CN107501574B - 一种uv固化水性复合乳液及其制备方法和应用 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种UV固化水性复合乳液及其制备方法和应用，属于水性涂料技术领域。所述UV固化水性复合乳液，以质量百分比计，原料包括：KH‑570改性纳米SiO2水溶液30～50％、水性紫外光固化低聚物30～40％、去离子水10～40％，其中KH‑570改性纳米SiO2水溶液的质量百分比浓度为10～20％。本发明利用KH‑570改性纳米SiO2粒子，赋予其可UV固化性能，并提高与低聚物的相容性；KH‑570改性纳米SiO2与水性紫外光低聚物混合，纳米粒子均匀分散，可充分发挥其纳米效应，且复合乳液不含VOC，可直接应用于节能环保的水性UV涂料中，为涂层提供优异的耐磨耐冲击性能。

Description

一种UV固化水性复合乳液及其制备方法和应用
技术领域
本发明涉及水性涂料技术领域，具体涉及一种可UV固化的水性复合乳液及其制备方法和应用。
背景技术
目前，在涂料行业中，紫外光(UV)固化涂料因其固化时间短，生产效率高，低能耗等诸多优点而得到很广泛的应用，无论是国内还是国际上，UV固化涂料的年产量都在逐年增加。尤其对于热敏性塑料基材来说，UV固化涂料仅需UV光照1-5min即可快速固化成膜，操作简便、能耗低，无需担心基材受热变形问题。但紫外光(UV)固化涂料也存在耐磨性能差，抗张强度弱，耐冲击性不强等缺点，不能得到广泛应用，而纳米SiO2的加入则可以大大提高涂层的耐磨耐冲击性能。
纳米SiO2是一种无定型、无毒、无味、无污染的白色粉末状非金属材料，是目前世界上大规模工业化生产产量最高的一种纳米粉体材料，用途十分广泛。纳米SiO2具有高韧性、耐高温、耐腐蚀、耐磨、红外吸收等特性，但是由于其处于热力学非稳定状态，极易聚集成团，且其表面能高，表面亲水疏油，不易与有机物充分混合，在有机介质中难于均匀分散，与有机基体之间结合力差，易造成界面缺陷，使有机无机复合材料性能降低。要解决上述纳米SiO2的分散性和与有机基体的相容性问题，必须对其进行表面改性，减弱SiO2表面的极性，降低SiO2表面的能态，以提高纳米粒子与有机基体间的相容性。
表面化学改性是指表面改性剂与粒子表面一些基团发生化学反应而达到改性目的。由于纳米表面存在不饱和残键和不同状态的羟基，这些活性基团可以同一些表面改性剂发生反应，从而使粒子表面带上具有特定化学活性的有机基团，改善粒子与各种有机溶剂及聚合物基体之间的相容性根据化学反应的不同。表面化学改性方法可以分为偶联剂法改性、醇酯法表面改性以及聚合物接枝法改性等。
专利CN 103779091 B公开了一种改性纳米SiO2，将聚乙烯-丙烯酸甲酯-甲基丙烯酸缩水甘油酯与纳米SiO2混溶于有机溶剂(四氢呋喃、乙腈和二氯甲烷中至少一种)中，在60℃下反应6小时或8小时，得到最终改性纳米SiO2，用于制备全固态染料敏化太阳能电池。专利CN 104761929 B使用3-氨丙基三乙氧基硅烷对纳米SiO2的表面进行改性，再利用过量的顺丁烯二酸酐与氨改性的纳米SiO2反应，得到具有双键反应活性的纳米SiO2粒子。
随着人们环保意识的逐渐增强，环保型的涂料越来越受到人们的关注，UV涂料水性化成为了越来越多UV涂料厂家的选择。此时，仅仅具有光固化性能的纳米SiO2粒子已经无法满足环保型UV涂料的需求，因此，如何将纳米SiO2粒子有效应用于水性UV涂料是本领域技术人员需要解决的问题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种可紫外光固化的水性复合乳液，可直接应用于水性UV涂料中，以克服现有的UV固化涂料存在的耐磨耐冲击性能差以及不环保等问题。
为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种UV固化水性复合乳液，以质量百分比计，原料包括：KH-570改性纳米SiO2水溶液30～50％、水性紫外光固化低聚物30～40％、去离子水10～40％，其中KH-570改性纳米SiO2水溶液的质量百分比浓度为10～20％。
所述的KH-570改性纳米SiO2水溶液，其制备方法包括如下步骤：取去离子水，在1000～1500r/min条件下，加入纳米SiO2，完全加入后，分散20～30min，得到纳米SiO2分散液；将温度升至70℃，按照纳米SiO2与硅烷偶联剂KH-570的质量比为9:1，以5g/h的速度向纳米SiO2分散液滴加KH-570，滴加完成后，继续反应，获得KH-570改性纳米SiO2水溶液。
KH-570改性后的纳米SiO2在乳液中的分散性更好，将其与水性紫外光固化低聚物进行复合共聚时，改性后的纳米SiO2在基体中均匀分散，有利于发挥其纳米效应。
所述的水性紫外光固化低聚物为水性聚氨酯丙烯酸酯、水性聚酯丙烯酸酯、水性丙烯酸改性丙烯酸酯、水性环氧丙烯酸酯、水性聚碳酸酯丙烯酸酯中的至少一种。
进一步优选，所述的水性紫外光固化低聚物为牌号为RS 7601(嘉兴锐石)的水性聚氨酯丙烯酸酯、牌号为RS 7604(嘉兴锐石)的水性环氧丙烯酸酯或牌号为RS 7614(嘉兴锐石)的水性聚酯丙烯酸酯。
作为优选，所述UV固化水性复合乳液，以质量百分比计，原料包括：KH-570改性纳米SiO2水溶液40～50％、水性紫外光固化低聚物30～40％、去离子水10～30％。
更为优选，所述UV固化水性复合乳液，以质量百分比计，原料为：KH-570改性纳米SiO2水溶液50％、水性紫外光固化低聚物40％、去离子水10％。
本发明还提供了一种制备所述的UV固化水性复合乳液的方法，包括以下步骤：取水性紫外光固化低聚物，在1000～1500r/min的搅拌条件下，以均匀的速度在20min内加完KH-570改性纳米SiO2水溶液，完全加入后，分散20～30min，再以50-200g/min的速度加入去离子水，继续分散30～60min，得到所述UV固化水性复合乳液。
所述UV固化水性复合乳液，为半透明或乳白色泛蓝光液体，粘度为50-500m.Pas(25℃)，50℃条件下至少可放置14天。
将本发明的UV固化水性复合乳液按照国际相关标准进行涂膜性能测试，制得的涂膜具有硬度高、耐磨耐冲击的优异性能；复合乳液中不含VOC，可直接应用于节能环保的水性UV涂料中。
本发明还提供了一种水性UV涂料，包含所述的UV固化水性复合乳液，其质量百分比含量为80～90％。
所述的水性UV涂料，以质量百分比计，组成为：UV固化水性复合乳液90％、甲基丙烯酸羟乙酯5％、光引发剂3％、成膜助剂1.6％、流平剂0.2％、润湿剂0.2％。
所述的光引发剂为2-羟基-2-甲基-1-苯基-1-丙酮；所述的流平剂为BYK162或BYK333；所述的润湿剂为BYK346或TEGO270；所述的成膜助剂为丙二醇甲醚或二丙酮醇。
与现有技术相比，本发明具备的有益效果：
(1)本发明利用KH-570改性纳米SiO2粒子，赋予其可UV固化性能，并提高与低聚物的相容性；KH-570改性纳米SiO2与水性紫外光低聚物混合，纳米粒子均匀分散，可充分发挥其纳米效应，制得的涂层硬度高、耐磨耐冲击性能好。
(2)本发明复配的UV固化水性复合乳液不含VOC，可直接应用于节能环保的水性UV涂料中，为涂层提供优异的耐磨耐冲击性能。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步说明。
实施例1-8
1、KH-570改性纳米SiO2水溶液的制备
取450g去离子于三口烧瓶中，在1000-1500r/min条件下，缓慢加入45g纳米SiO2，完全加入后，分散20min；将温度升至70℃，用滴液漏斗以5g/h的速度向三口烧瓶中缓慢滴加5gKH-570，滴加完成后，继续反应6h，获得KH-570改性纳米SiO2水溶液。
2、根据表1的配比进行乳液配制，配制方法如下：
取水性紫外光低聚物于三口烧瓶中，在1000-1500r/min条件下，缓慢加入KH-570改性纳米SiO2水溶液，完全加入后，分散20min；再缓慢加入去离子水，继续分散30-60min，得到水性UV改性纳米SiO2乳液。
表1
Figure BDA0001394366770000031
Figure BDA0001394366770000041
对比例1-4
KH-570改性纳米SiO2水溶液的制备同实施例1-8，再根据表2的配比进行乳液配制，配制方法同上。
表2
1 2 3 4
KH-570改性纳米SiO<sub>2</sub>水溶液 60 60 60 20
水性聚氨酯丙烯酸酯 30 50
水性环氧丙烯酸酯 30
水性聚酯丙烯酸酯 30
去离子水 10 10 10 30
应用例
水性UV改性纳米SiO2乳液的性能测试
将上述各实施例和对比例制备获得的乳液，按如下测试配方复配成简易水性UV涂料：
Figure BDA0001394366770000042
施工工艺如下：将各对比的涂料喷涂到ABS板上，60℃烘烤6分钟，使用高压汞灯以900mJ/cm2的能量固化。
漆膜固化后测试漆膜透明性，铅笔硬度，RCA，抗冲击性能及涂料稳定性，具体结果请见表3。
表3不同实施例制得的涂料性能对比
Figure BDA0001394366770000043
Figure BDA0001394366770000051

Claims (4)

1.一种UV固化水性复合乳液，其特征在于，以质量百分比计，原料包括：KH-570改性纳米SiO2水溶液40~50%、水性紫外光固化低聚物30~40%、去离子水10~30%，其中KH-570改性纳米SiO2水溶液的质量百分比浓度为10~20%；
所述的KH-570改性纳米SiO2水溶液，其制备方法包括如下步骤：取去离子水，在1000~1500r/min条件下，加入纳米SiO2，完全加入后，分散20~30 min，得到纳米SiO2分散液；将温度升至70℃，按照纳米SiO2与硅烷偶联剂KH-570的质量比为9:1，以5g/h的速度向纳米SiO2分散液滴加KH-570，滴加完成后，继续反应，获得KH-570改性纳米SiO2水溶液；
所述的水性紫外光固化低聚物为水性聚氨酯丙烯酸酯、水性聚酯丙烯酸酯、水性丙烯酸改性丙烯酸酯、水性环氧丙烯酸酯、水性聚碳酸酯丙烯酸酯中的至少一种；
所述UV固化水性复合乳液的制备方法，包括以下步骤：取水性紫外光固化低聚物，在1000~1500r/min的搅拌条件下，以均匀的速度在20min内加完KH-570改性纳米SiO2水溶液，完全加入后，分散20~30 min，再以50~200g/min的速度加入去离子水，继续分散30~60 min，得到所述UV固化水性复合乳液；
所述UV固化水性复合乳液为半透明或乳白色泛蓝光液体，在25℃下粘度为50-500m.Pas，50℃条件下至少可放置14天。
2.如权利要求1所述的UV固化水性复合乳液，其特征在于，以质量百分比计，原料为：KH-570改性纳米SiO2水溶液 50%、水性紫外光固化低聚物 40%、去离子水10%。
3.一种水性UV涂料，其特征在于，包含如权利要求1-2任一项所述的UV固化水性复合乳液，其质量百分比含量为80~90%。
4.如权利要求3所述的水性UV涂料，其特征在于，以质量百分比计，组成为：UV固化水性复合乳液 90%、甲基丙烯酸羟乙酯 5%、光引发剂 3%、成膜助剂 1.6%、流平剂 0.2%、润湿剂0.2%。
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