化耐候自清洁涂料组合物，其特征在于，包括以下重量份数的各组分：
2.如权利要求1所述的紫外光固化耐候自清洁涂料组合物，其特征在于，所述高官低聚物为聚氨酯丙烯酸酯、聚酯丙烯酸酯、环氧丙烯酸酯、丙烯酸改性聚丙烯酸酯中的一种或者几种组合。
3.如权利要求1或2所述的紫外光固化耐候自清洁涂料组合物，其特征在于，所述高官低聚物的官能度大于等于6。
4.如权利要求1所述的紫外光固化耐候自清洁涂料组合物，其特征在于，所述亲水低聚物包括亲水聚氨酯丙烯酸酯、亲水聚酯丙烯酸酯、亲水环氧丙烯酸酯、亲水丙烯酸改性聚丙烯酸酯中的一种或者几种的组合；所述亲水低聚物的双键官能度大于等于3，且小于6。
5.如权利要求1或4所述的紫外光固化耐候自清洁涂料组合物，其特征在于，亲水低聚物为含乙氧基改性低聚物；所述含乙氧基改性低聚物中乙氧基链段的重均分子量大于等于800。
6.如权利要求1所述的紫外光固化耐候自清洁涂料组合物，其特征在于，所述丙烯酸酯单体为1-6官的丙烯酸酯单体。
7.如权利要求1所述的紫外光固化耐候自清洁涂料组合物，其特征在于，所述丙烯酸酯单体为1，6-已二醇二丙烯酸酯、新戊二醇二丙烯酸酯、三羟甲基丙烷三丙烯酸酯、季戊四醇三丙烯酸酯、二季戊四醇六丙烯酸酯、聚乙二醇二甲基丙烯酸酯、聚乙二醇二甲基丙烯酸酯、乙氧化三羟甲基丙烷三丙烯酸酯中的一种或几种。
8.如权利要求1所述的紫外光固化耐候自清洁涂料组合物，其特征在于，所述助剂包括光引发剂、流平剂、阻聚剂中的至少一种；所述光引发剂为二苯甲酮、1-羟基-环已基-苯基甲酮、2-羟基-2-甲基-1-苯基-1丙酮、2，4，6-三甲基苯甲酰基-二苯基氧化膦、异丙基硫杂蒽酮中的一种或者几种；所述的流平剂为有机硅类流平剂或丙烯酸酯类流平剂中的一种或多种混合。
9.如权利要求1所述的紫外光固化耐候自清洁涂料组合物，其特征在于，所述可聚合表面活性剂选自3-磺酸丙基甲基丙烯酸钾，2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸，烯丙氧基壬基苯氧基丙醇聚氧乙烯醚硫酸铵的一种或者几种的组合；所述紫外光吸收剂为羟基苯基苯并三唑、羟基二苯甲酮、羟基苯基均三嗪和草酰苯胺的衍生物中的一种或多种组合；所述光稳定剂为2，2，6，6-四甲基哌啶的衍生物。
10.如权利要求1所述的紫外光固化耐候自清洁涂料组合物，其特征在于，所述涂料组合物还包括溶剂；所述溶剂为乙酸乙酯：乙酸丁酯：正丁醇按照质量比为1：2：3混合而得的溶液。
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