CN106699577A - 新型抗静电功能单体的制备及其在uv固化涂料中的应用 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种新型UV固化抗静电功能单体的制备方法，并试验了其在抗静电涂料中的应用。以甲基丙烯酸二甲氨基乙酯（DMAEMA）和不同种类的季铵化试剂为原料，合成了一系列的可UV固化的单、多官能团抗静电季铵盐单体。UV固化抗静电涂料的制备方法是先将单官能团季铵盐抗静电剂溶于少量的醇类溶剂中（多官能团季铵盐抗静电剂可实现无溶剂化），通过搅拌分散后再与UV预聚物、活性释稀剂、光引发剂及其他涂料助剂混合，并高速搅拌至分散均匀，在高分子基材板上涂布均匀，置于UV固化机上光照成膜。本发明的有益效果主要体现在：单、多官能团季铵盐单体加入的含量仅为10~20%，且单体皆与UV涂料相容性较好，涂膜固化速度快，具有优良的抗静电性以及耐水洗性，且受空气湿度的影响较小。

Description

新型抗静电功能单体的制备及其在UV固化涂料中的应用
技术领域
本发明属于UV功能涂料领域，具体涉及一系列新型UV固化单、多官能度季铵盐单体的制备方法及其在抗静电涂料中的应用。
背景技术
高分子材料性能优异，使用广泛，但由于高分子材料的高阻抗绝缘特性，在加工和使用过程中，易产生静电积累，从而造成静电灾害。同时，由于静电的吸附作用，易造成精密设备吸尘，导致洁净度下降，进而干扰电子产品的生产，影响产品质量。
为了降低和减小静电所带来的危害，高分子材料在使用过程中必须进行抗静电处理，一般是通过降低材料表面电阻，来提高材料的抗静电性能，进而实现材料表面抗静电的目的。对高分子材料进行抗静电处理的方法主要有：（1）添加导电填料，在高分子材料的加工过程中加入一些导电填料，增加材料的导电性；（2）与结构型导电高分子材料共混法，结构型导电材料主要是一些聚苯胺、聚吡啶、聚噻吩、聚喹啉以及聚对苯硫醚等共轭高分子，将这些导电材料与高分子材料进行共混，制备抗静电功能材料；（3）加入表面活性剂型抗静电剂，通过浸渍、喷涂或涂刷等方法，在高分子材料表面涂敷一层抗静电剂，利用抗静电剂的吸湿作用，促使静电荷得以及时消除，有效降低材料表面的电阻率，从而达到抗静电效果。
尽管上述方法在一定程度上能有效改善材料的抗静电性能，但是，由于添加导电填料的量较大，着色难，性能兼容性差，且成本高等；而由于结构型导电材料存在结构刚性大、加工难度高、易被氧化及性能不稳定等问题，难以单独使用；所以抗静电改性方法一直是人们研究和开发的方向。添加表面活性剂型抗静电剂具有工艺简便、成本低，是相对有效的改性方法，但其抗静电性能不稳定，抗静电效果的持久性和耐久性都较差，尚有许多技术问题没有得以解决。
UV 固化抗静电涂料因其无溶剂、绿色环保、固化速度快、生产效率高以及抗静电持久性强等优点而备受关注。国外已有较多的报道，但大多是采用小分子季铵盐型抗静电剂，抗静电剂与树脂仅仅是物理混合过程，涂膜的抗静电性能不具备耐擦洗性。国内抗静电剂研究主要集中在季铵化合物、羟乙基烷基胺、烷基磷酸酯钾盐等，通常将抗静电剂与 UV胶固化体系进行物理混合，然后光固化。刘静等人以二丙烯酸酯或三丙烯酸酯与二乙醇胺经迈克尔加成反应，制得氨基改性丙烯酸酯，进而与氟硼酸反应制备出3种可UV固化的季铵盐（涂料工业，2009, 39（7）:4-7）。彭建华等人采用丙烯酸酯季按盐类抗静电树脂，满足抗静电的要求，且与固化体系具有良好的相容性，但加入的抗静电树脂的含量为35~50%（参见：CN 104356927A）。将抗静电剂键合到材料上的膜具有较好的抗静电性和耐久性，而受到了广泛关注。
本发明设计并制备了一系列新型可UV固化的单、多官能度抗静电功能单体，并试验了其在抗静电涂料中的应用。结果表明其单、多官能团季铵盐单体的加入量仅为10~20%，且单体皆与UV涂料的相容性较好，涂膜固化速度快，具有优良的抗静电性以及耐水洗性等优点，且受空气湿度的影响较小。
发明内容
本发明的一个目的是提供新型可UV固化的单、多官能度抗静电功能单体及其制备方法。
本发明的另一个目的是提供所述单、多官能度抗静电功能单体在抗静电涂料中的应用。
本发明解决的技术问题是提供了新型UV固化抗静电涂料的制备方法，该方法制备的UV固化抗静电材料具有良好的抗静电效果和耐持久性，且抗静电性能受空气湿度影响较小。
一种新型UV固化单、多官能团季铵盐单体的制备方法，该方法如下。
（1）单官能团季铵盐单体的制备方法：在反应瓶中分别加入一定量的 DMAEME、 溴乙烷、阻聚剂和溶剂，40℃下反应6h，冷却至室温，用无水乙醚沉淀并洗涤产物，真空干燥，得到白色固体，即为单官能团季铵盐单体MAEB。其反应式如图1。
（2）多官能团季铵盐单体的制备方法：
在反应瓶中分别加入一定量的环氧氯丙烷、催化剂和阻聚剂，缓慢滴加一定量的甲基丙烯酸，90℃下反应4h，减压蒸馏，得到淡黄色透明油状液体，为开环产物3-氯-2-羟基丙基甲基丙烯酸酯（CHPMA）。其反应式如图2；
在反应瓶中分别加入一定量的 DMAEME、CHPMA、阻聚剂和溶剂，75℃下反应9h，冷却至室温，用无水乙醚沉淀并洗涤产物，真空干燥，得到淡黄色透明黏稠液体（MAHMC），即为多官能团季铵盐单体。其反应式如图3。
一种新型UV固化抗静电涂料的制备方法，该方法主要由以下步骤组成。
（1）UV基础涂料的配制（以下均按质量百分比组成）：
环氧丙烯酸酯树脂30~40%
聚氨酯丙烯酸酯树脂25~35%
1,6-己二醇二丙烯酸酯（HDDA）20~30%
光引发剂3~5%
流平剂0.2~0.4%
附着力促进剂0~0.6% 。
（2）混合液A的配制：（多官能团季铵盐抗静电剂可实现无溶剂化）
单、多官能团季铵盐抗静电剂30~40%
醇类溶剂50~60% 。
（3）UV固化抗静电涂料的配制：将混合液A（质量分数占10~20%）加入到UV基础涂料中，高速搅拌分散均匀，即得到较澄清透明的UV固化抗静电涂料。
（4）将抗静电涂料用25μm涂布器均匀涂布在不同的高分子基材板上，置于UV光固化机上光照成膜，得到UV固化抗静电材料。
上述步骤中，所述的UV基础涂料的配方根据不同的高分子基材，而使用不同基础涂料配方，其中对PE及PP基材，基础涂料配方中都需要附着力促进剂，才能有效附着。
所述的环氧丙烯酸树脂的粘度是3000 ~ 8000（cps/60℃）；所述的聚氨酯丙烯酸酯树脂的粘度是2000 ~ 6000（cps/25℃）；所述的HDDA是工业级。
所述的光引发剂是2-羟基-2-甲基-1-苯基-1-丙酮、1-羟基-环己基-苯基甲酮和2-羟基-2-甲基-1-[4-(2-羟基乙氧基)苯基]-1-丙酮中的一种或者两种以上，及现有常用光引发剂。
所述的醇类溶剂是乙醇、丙醇、异丙醇、正丁醇，乙二醇单甲醚等醇类溶剂的一种或两种以上。
所述的流平剂是有机硅流平剂或丙烯酸酯流平剂；所述的附着力促进剂是树脂类附着力促进剂或硅烷偶联类附着力促进剂，其中对PE或PP基材板。
所述的单官能团季铵盐抗静电剂为甲基丙烯酸二甲氨基乙酯溴代乙烷（MAEB）、甲基丙烯酸二甲氨基乙酯溴代丁烷（MABB）、甲基丙烯酸二甲氨基乙酯氯化苄（MABC）、甲基丙烯酸二甲氨基乙酯硫酸二甲酯（MADMS）中的一种或两种以上。所述多官能团季铵盐抗静电剂是2-羟基-3-（甲基丙烯酰）-N-（2-（甲基丙烯酰氧基）乙基）-N，N-二甲基丙-1-铵氯化物（MAHMC）。
所述的高分子基材是PVC基材、PC基材、PET基材、PP基材或电晕法处理过的PE基材中的一种，基础涂料根据所用基材的不同而选用不配方。
本发明的有益效果：本发明提出来的可UV固化的单、多官能团季铵盐单体其加入的含量仅为10~20%，且单体皆与UV涂料相容性较好，涂膜固化速度快，具有优良的抗静电性以及耐水洗性，且受空气湿度的影响较小。
附图说明
附图1为单官能团季铵盐单体的合成，附图2为环氧氯丙烷的开环反应，附图3 为多官能团季铵盐单体MAHMC的合成，附图4为单官能团季铵盐单体MAEB的核磁共振氢谱，附图5为CHPMA和MAHMC的红外光谱对比图，附图6为表2-UV固化抗静电涂料的性能测试数据，附图7为表3-UV固化抗静电涂料的性能测试数据，附图8为表4-UV固化抗静电涂料的性能测试数据，附图9为表5-UV固化抗静电涂料的性能测试数据，附图10为表6-UV固化抗静电涂料的性能测试数据。
具体实施方式
为了便于本技术领域人员的理解，下面结合实例对本发明作进一步的说明，实施方式提及的内容并非对本发明的限定。
实施例一。
新型UV固化单、多官能团季铵盐单体的制备方法，该方法如下。
（1）单官能团季铵盐单体的制备方法：在反应瓶中分别加入7.9g DMAEME、10.9g溴乙烷、0.15g 阻聚剂和50mL溶剂，40℃下反应6h，冷却至室温，用无水乙醚沉淀并洗涤产物，真空干燥，得到白色固体，即为单官能团季铵盐单体MAEB。其反应式如图1，其1H-NMR如图4。
上述单官能团季铵盐单体MAEB的1H-NMR谱图中各组峰的化学位移和对应的季铵 盐分子氢的归属列于表1中。
位置 1 2 3 4 5 6 7 8
化学位移/ppm 1.28 3.59 3.28 3.88 4.49 1.75 5.48 5.94
（2）多官能团季铵盐单体的制备方法：
在反应瓶中分别加入10.2g环氧氯丙烷、0.19g 催化剂和0.15g 阻聚剂，缓慢滴加8.6g 甲基丙烯酸，90℃下反应4h，减压蒸馏，得到淡黄色透明油状液体，为开环产物3-氯-2-羟基丙基甲基丙烯酸酯（CHPMA）。其反应式如图2；
在反应瓶中分别加入7.9g DMAEME、17.9g CHPMA、0.26g 阻聚剂和35mL溶剂，75℃下反应9h，冷却至室温，用无水乙醚沉淀并洗涤产物，真空干燥，得到淡黄色透明黏稠液体，即为多官能团季铵盐单体（MAHMC）。其反应式如图3，其IR对比图如图5。
由IR对比图可知，在产物CHPMA的谱图中，3452 cm-1为O-H特征吸收峰；2961cm-1为-CH3特征吸收峰；1716 cm-1为C=O特征吸收峰；1639 cm-1为C=C 特征吸收峰；1165cm-1为C-O-C 特征吸收峰；817～752 cm-1 为C-Cl特征吸收峰。在季铵盐MAHMC的谱图中，3281 cm-1宽峰为O-H特征吸收峰，由于季铵盐吸水性强，所以O-H的特征吸收峰特别宽大；2958 cm-1为-CH3伸缩振动峰；1713 cm-1为C=O特征吸收峰；1639 cm-1为C=C特征吸收峰；1166 cm-1为C-O-C特征吸收峰；1322 cm-1季铵盐结构中C-N特征吸收峰，814cm-1～743 cm-1为C-Cl的特征吸收峰也明显减少，说明合成的产物为目标产物。
实施例二 。
1. UV固化抗静电涂料的制备。
（1）将40g环氧丙烯酸酯树脂、26g聚氨酯丙烯酸酯树脂、30g 1,6-己二醇二丙烯酸酯（HDDA）、4g光引发剂和0.4g流平剂放入到烧杯中，用高速搅拌分散机搅拌分散40min，得到UV基础涂料。
（2）将11g多官能团季铵盐抗静电剂MAHMC直接加入到UV基础涂料中，用高速搅拌分散机搅拌分散30min，得到UV固化抗静电涂料。
（3）用25μm涂布器将抗静电涂料均匀涂布于PVC基材板上，置于800W的UV光固化机上光照成膜。
2. UV固化抗静电涂料的性能测试 。
UV固化抗静电涂料的性能测试，结果列于下表2 （见附图6）。
实施例三 。
1.UV固化抗静电涂料的制备 。
（1）将30g环氧丙烯酸酯树脂、40g聚氨酯丙烯酸酯树脂、26g 1,6-己二醇二丙烯酸酯（HDDA）、4g光引发剂、0.3g流平剂和0.5g硅烷偶联类附着力促进剂加入到烧杯中，用高速搅拌分散机搅拌分散40min，得到UV固化基础涂料。
（2）将18g单官能团季铵盐抗静电剂MAEB、29g的乙醇溶液一起加入到烧杯中，用恒温磁力搅拌器高速搅拌30min至混合均匀，得到混合液A。
（3）将混合液A加入到UV基础涂料中，用高速搅拌分散机搅拌分散30min，得到UV固化抗静电涂料。
（4）用25μm涂布器将抗静电涂料均匀涂布于PP基材板上，置于800W的UV光固化机上光照成膜。
2. UV固化抗静电涂料的性能测试 。
UV固化抗静电涂料的性能测试，结果列于下表3 （见附图7）。
实施例四 。
1.UV固化抗静电涂料的制备 。
（1）将40g环氧丙烯酸酯树脂、30g聚氨酯丙烯酸酯树脂、26g 1,6-己二醇二丙烯酸酯（HDDA）、4g光引发剂和0.2g流平剂加入到烧杯中，用高速搅拌分散机搅拌分散40min，得到UV基础涂料。
（2）将13g单官能团季铵盐抗静电剂MABC、20g的乙醇溶液一起加入到烧杯中，用恒温磁力搅拌器高速搅拌30min至混合均匀，得到混合液A。
（3）将混合液A加入到UV基础涂料中，用高速搅拌分散机搅拌分散30min，得到UV固化抗静电涂料。
（4）用25μm涂布器将抗静电涂料均匀涂布于PET基材板上，置于800W的UV光固化机上光照成膜。
2.UV固化抗静电涂料的性能测试 。
UV固化抗静电涂料的性能测试，结果列于下表4 （见附图8）。
实施例五 。
1. UV固化抗静电涂料的制备 。
（1）将43g环氧丙烯酸酯树脂、32g聚氨酯丙烯酸酯树脂、20g 1,6-己二醇二丙烯酸酯（HDDA）、5g光引发剂和0.2g流平剂加入到烧杯中，用高速搅拌分散机搅拌分散40min，得到UV基础涂料。
（2）将18g单官能团季铵盐抗静电剂MABB、27g的乙醇溶液一起加入到烧杯中，用恒温磁力搅拌器高速搅拌30min至混合均匀，得到透明混合液A。
（3）将混合液A加入到UV基础涂料中，用高速搅拌分散机搅拌分散30min，得到UV固化抗静电涂料。
（4）用25μm涂布器将抗静电涂料均匀涂布于PC基材板上，置于800W的UV光固化机上光照成膜。
2. UV固化抗静电涂料的性能测试 。
UV固化抗静电涂料的性能测试，结果列于下表5 （见附图9）。
实施例六 。
1. UV固化抗静电涂料的制备 。
（1）将40g环氧丙烯酸酯树脂、26g聚氨酯丙烯酸酯树脂、30g 1,6-己二醇二丙烯酸酯（HDDA）、4g光引发剂、0.3g流平剂和0.5g硅烷偶联类附着力促进剂加入到烧杯中，用高速搅拌分散机搅拌分散40min，得到UV基础涂料。
（2）将16g季铵盐抗静电剂MADMS、24g的乙醇溶液一起加入到烧杯中，用恒温磁力搅拌器高速搅拌30min至混合均匀，得到混合液A。
（3）将混合液A加入到UV基础涂料中，用高速搅拌分散机搅拌分散30min，得到UV固化抗静电涂料。
（4）用25μm涂布器将抗静电涂料均匀涂布于电晕法处理过的PE基材板上，置于800W的UV光固化机上光照成膜。
2. UV固化抗静电涂料的性能测试 。
UV固化抗静电涂料的性能测试，结果列于下表6（见附图10） 。

Claims (8)

1.一种新型UV固化单、多官能团季铵盐单体的制备方法，该方法如下：
（1）单官能团季铵盐单体的制备方法：在反应瓶中分别加入一定量的 DMAEME、 溴乙烷、阻聚剂和溶剂，40℃下反应6h，冷却至室温，用无水乙醚沉淀并洗涤产物，真空干燥，得到白色固体，即为单官能团季铵盐单体MAEB，其反应式如图1；
（2）多官能团季铵盐单体的制备方法：在反应瓶中分别加入一定量的环氧氯丙烷、催化剂和阻聚剂，缓慢滴加一定量的甲基丙烯酸，90℃下反应4h，减压蒸馏，得到淡黄色透明油状液体，为开环产物3-氯-2-羟基丙基甲基丙烯酸酯（CHPMA），其反应式如图2；
在反应瓶中分别加入一定量的 DMAEME、CHPMA、阻聚剂和溶剂，75℃下反应9h，冷却至室温，用无水乙醚沉淀并洗涤产物，真空干燥，得到淡黄色透明黏稠液体（MAHMC），即为多官能团季铵盐单体，其反应式如图3。
2.一种新型UV固化抗静电涂料的制备方法，该方法主要由以下步骤组成：
（1）UV基础涂料的配制（以下均按质量百分比组成）：
环氧丙烯酸酯树脂30~40%
聚氨酯丙烯酸酯树脂25~35%
1,6-己二醇二丙烯酸酯（HDDA）20~30%
光引发剂3~5%
流平剂0.2~0.4%
附着力促进剂0~0.6%
（2）混合液A的配制：（多官能团季铵盐抗静电剂可实现无溶剂化）
单、多官能团季铵盐抗静电剂30~40%
醇类溶剂50~60%
（3）UV固化抗静电涂料的配制：将混合液A（质量分数占10~20%）加入到UV基础涂料中，高速搅拌分散均匀，即得到较澄清透明的UV固化抗静电涂料；
（4）将抗静电涂料用25μm涂布器均匀涂布在不同的高分子基材板上，置于UV光固化机上光照成膜，得到UV固化抗静电材料。
3.根据权利要求项2所述的UV基础涂料的配方根据不同的高分子基材选择不同组成的涂料配方，其中对PE及PP基材一般都需要添加附着力促进剂。
4.根据权利要求项2所述的环氧丙烯酸树脂的粘度是3000~8000（cps/60℃）；所述的聚氨酯丙烯酸酯树脂的粘度是2000~6000（cps/25℃）；所述的HDDA是工业级。
5.根据权利要求项2所述的光引发剂是2-羟基-2-甲基-1-苯基-1-丙酮、1-羟基-环己基-苯基甲酮和2-羟基-2-甲基-1-[4-(2-羟基乙氧基)苯基]-1-丙酮中的一种或者两种以上，或者其他常用光引发剂。
6.根据权利要求项2所述的醇类溶剂是乙醇、丙醇、异丙醇、正丁醇、乙二醇单甲醚等醇类溶剂中的一种或两种以上。
7.根据权利要求项2所述的流平剂是有机硅流平剂或丙烯酸酯流平剂；所述的附着力促进剂是树脂类附着力促进剂或硅烷偶联类附着力促进剂。
8.根据权利要求项2所述的单官能团季铵盐抗静电剂为甲基丙烯酸二甲氨基乙酯溴代乙烷（MAEB）、甲基丙烯酸二甲氨基乙酯溴代丁烷（MABB）、甲基丙烯酸二甲氨基乙酯氯化苄（MABC）、甲基丙烯酸二甲氨基乙酯硫酸二甲酯（MADMS）中的一种或两种以上；所述的多官能团季铵盐抗静电剂是2-羟基-3-（甲基丙烯酰）-N-（2-（甲基丙烯酰氧基）乙基）-N，N-二甲基丙-1-铵氯化物（MAHMC）。
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