CN109486387A - 一种uv led水性紫外光固化金属涂料及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种UV LED水性紫外光固化金属涂料及其制备方法，所述涂料，按照重量份计算，包括：水性脂肪族聚氨酯分散体30～60份，水性脂肪族聚氨酯乳液30～55份，水性分散剂0.1～0.8份，水性湿润剂0.1～0.8份，水性气相二氧化硅0.1～1份，消光粉0.5～3份，水性聚四氟乙烯蜡0.5～3份，水性消泡剂0.1～0.8份，水性流平剂0.1～0.8份，水性增稠剂1～3份，水性光引发剂3～8份，杀菌剂0.05～0.3份，罐内防腐剂0.05～0.3份，水5～20份；该涂料固化速度快，固化能量低，环保无毒，硬度高，附着力好，适用于各种金属制品的表面涂装；所述制备方法操作简单，容易实施。

Description

一种UV LED水性紫外光固化金属涂料及其制备方法
技术领域
本发明涉及UV LED水性涂料及其制备技术领域，特别涉及一种UV LED水性紫外光固化金属涂料及其制备方法。
背景技术
传统的UV水性紫外光固化涂料是指水性紫外光固化树脂UV涂料，即利用紫外线作为固化能源，在常温下快速交联成膜的水性树脂UV涂料。
但是水性紫外光固化树脂UV涂料能耗高，在固化过程中会产生大量的臭氧，对环境污染大，危害人的身体健康。
UV LED（紫外发光二极管）是一个冷光源，在红外光谱范围内没有输出，不需要使用复杂的冷却设备，如冷却辊和遮光布，能用于热敏感的基材，电-光转换效率高，对环境友好，对人体不产生危害。
可见，现有技术还有待改进和提高。
发明内容
鉴于上述现有技术的不足之处，本发明的目的在于提供一种UV LED水性紫外光固化金属涂料及其制备方法，旨在解决现有技术中的紫外光固化涂料固化过程能耗高，产生对人体和环境有害的臭氧，固化设备复杂的问题。
为了达到上述目的，本发明采取了以下技术方案：
一种UV LED水性紫外光固化金属涂料，按照重量份计算，包括：
水性脂肪族聚氨酯分散体 30～60份，
水性脂肪族聚氨酯乳液 30～55份，
水性分散剂 0.1～0.8份，
水性湿润剂 0.1～0.8份，
水性气相二氧化硅 0.1～1份，
消光粉 0.5～3份，
水性聚四氟乙烯蜡 0.5～3份，
水性消泡剂 0.1～0.8份，
水性流平剂 0.1～0.8份，
水性增稠剂 1～3份，
水性光引发剂 3～8份，
杀菌剂 0.05～0.3份，
罐内防腐剂 0.05～0.3份，
水 5～20份。
所述UV LED水性紫外光固化金属涂料中，所述水性分散剂、水性消泡剂和水性流平剂的重量比为1∶1∶1。
所述UV LED水性紫外光固化金属涂料中，所述水性湿润剂是酸性聚合物的烷醇铵盐。
所述UV LED水性紫外光固化金属涂料中，所述水性分散剂为BYK190。
所述UV LED水性紫外光固化金属涂料中，所述水性增稠剂为水性非离子缔合型流变改性剂。
所述UV LED水性紫外光固化金属涂料中，所述消光粉为二氧化硅消光粉。
所述UV LED水性紫外光固化金属涂料中，所述水性光引发剂为（2，4，6-三甲基苯甲酰基）-二苯基氧化膦和对二甲氨基苯甲酸异辛酯的复配产品。
所述UV LED水性紫外光固化金属涂料中，所述杀菌剂为2-正辛基-4-异噻唑啉-3-酮，所述罐内防腐剂为2-甲基-4-异噻唑啉-3-酮。
一种UV LED水性紫外光固化金属涂料的制备方法，包括以下步骤：
S001.按上述配比将水性脂肪族聚氨酯分散体、水性脂肪族聚氨酯乳液、水性分散剂、水性湿润剂分别投入反应器中，以700～900rpm的转速分散10～15min；
S002.再将水性气相二氧化硅、消光粉、水性聚四氟乙烯蜡投入反应器中，以1200～1500rpm的转速分散10～15min；
S003.取样检验，当细度≤20μm时，投入水性消泡剂、水性流平剂、水性增稠剂，以1200～1500rpm的转速分散10～15min；
S004.取样检验，把涂料涂刮在玻璃板上，无缩孔现象后投入水性光引发剂、去离子水、杀菌剂和罐内防腐剂，以700～900rpm的转速分散10～15min,得成品涂料。
有益效果：
本发明提供了一种UV LED水性紫外光固化金属涂料及其制备方法，所述涂料固化速度快，固化能量低，在395nm的UV LED光源的照射下，固化速度为25m/min，节省了50%～75%的电力；所述涂料不含有机溶剂，固化过程中不产生VOC等有害物质，绿色环保；施工性能好，固化后的漆膜的硬度为1H，附着力达0级，漆膜光泽柔和，流平性和抗刮性能、耐化学性能好，适用于各种铁、铝合金、不锈钢等金属材料的表面涂装，；所述制备方法操作简单，容易实施。
附图说明
图1为本发明提供的所述水性光引发剂在不同质量百分浓度下的紫外吸收光谱图。
具体实施方式
本发明提供一种UV LED水性紫外光固化金属涂料及其制备方法，为使本发明的目的、技术方案及效果更加清楚、明确，以下参照附图并举实施例对本发明进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
本发明提供一种UV LED水性紫外光固化金属涂料，按照重量份计算，包括：
水性脂肪族聚氨酯分散体 30～60份，
水性脂肪族聚氨酯乳液 30～55份，
水性分散剂 0.1～0.8份，
水性湿润剂 0.1～0.8份，
水性气相二氧化硅 0.1～1份，
消光粉 0.5～3份，
水性聚四氟乙烯蜡 0.5～3份，
水性消泡剂 0.1～0.8份，
水性流平剂 0.1～0.8份，
水性增稠剂 1～3份，
水性光引发剂 3～8份，
杀菌剂 0.05～0.3份，
罐内防腐剂 0.05～0.3份，
水 5～20份。
上述涂料中，水性脂肪族聚氨酯分散体和水性脂肪族聚氨酯乳液为主要的成膜物质，具有优秀的理化耐性，对底材具有良好的附着力，所述涂料中，搭配使用粒径大小不同的水性脂肪族聚氨酯分散体和水性脂肪族聚氨酯乳液，应用在表面比较粗糙的金属制品表面，更能够提高所述涂料对底材的附着力，涂层的表面更细腻；搭配使用各种功能助剂协同作用，得到的涂料的施工性能好，附着力佳，硬度高，并具有优异的抗刮性能和耐化学性能，使用水作为溶剂，并且成分中不含VOC，绿色环保。
优选地，所述水性分散剂、水性消泡剂和水性流平剂的重量比为1∶1∶1。在一种实施方式中，所述水性分散剂为BYK 190；BYK 190是含有颜料亲和基团的嵌段共聚物，在所述涂料中主要使水性气相二氧化硅、消光粉更好地分散，稳定涂料的粘度，提高其储藏稳定性。所述水性消泡剂为TEGO Airex 904W，TEGO Airex 904W不含溶剂，具有优异的防缩孔性，可以防止所述涂料在搅拌和施工中形成气泡和针孔。所述水性流平剂为TEGO Glide410；TEGO Glide 410效能高，能够控制及改善所述涂料施工时表面的流动性和流平性，减少涂膜出现缩孔，还可以防止颜料浮色发花，调整涂膜的爽滑性及抗刮性。所述涂料中水性分散剂、水性消泡剂和水性流平剂采用上述配比，各成分的分散效果最好，最能够有效地减少缩孔的现象，涂料的附着力和漆膜的性能达到最佳的状态。
优选地，所述水性湿润剂是酸性聚合物的烷醇铵盐；一种实施方式中，所述水性湿润剂为TEGO Wet 270，是高效的湿润剂，使所述涂料成分均匀的润湿，对底材具有良好的湿润性，特别是表面比较粗糙的金属制品的表面，能够大大地提高涂料体系对底材的附着力，并且具有优异的抗缩孔性能，提高所述涂料的流平性。
优选地，所述水性增稠剂为水性非离子缔合型流变改性剂；一种实施方式中，所述水性增稠剂采用罗门哈斯的RM-8W，是一种不含油溶剂的水性非离子缔合型流变改性剂，在所述涂料体系中提供极佳的流动和流平性、均匀的成膜性能。
优选地，所述消光粉为二氧化硅消光粉；在一种实施方式中，所述消光粉为德固赛的TS 100消光粉，具有极高的透明度和消光效果，能够很好地调整所述漆膜的光泽度，所述消光粉的导线性能低，应用于金属涂料中能够降低金属表面的导电性能，提高金属制品应用在电器产品中的安全性。
优选地，所述水性光引发剂为（2，4，6-三甲基苯甲酰基）-二苯基氧化膦和对二甲氨基苯甲酸异辛酯的复配产品， 对二甲氨基苯甲酸异辛酯可以中和（2，4，6-三甲基苯甲酰基）-二苯基氧化膦，是高效的光引发剂，在393nm处有吸收峰，接近所述涂料的固化波长，而且复配光引发剂的光解产物为三甲基苯甲酰自由基和二苯基膦酰自由基，都是引发活性很高的自由基，并且利于紫外光透过，稳定性优良，提高涂层的表干效果。请参照图1，图1为所述水性光引发剂通过树脂稀释后，在不同质量百分浓度下的紫外吸收光谱图，如图所示，所述水性光引发剂在395nm附近有强烈的吸收。
优选地，所述杀菌剂为2-正辛基-4-异噻唑啉-3-酮，阻碍涂料微生物和细菌的新陈代谢，阻断光合作用；所述罐内防腐剂为2-甲基-4-异噻唑啉-3-酮，是一种高效的杀菌剂，对抑制微生物的生长有很好的作用，可以抑制所述涂料中微生物的生长和遗传，破坏细胞壁和细胞膜。
一种实施方式中，所述水性气相二氧化硅毕克化学的WR 8520，能够调节所述涂料在生产、储存和施工时的流变性，防止消光粉沉淀，改善施工时漆膜的流动性和厚度。所述水性聚四氟乙烯蜡为毕克化学的CERAFLOUR 996 PTFE蜡，改善漆膜的抗刮性及耐磨性，提高漆膜的硬度。
一种UV LED水性紫外光固化金属涂料的制备方法，包括以下步骤：
S001.按上述配比将水性脂肪族聚氨酯分散体、水性脂肪族聚氨酯乳液、水性分散剂、水性湿润剂分别投入反应器中，以700～900rpm的转速分散10～15min；
S002.再将水性气相二氧化硅、消光粉、水性聚四氟乙烯蜡投入反应器中，以1200～1500rpm的转速分散10～15min；
S003.取样检验，当细度≤20μm时，投入水性消泡剂、水性流平剂、水性增稠剂，以1200～1500rpm的转速分散10～15min；
S004.取样检验，把涂料涂刮在玻璃板上，无缩孔现象后投入水性光引发剂、去离子水、杀菌剂和罐内防腐剂，以700～900rpm的转速分散10～15min,得成品涂料。
上述涂料的制备过程中的分散时间和分散速度是由所述涂料的成分和配比决定的，通过上述方法制备的涂料的粘度为30℃/65±2KU，细度≤20μm，并且相应的理化性能也满足需求。
将通过上述方法制备的金属涂料成品施涂在各种金属制品表面，施工性能好，在395nm的UV LED固化光源的照射下，固化速度为25m/min，形成的漆膜涂层的硬度为中华铅笔硬度1H，按GB 9286-88S标准进行检测，涂层的附着力达0级，漆膜光泽柔和，流平性好，抗刮性能好。
实施例 1
一种UV LED水性紫外光固化金属涂料，按照重量份计算，包括：
水性脂肪族聚氨酯分散体 42份，
水性脂肪族聚氨酯乳液 40份，
水性分散剂 0.3份，
水性湿润剂 0.3份，
水性气相二氧化硅 0.3份，
消光粉 1份，
水性聚四氟乙烯蜡 1份，
水性消泡剂 0.3份，
水性流平剂 0.3份，
水性增稠剂 1.2份，
水性光引发剂 4.5份，
杀菌剂 0.1份，
罐内防腐剂 0.1份，
水 8.6份。
所述UV LED水性紫外光固化金属涂料的制备方法，包括：首先，按上述配比将水性脂肪族聚氨酯分散体、水性脂肪族聚氨酯乳液、水性分散剂、水性湿润剂分别投入反应器中，以750rpm的转速分散15min；
再将水性气相二氧化硅、消光粉、水性聚四氟乙烯蜡投入反应器中，以1500rpm的转速分散12min；
取样检验，当细度≤20μm时，投入水性消泡剂、水性流平剂、增稠剂，以1200rpm的转速分散10min；
取样检验，把涂料涂刮在玻璃板上，无缩孔现象后投入水性光引发剂、去离子水、杀菌剂和罐内防腐剂，以900rpm的转速分散10min,得成品涂料。
将通过上述方法制备的金属涂料成品施涂在铝型材表面，施工性能好，在395nm的UV LED固化光源的照射下，固化速度为25m/min，形成的油膜涂层的硬度为中华铅笔硬度1H，按GB 9286-88S标准进行检测，涂层的附着力达0级，漆膜光泽柔和，流平性好，抗刮性能好。
实施例 2
一种UV LED水性紫外光固化金属涂料，按照重量份计算，包括：
水性脂肪族聚氨酯分散体 30份，
水性脂肪族聚氨酯乳液 55份，
水性分散剂 0.8份，
水性湿润剂 0.1份，
水性气相二氧化硅 1份，
消光粉 3份，
水性聚四氟乙烯蜡 0.5份，
水性消泡剂 0.8份，
水性流平剂 0.8份，
水性增稠剂 1份，
水性光引发剂 3份，
杀菌剂 0.2份，
罐内防腐剂 0.05份，
水 5份。
所述UV LED水性紫外光固化金属涂料的制备方法，包括：首先，按上述配比将水性脂肪族聚氨酯分散体、水性脂肪族聚氨酯乳液、水性分散剂、水性湿润剂分别投入反应器中，以700rpm的转速分散15min；
再将水性气相二氧化硅、消光粉、水性聚四氟乙烯蜡投入反应器中，以1400rpm的转速分散10min；
取样检验，当细度≤20μm时，投入水性消泡剂、水性流平剂、增稠剂，以1500rpm的转速分散15min；
取样检验，把涂料涂刮在玻璃板上，无缩孔现象后投入水性光引发剂、去离子水、杀菌剂和罐内防腐剂，以700rpm的转速分散15min,得成品涂料。
将通过上述方法制备的金属涂料成品施涂在铝合金制品表面，施工性能好，在395nm的UV LED固化光源的照射下，固化速度为25m/min，形成的漆膜涂层的硬度为中华铅笔硬度1H，按GB 9286-88S标准进行检测，涂层的附着力达0级，漆膜光泽柔和，流平性好，抗刮性能好。
实施例 3
一种UV LED水性紫外光固化金属涂料，按照重量份计算，包括：
水性脂肪族聚氨酯分散体 48份，
水性脂肪族聚氨酯乳液 30份，
水性分散剂 0.1份，
水性湿润剂 0.8份，
水性气相二氧化硅 0.8份，
消光粉 0.5份，
水性聚四氟乙烯蜡 1.8份，
水性消泡剂 0.1份，
水性流平剂 0.1份，
水性增稠剂 2.1份，
水性光引发剂 5.2份，
杀菌剂 0.05份，
罐内防腐剂 0.3份，
水 10.8份。
所述UV LED水性紫外光固化金属涂料的制备方法，包括：首先，按上述配比将水性脂肪族聚氨酯分散体、水性脂肪族聚氨酯乳液、水性分散剂、水性湿润剂分别投入反应器中，以900rpm的转速分散10min；
再将水性气相二氧化硅、消光粉、水性聚四氟乙烯蜡投入反应器中，以1300rpm的转速分散13min；
取样检验，当细度≤20μm时，投入水性消泡剂、水性流平剂、增稠剂，以1400rpm的转速分散10min；
取样检验，把涂料涂刮在玻璃板上，无缩孔现象后投入水性光引发剂、去离子水、杀菌剂和罐内防腐剂，以850rpm的转速分散15min,得成品涂料。
将通过上述方法制备的金属涂料成品施涂在铁制品表面，施工性能好，在395nm的UV LED固化光源的照射下，固化速度为25m/min，形成的漆膜涂层的硬度为中华铅笔硬度1H，按GB 9286-88S标准进行检测，涂层的附着力达0级，漆膜光泽柔和，流平性好，抗刮性能好。
实施例 4
一种UV LED水性紫外光固化金属涂料，按照重量份计算，包括：
水性脂肪族聚氨酯分散体 60份，
水性脂肪族聚氨酯乳液 48份，
水性分散剂 0.4份，
水性湿润剂 0.4份，
水性气相二氧化硅 0.1份，
消光粉 2.2份，
水性聚四氟乙烯蜡 3份，
水性消泡剂 0.4份，
水性流平剂 0.4份，
水性增稠剂 3份，
水性光引发剂 8份，
杀菌剂 0.3份，
罐内防腐剂 0.08份，
水 20份。
所述UV LED水性紫外光固化金属涂料的制备方法，包括：首先，按上述配比将水性脂肪族聚氨酯分散体、水性脂肪族聚氨酯乳液、水性分散剂、水性湿润剂分别投入反应器中，以900rpm的转速分散15min；
再将水性气相二氧化硅、消光粉、水性聚四氟乙烯蜡投入反应器中，以1200rpm的转速分散10min；
取样检验，当细度≤20μm时，投入水性消泡剂、水性流平剂、增稠剂，以1500rpm的转速分散12min；
取样检验，把涂料涂刮在玻璃板上，无缩孔现象后投入水性光引发剂、去离子水、杀菌剂和罐内防腐剂，以800rpm的转速分散12min,得成品涂料。
将通过上述方法制备的金属涂料成品施涂在铝型材表面，施工性能好，在395nm的UV LED固化光源的照射下，固化速度为25m/min，形成的漆膜涂层的硬度为中华铅笔硬度1H，按GB 9286-88S标准进行检测，涂层的附着力达0级，漆膜光泽柔和，流平性好，抗刮性能好。
实施例 5
一种UV LED水性紫外光固化金属涂料，按照重量份计算，包括：
水性脂肪族聚氨酯分散体 45份，
水性脂肪族聚氨酯乳液 38份，
水性分散剂 0.25份，
水性湿润剂 0.45份，
水性气相二氧化硅 0.4份，
消光粉 1.2份，
水性聚四氟乙烯蜡 2.1份，
水性消泡剂 0.25份，
水性流平剂 0.25份，
水性增稠剂 1.6份，
水性光引发剂 3.8份，
杀菌剂 0.13份，
罐内防腐剂 0.2份，
水 12份。
所述UV LED水性紫外光固化金属涂料的制备方法，包括：首先，按上述配比将水性脂肪族聚氨酯分散体、水性脂肪族聚氨酯乳液、水性分散剂、水性湿润剂分别投入反应器中，以800rpm的转速分散15min；
再将水性气相二氧化硅、消光粉、水性聚四氟乙烯蜡投入反应器中，以1500rpm的转速分散10min；
取样检验，当细度≤20μm时，投入水性消泡剂、水性流平剂、增稠剂，以1300rpm的转速分散15min；
取样检验，把涂料涂刮在玻璃板上，无缩孔现象后投入水性光引发剂、去离子水、杀菌剂和罐内防腐剂，以800rpm的转速分散15min,得成品涂料。
将通过上述方法制备的金属涂料成品施涂在钢制品表面，施工性能好，在395nm的UV LED固化光源的照射下，固化速度为25m/min，形成的漆膜涂层的硬度为中华铅笔硬度1H，按GB 9286-88S标准进行检测，涂层的附着力达0级，漆膜光泽柔和，流平性好，抗刮性能好。
可以理解的是，对本领域普通技术人员来说，可以根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，而所有这些改变或替换都应属于本发明所附的权利要求的保护范围。

Claims (9)

1.一种UV LED水性紫外光固化金属涂料，其特征在于，按照重量份计算，包括：
水性脂肪族聚氨酯分散体 30～60份，
水性脂肪族聚氨酯乳液 30～55份，
水性分散剂 0.1～0.8份，
水性湿润剂 0.1～0.8份，
水性气相二氧化硅 0.1～1份，
消光粉 0.5～3份，
水性聚四氟乙烯蜡 0.5～3份，
水性消泡剂 0.1～0.8份，
水性流平剂 0.1～0.8份，
水性增稠剂 1～3份，
水性光引发剂 3～8份，
杀菌剂 0.05～0.3份，
罐内防腐剂 0.05～0.3份，
水 5～20份。
2.根据权利要求1所述的UV LED水性紫外光固化金属涂料，其特征在于，所述水性分散剂、水性消泡剂和水性流平剂的重量比为1∶1∶1。
3.根据权利要求1所述的UV LED水性紫外光固化金属涂料，其特征在于，所述水性湿润剂是酸性聚合物的烷醇铵盐。
4.根据权利要求1所述的UV LED水性紫外光固化金属涂料，其特征在于，所述水性分散剂为BYK190。
5.根据权利要求1所述的UV LED水性紫外光固化金属涂料，其特征在于，所述水性增稠剂为水性非离子缔合型流变改性剂。
6.根据权利要求1所述的UV LED水性紫外光固化金属涂料，其特征在于，所述消光粉为二氧化硅消光粉。
7.根据权利要求1所述的UV LED水性紫外光固化金属涂料，其特征在于，所述水性光引发剂为（2，4，6-三甲基苯甲酰基）-二苯基氧化膦和对二甲氨基苯甲酸异辛酯的复配产品。
8.根据权利要求1所述的UV LED水性紫外光固化金属涂料，其特征在于，所述杀菌剂为2-正辛基-4-异噻唑啉-3-酮，所述罐内防腐剂为2-甲基-4-异噻唑啉-3-酮。
9.一种如权利要求1～8任一项所述的UV LED水性紫外光固化金属涂料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
S001.按上述配比将水性脂肪族聚氨酯分散体、水性脂肪族聚氨酯乳液、水性分散剂、水性湿润剂分别投入反应器中，以700～900rpm的转速分散10～15min；
S002.再将水性气相二氧化硅、消光粉、水性聚四氟乙烯蜡投入反应器中，以1200～1500rpm的转速分散10～15min；
S003.取样检验，当细度≤20μm时，投入水性消泡剂、水性流平剂、水性增稠剂，以1200～1500rpm的转速分散10～15min；
S004.取样检验，把涂料涂刮在玻璃板上，无缩孔现象后投入水性光引发剂、去离子水、杀菌剂和罐内防腐剂，以700～900rpm的转速分散10～15min,得成品涂料。
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