CN109536001A - 高硬度高耐磨抗指纹紫外光固化涂料 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种高硬度高耐磨抗指纹光固化涂料，该涂料的组分按质量分数表示包括有机氟改性聚氨酯丙烯酸酯、纳米粒子杂化有机硅改性聚氨酯丙烯酸酯、高官能度丙烯酸酯低聚物、光引发剂、大分子光固化助剂、稀释剂和助剂。本发明采用具有高硬度和高耐磨性能的纳米粒子杂化有机硅改性聚氨酯丙烯酸酯为主体树脂，搭配具有优异抗指纹沾污性能的有机氟改性聚氨酯丙烯酸酯和能提高交联密度的高官能度丙烯酸酯低聚物，通过调整光引发剂组合的同时在配方中添加大分子光固化助剂，开发出一种具有高硬度、高耐磨性能和优异的抗指纹效果的、可用于透明塑胶板材上的紫外光固化涂料，解决了一般涂料硬度偏低、耐磨性能较差、抗指纹效果不佳的问题。

Description

高硬度高耐磨抗指纹紫外光固化涂料
技术领域
本发明涉及涂料技术领域，具体涉及具有高硬度高耐磨和抗指纹效果的紫外光固化涂料。
背景技术
随着4G通信技术的普及以及5G信息时代的到来，平板电脑和大屏智能手机得到了广泛的应用。基于美观和性能的考虑，这些电子设备的背盖(电池盖)将开始大量采用防玻璃效果的透明塑胶板材。为了做到防玻璃效果，通常需要对板材进行加硬处理，使塑胶板材表面的硬度达到3H以上，同时还要保持高光泽和高亮度。但由于经常被触摸，这些高光泽高亮度的板材背盖极易受指纹、皮肤上的油脂、汗水和化妆品等沾污。这些污垢不易被清除，需要反复的擦拭才能得到清理。有些涂层表面对表面污染，诸如指纹和油脂污垢，非常敏感，不但对表面美观性造成不良影响，并且还可能导致安全问题。并且，电子产品在使用过程中，经常会受到各种尖锐物件或金属饰品的摩擦和划伤，从而导致电子产品后盖的美观下降、抗指纹效果消失等。因此，在越来越高的应用要求中，所面临最大的挑战就是在透明塑胶板材表面制备一个具有较高硬度、且能保持长期持久耐磨特性的抗指纹耐污涂层。
为了解决上述问题，常规的技术是通过在硬化涂层中添加小分子的有机硅或含氟防污助剂来降低涂层的表面能，提高其疏水疏油性能，使汗液、指纹不容易在硬涂层表面铺展、附着。然而这种小分子的添加剂容易迁移、且不耐磨，在使用一段时间以后，涂层的抗沾污效果就会明显降低，整个涂层也会出现失光、磨花的现象。同时，为了提高涂层硬度、改善涂层的耐磨性能，现有技术是通过在配方中添加无机填充粒子，但这种方法因为无机粒子和UV光固化树脂、单体及溶剂的相溶性问题，导致涂层透光率下降。因此，开发用于透明塑胶板材件上具有高硬度高耐磨抗指纹特性的紫外光固化涂料，将具有很广阔的市场应用前景。
发明内容
本发明的目的在于提供一种可用于透明塑胶板材件上，具有高硬度高耐磨性能，同时还具有抗指纹、抗油污效果的紫外光固化硬化涂料。
本发明公开了一种高硬度高耐磨抗指纹光固化涂料，其组分按质量分数表示包括：
优选地，所述有机氟改性聚氨酯丙烯酸酯为4官或6官能度的有机氟改性聚氨酯丙烯酸酯低聚物，其中有机氟以全氟聚醚链段的形式接枝在聚氨酯丙烯酸酯低聚物的侧链上，氟原子含量约为树脂本身质量分数的4～6％。
优选地，所述纳米粒子杂化有机硅改性聚氨酯丙烯酸酯为9官能度的有机硅改性聚氨酯丙烯酸酯低聚物，其中纳米粒子种类为纳米Al2O3或纳米ZrO2，含量约为树脂本身质量分数的10～15％。
优选地，所述高官能度丙烯酸酯低聚物为9及以上官能度的聚氨酯丙烯酸酯低聚物或环氧丙烯酸酯低聚物，其中低聚物的分子量优选在5000～8000。
优选地，所述光引发剂由1-羟基环己基苯基甲酮(184)，2-羟基-2-甲基-1-苯基-1-丙酮(1173)，2，4，6-三甲基苯甲酰基-二苯基氧化膦(TPO)，2-异丙基硫杂蒽酮(ITX)中的两种或以上组成，更优选地，由按质量分数比为2∶3的1-羟基环己基苯基甲酮(184)：2，4，6-三甲基苯甲酰基-二苯基氧化膦(TPO)组成。
优选地，所述大分子光固化助剂为α-羟基酮类光引发剂接枝的环氧丙烯酸酯低聚物。
优选地，所述稀释剂为按质量分数比为1∶2∶2∶5的异丙醇：正丁醇：乙酸丁酯：丙二醇甲醚的混合溶剂组成。
优选地，所述助剂为常见的流平剂和消泡剂，其中消泡剂的质量分数优选为0.2％。
与现有技术相比，本发明的显现优势是：(1)本发明采用有机氟改性聚氨酯丙烯酸酯低聚物，其中有机氟以全氟聚醚链段的形式接枝在聚氨酯丙烯酸酯低聚物的侧链上，这样在交联固化时，有机氟以分子链段的形势接枝在涂层主体中，与常规技术中添加有机氟助剂相比，本发明一方面可以提高涂层的抗指纹沾污特性，另一方面可以提高涂层的耐磨性能、使涂层的抗指纹沾污效果保持持久性。(2)本发明采用9官能度的纳米杂化有机硅改性聚氨酯丙烯酸酯低聚物，在保证纳米粒子优良的分散性的同时，提高涂层的交联度，使涂层具有较高的硬度和耐磨性；而有机硅的存在又能使涂层保持较好的柔韧性和耐高温性，同时可进一步提高涂层的抗沾污效果。(3)高官能度丙烯酸酯低聚物选用9及以上官能度的聚氨酯丙烯酸酯低聚物或环氧丙烯酸酯低聚物，并且其中低聚物的分子量优选在5000～8000，这样既可以提高涂层交联度，保证涂层的硬度和韧性，又可以避免聚合反应时的收缩，减少涂层因硬度过高时内应力集中导致涂层容易开裂的问题。(4)光引发剂选用非黄变型，搭配兼顾表干和深层固化，既可以保证涂层的透明度，又能保证涂层的固化效果，有效避免紫外光固化时因表面氧阻聚导致的涂层耐磨性能不佳的问题；同时还搭配一定比例的大分子光固化助剂，提高引发效率，减少小分子物质的残留。(5)稀释剂的组合兼顾了溶解性和挥发性的考虑，在保证有机氟改性低聚物和纳米杂化有机硅改性低聚物能充分溶解的同时，还调整了最佳的溶剂挥发梯度，使有机氟链段能很好地迁移到涂层表面，使涂层具有优异的流平效果和抗指纹沾污特性。本发明的紫外光固化涂料除了具有高硬度、高耐磨、抗指纹性能持久的优点外还具有不黄变、透光率高的特点；同时，可进一步在本发明的紫外光固化高硬度抗指纹涂料中添加溶剂，得到不同粘度的涂料，可以满足不同涂布方式，例如淋涂、辊涂、喷涂等，且使用的溶剂体系中不合毒害性的甲苯等苯系溶剂，环保、无污染。本发明的发明人通过不断的研究，选取合适的低聚物、引发剂、稀释剂及各个组分的含量等，通过其协同作用，获得了良好的发明效果。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合具体实施例对本发明作进一步地详细描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明的紫外光固化涂料的涂覆基材为日本住友化工生产的透明PC、透明PMMA或者透明PC/PMMA复合板材。
本发明的涂层基本性能参照表1进行测试评估：
表1涂层性能测试方法
实施例1
本实施例涉及一种高硬度高耐磨抗指纹紫外光固化涂料。具体包括如下所示质量分数的各组分：
将上述各组分充分搅拌，混合均匀后，在PC/PMMA复合板材的PMMA面上进行喷涂，控制湿膜厚度约为20～30μm，在50℃烘箱中流平5min，然后在辐照能量为500mJ/cm2的紫外光下进行固化。实施效果及性能测试见表2.
实施例2
本实施例涉及一种高硬度高耐磨抗指纹紫外光固化涂料。具体包括如下所示质量分数的各组分：
将上述各组分充分搅拌，混合均匀后，在PC板材上进行喷涂，控制湿膜厚度约为20～30μm，在50℃烘箱中流平5min，然后在辐照能量为500mJ/cm2的紫外光下进行固化。实施效果及性能测试见表2.
实施例3
本实施例涉及一种高硬度高耐磨抗指纹紫外光固化涂料。具体包括如下所示质量分数的各组分：
将上述各组分充分搅拌，混合均匀后，在PMMA板材上进行淋涂，控制湿膜厚度约为15～25μm，在50℃烘箱中流平5min，然后在辐照能量为500mJ/cm2的紫外光下进行固化。实施效果及性能测试见表2.
对比例1
本对比例用于与实施例1进行对比，用于研究本发明的有机氟改性聚氨酯丙烯酸酯跟换成常规技术中的小分子有机氟助剂后，对涂料综合性能的影响。本对比例具体包括如下所示质量分数的各组分：
将上述各组分充分搅拌，混合均匀后，在PC/PMMA复合板材的PMMA面上进行喷涂，控制湿膜厚度约为20～30μm，在50℃烘箱中流平5min，然后在辐照能量为500mJ/cm2的紫外光下进行固化。实施效果及性能测试见表2.
对比例2
本对比例用于与实施例1进行对比，用于研究本发明的纳米粒子杂化有机硅改性聚氨酯丙烯酸酯添加比例降低后，对涂料综合性能的影响。本对比例具体包括如下所示质量分数的各组分：
将上述各组分充分搅拌，混合均匀后，在PC/PMMA复合板材的PMMA面上进行喷涂，控制湿膜厚度约为20～30μm，在50℃烘箱中流平5min，然后在辐照能量为500mJ/cm2的紫外光下进行固化。实施效果及性能测试见表2.
参照表1的测试方法和测试标准，将实施例1～3以及对比例1和对比例2所制备的样板进行测试，测试结果如表2所示：
表2涂层性能测试结果
由表2中实施例的性能测试结果可知，本发明的高硬度高耐磨抗指纹紫外光固化涂料在PC上固化后的硬度可达到2H，在PMMA上固化后的硬度可达到4H。涂层的初始水滴角达到110°以上，具有很好的抗指纹抗沾污效果；分别耐钢丝绒摩擦2500次和耐酒精摩擦500次后，涂层表面无痕迹，磨后的水滴角也都大于100°。通过比较对比例1和对比例2的测试结果，可以发现，将有机氟改性聚氨酯丙烯酸酯更换成小分子的有机氟助剂，或者将纳米杂化有机硅改性卷子丙烯酸酯的添加量减少后，如此的硬度下降，耐磨性能以及磨后的水滴角也明显降低，涂层的综合性能得到了显著的影响。
尽管已描述了本发明的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例作出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本发明范围的所有变更和修改。
显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (8)

1.本发明公开了一种高硬度高耐磨抗指纹光固化涂料，其组分按质量分数表示包括：
2.如权利要求1所述的高硬度高耐磨抗指纹光固化涂料，其特征在于，所述有机氟改性聚氨酯丙烯酸酯优选为4官或6官能度的有机氟改性聚氨酯丙烯酸酯低聚物，其中有机氟以全氟聚醚链段的形式接枝在聚氨酯丙烯酸酯低聚物的侧链上，氟原子含量约为树脂本身质量分数的4～6％。
3.如权利要求1所述的高硬度高耐磨抗指纹光固化涂料，其特征在于，所述纳米粒子杂化有机硅改性聚氨酯丙烯酸酯为9官能度的有机硅改性聚氨酯丙烯酸酯低聚物，其中纳米粒子种类优选为纳米Al2O3或纳米ZrO2，含量为树脂本身质量分数的10～15％。
4.如权利要求1所述的高硬度高耐磨抗指纹光固化涂料，其特征在于，所述高官能度丙烯酸酯低聚物为9及以上官能度的聚氨酯丙烯酸酯低聚物或环氧丙烯酸酯低聚物，其中低聚物的分子量优选在5000～8000。
5.如权利要求1所述的高硬度高耐磨抗指纹光固化涂料，其特征在于，所述光引发剂优选由1-羟基环己基苯基甲酮(184)，2-羟基-2-甲基-1-苯基-1-丙酮(1173)，2，4，6-三甲基苯甲酰基-二苯基氧化膦(TPO)，2-异丙基硫杂蒽酮(ITX)中的两种或以上组成，更优选地，由按质量分数比为2∶3的1-羟基环己基苯基甲酮(184)∶2，4，6-三甲基苯甲酰基-二苯基氧化膦(TPO)组成。
6.如权利要求1所述的高硬度高耐磨抗指纹光固化涂料，其特征在于，所述大分子光固化助剂为α-羟基酮类光引发剂接枝的环氧丙烯酸酯低聚物。
7.如权利要求1所述的高硬度高耐磨抗指纹光固化涂料，其特征在于，所述稀释剂为按质量分数比为1∶2∶2∶5的异丙醇∶正丁醇∶乙酸丁酯∶丙二醇甲醚的混合溶剂组成。
8.如权利要求1所述的高硬度高耐磨抗指纹光固化涂料，其特征在于，所述助剂为常见的流平剂和消泡剂，其中消泡剂的质量分数优选为0.2％。
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