CN109762461A - 一种超耐磨抗污uv固化涂料及其制备方法和应用 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种超耐磨抗污UV固化涂料，包括A组分透明清漆和B组分耐磨哑浆；A组分透明清漆主要由以下原料制备而成：有机硅聚氨酯丙烯酸酯齐聚物、聚氨酯丙烯酸酯、环氧丙烯酸酯、丙烯酸酯单体、有机溶剂、引发剂和流平剂；所述B组分耐磨哑浆主要由以下原料制备而成：有机硅聚氨酯丙烯酸酯齐聚物、硅烷偶联剂、高硬粉、哑粉、有机溶剂、分散剂、防沉剂和消泡剂。本发明在UV固化涂料中引入有机硅聚氨酯丙烯酸酯齐聚物，使得树脂具有较低的表面张力从而赋予涂料涂层良好的抗污性，并赋予漆膜超强的硬度和耐磨性，可实现面漆涂层抗污效果的持久性。

Description

一种超耐磨抗污UV固化涂料及其制备方法和应用

技术领域

本发明属于紫外光固化涂料领域，尤其涉及一种超耐磨抗污UV固化涂料及其制备方法和应用。

背景技术

随着工业技术的发展，5G时代即将来临，手机外壳材料从塑胶到金属，现在又轮转到了非金属，同时人们对这类电子产品外观与性能要求也越来越高。目前，手机外壳加工工艺主要为PVD镀膜、色带转印这些工艺，工艺要求及成本都很难把控，量产难度非常高。使用喷涂工艺，设备操作简单，效率高、更容易实现量产。而使用喷涂工艺则要求喷涂涂料具有良好的施工性能、物理机械性能以实现产品抗刮伤、抗指纹等优点。UV固化涂料喷涂面漆在3C电子产品已广泛应用，以满足人们对产品性能与装饰效果的需求。一直以来诸多厂商致力于耐磨、耐污、高硬度的UV固化涂料，然而，其耐磨性通过添加高硬度无机材料(硅微粉、陶瓷粉、氧化铝等)，与树脂体系进行物理混合，造成无机材料与有机涂层结合牢度有限，涂层中应用的普通无机材料硬度有限(莫氏硬度低于9)，从而导致涂层表面耐磨、耐刮擦易受到磨损，不足以保护表面免受刮伤、油污粘附和失去光泽。因此，市面上急需一种具有持久、长效的耐磨性、耐刮伤和抗污性的涂料，且适合喷涂、淋涂工艺来满足客户对性能与表面美观持久性的需求。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是，克服以上背景技术中提到的不足和缺陷，提供一种超耐磨抗污UV固化涂料及其制备方法和应用；该超耐磨抗污UV固化涂料作为3C电子产品面漆使用时，可以解决产品外壳、按键长效持久的耐磨、抗刮伤、抗污性等技术问题。

为解决上述技术问题，本发明提出的技术方案为：

一种超耐磨抗污UV固化涂料，所述UV固化涂料为多组分，包括A组分透明清漆和B组分耐磨哑浆；

其中，所述A组分透明清漆主要由以下重量含量的原料制备而成：

所述B组分耐磨哑浆主要由以下重量含量的原料制备而成：

所述A组分透明清漆和B组分耐磨哑浆的质量比为(3-4):1。

上述的UV固化涂料，优选的，所述A组分透明清漆是由20-30％的有机硅聚氨酯丙烯酸酯齐聚物、6-10％的聚氨酯丙烯酸酯、5-8％的环氧丙烯酸酯、6-10％的丙烯酸酯单体、45-50％的有机溶剂、3-6％光引发剂和0.3-0.5％流平剂制备而成；所述有机溶剂包括酯类溶剂和酮类溶剂。

上述的UV固化涂料，优选的，所述有机硅聚氨酯丙烯酸酯齐聚物主要通过以下方法制备而成的：

i)将羟基聚硅氧烷与异氰酸酯反应，得到有机硅预聚体；

ii)将所述有机硅预聚体与单羟基丙烯酸酯单体反应，制备有机硅聚氨酯丙烯酸酯齐聚物。

上述的UV固化涂料，优选的，所述羟基聚硅氧烷的分子量为500-3000，其羟值为30-150mg·KOH/g；所述异氰酸酯为异佛尔酮二异氰酸酯(IPDI)、4,4'-二环己基甲烷二异氰酸酯(HMDI)、HDI二聚体、HDI三聚体、HDI缩二脲、IPDI三聚体中的一种或几种；所述单羟基丙烯酸酯单体选择为丙烯酸羟乙酯、甲基丙烯酸羟乙酯、丙烯酸羟丙酯、季戊四醇三丙烯酸酯、双季戊四醇五丙烯酸酯和己内酯改性的羟基丙烯酸酯中一种或几种。

本发明的UV固化涂料选择自合成的有机硅聚氨酯丙烯酸酯齐聚物，一方面可以设计聚合物的分子结构，提供更好的颜、填料润湿性，以提高期哑浆分散效果；另一方面，从成本上大大低于外购国外同类型树脂(日本大金、日本合成等生产商)，不受外来原料的限制。

上述的UV固化涂料，优选的，所述聚氨酯丙烯酸酯由分子量为1000-3000的二元醇、异氰酸酯与单羟基丙烯酸酯单体制备而成的2官能度聚氨酯丙烯酸酯；所述二元醇为聚己内酯二元醇、二聚酸改性二元醇、聚碳酸酯二元醇之中的一种或几种，所述异氰酸酯为异佛尔酮二异氰酸酯(IPDI)、4,4'-二环己基甲烷二异氰酸酯(HMDI)之中的一种或几种；所述单羟基丙烯酸酯单体为丙烯酸羟乙酯、甲基丙烯酸羟乙酯、丙烯酸羟丙酯、己内酯改性的羟基丙烯酸酯之中的一种或几种。

上述的UV固化涂料，优选的，所述环氧丙烯酸酯为2官能度聚酯改性双酚A环氧丙烯酸酯；该树脂韧性良好、固化速度快；

所述丙烯酸酯单体优选为三羟甲基丙烷三丙烯酸酯(TMPTA)、季戊四醇三丙烯酸酯(PETA)、季戊四醇四丙烯酸酯(PETTA)、二缩三羟甲基丙烷四丙烯酸酯(DTMPTTA)、二季戊四醇六丙烯酸酯(DPHA)中的一种或多种；

所述的有机溶剂为醇类、酯类、酮类或醚类的一类或多类混合；进一步优选的，所述有机溶剂为醇类有机溶剂和酯类有机溶剂的混合溶剂。

所述的引发剂为苯偶姻类衍生物(优选为651或/和MBF)、ɑ-羟基酮衍生物(优选为1173、184、2959中的一种或几种)、酰基磷氧化物类(优选为TPO、TPO-L、819中的一种或几种)光引发剂一类或多类混合；

所述的流平剂为BYK333、BYK306、TEGO450和TEGO410中的一种或多种；

所述的消泡剂优选为BYK052、BYK141和TEGO916中的一种或几种；

所述的防沉剂优选为BYK2009和BYK057中的一种或几种；

所述的分散剂优选为BYK163、BYK110和TEGO650中的一种或几种；

上述的UV固化涂料，优选的，所述硅烷偶联剂为含氨基类硅烷偶联剂(优选为3-氨丙基甲基二乙氧基硅烷、4-氨丙基甲基二甲氧基硅烷、4-氨丙基甲基二甲氧基硅烷、N-2-氨乙基-3-氨丙基三乙氧基硅烷中的一种或几种)、含巯基类硅烷偶联剂(优选为3-巯丙基甲基二甲氧基硅烷、3-巯丙基三乙氧基硅烷、双-(3-(三乙氧基硅烷)丙基)-二硫化物中的一种或几种)中的一种或多种组合；

所述高硬度粉为莫氏硬度≥9的粉料；

所述哑粉为聚酰胺类、聚脲弹性粉、气相二氧化硅、蜡粉中的一种或多种。

上述的UV固化涂料，优选的，所述高硬度粉包括金刚石微粉、氧化铝、碳化硅的一种或多种，所述金刚石微粉粒径为0.5-30μm。

作为一个总的发明构思，本发明还提供一种上述的UV固化涂料的制备方法，包括以下步骤：

(1)制备A组分透明清漆：按重量比计，依次加入有机硅聚氨酯丙烯酸酯齐聚物、聚氨酯丙烯酸酯、环氧丙烯酸酯、丙烯酸酯单体在室温下搅拌分散30-45min，然后加入有机溶剂、流平剂在20-35℃下搅拌30-45min，最后加入引发剂在20-35℃下搅拌15-30min，得到透明清澈液体，检测其粘度在6-8.5s(岩田杯2#)，即制备A组份透明清漆；

(2)制备B组分耐磨哑浆：按重量比份计，先加入有机硅聚氨酯丙烯酸酯齐聚物、硅烷偶联剂在室温下搅拌分散1.5-2.5h；再加入哑粉搅拌分散0.5-1.0h；然后加入高硬粉、分散剂、防沉剂和消泡剂，分散乳化，将细度研磨至10μm以下；最后加入有机溶剂分散均匀，即制备出B组分耐磨哑浆；

使用的过程中将A组分透明清漆和B组分耐磨哑浆按(3-4):1的比例进行混合、搅拌均匀即可得到一种超耐磨抗污性UV固化喷涂、淋涂面漆。

作为一个总的发明构思，本发明还提供一种上述的UV固化涂料或由上述的制备方法制备而成的UV固化涂料在3C电子产品中的应用。

与现有技术相比，本发明的优点在于：

(1)本发明在UV固化涂料中引入有机硅聚氨酯丙烯酸酯齐聚物，其分子结构中引入高含量的有机硅链段，使得树脂具有较低的表面张力从而赋予涂料涂层良好的抗污性，分子结构中引入多官的丙烯酸酯单体赋予漆膜超强的硬度和耐磨性；同时，将利用有机硅进行化学改性来合成有机硅聚氨酯丙烯酸酯，其可作为喷涂涂料主体成分，而不必加入有机硅、有机氟类抗污助剂，可实现面漆涂层抗污效果的持久性。

(2)本发明将比重大的金刚石微粉研磨、乳化分散到UV固化体系，并且该UV固化涂料可以采用喷涂工艺进行加工；本发明所选用的金刚石微粉具有优异的耐磨性，赋予涂料涂层良好的耐磨性、抗刮伤性；而金刚石微粉比常规的耐磨颗粒(如氧化铝、二氧化硅)比重大，在常规的喷涂体系中难以稳定而易发生沉降，因此本发明的耐磨抗污性UV固化喷涂面漆，是由A组分透明清漆、B组分耐磨哑浆组成；B组分耐磨哑浆中通过硅烷偶联剂的架桥作用，其先与有机硅聚氨酯丙烯酸酯齐聚物进行化学反应，在乳化分散过程又与金刚石微粉形成稳定的化学键，从而将金刚石微粉牢牢的锁在有机相体系中，从而避免A、B组分混合后金刚石微粉的重新团聚沉降现象，以避免喷涂后出现的颗粒、缩孔、橘皮等不良现象，从而实现面漆涂层兼具良好的抗污性与耐磨性。

综上，本发明的超耐磨抗污性UV固化喷涂涂料经喷涂、淋涂加工后在手机外壳、按键等3C电子产品中具有良好的耐磨、抗刮伤、抗污性，使其保持更持久的美学装饰效果。

具体实施方式

为了便于理解本发明，下文将结合较佳的实施例对本文发明做更全面、细致地描述，但本发明的保护范围并不限于以下具体实施例。

除非另有定义，下文中所使用的所有专业术语与本领域技术人员通常理解含义相同。本文中所使用的专业术语只是为了描述具体实施例的目的，并不是旨在限制本发明的保护范围。

除非另有特别说明，本发明中用到的各种原材料、试剂、仪器和设备等均可通过市场购买得到或者可通过现有方法制备得到。

实施例1：

一种本发明的超耐磨抗污UV固化涂料，包括A组分透明清漆和B组分耐磨哑浆；A组分透明清漆主要由以下重量含量的原料制备而成：

B组分耐磨哑浆主要由以下重量含量的原料制备而成：

其中，有机硅聚氨酯丙烯酸酯齐聚物是将分子量1500的羟基聚硅氧烷与异氟尔酮二异氰酸酯反应得到有机硅预聚体，再将有机硅预聚体与季戊四醇三丙烯酸酯单体反应制备而成；聚氨酯丙烯酸酯是由2000分子量聚己内酯二元醇、异氟尔酮二异氰酸酯与丙烯酸羟乙酯单体制备而成的2官能度聚氨酯丙烯酸酯。

本实施例的超耐磨抗污UV固化涂料的制备过程为：

(1)制备A组分透明清漆：按重量份取有机硅聚氨酯丙烯酸酯齐聚物、聚氨酯丙烯酸酯、CN151(改性环氧丙烯酸酯)、DPHA(二季戊四醇六丙烯酸酯)、TMPDA(三羟基甲烷三丙烯酸酯单体)在室温下搅拌分散30min，然后加入丙酮、乙酸乙酯、BYK306在35℃下搅拌30min，最后加入184(1-羟基环己基苯基甲酮)在25℃下搅拌30min，制备出A组分透明清漆；

(2)制备B组分耐磨哑浆：按重量份取有机硅聚氨酯丙烯酸酯齐聚物、道康宁203在室温下搅拌分散1.5；再加入OK500搅拌分散1.0h；然后加入金刚石微粉、TEGO650、TEGO916和BYK057，采用乳化机分散乳化，将细度研磨至10μm以下；最后加入丁酮、醋酸乙酯分散均匀，制备出B组分耐磨哑浆。

将A组分透明清漆与B组分耐磨哑浆按质量比为3.6:1的比例进行混合、搅拌均匀即得到超耐磨抗污性UV固化涂料。

将制备的UV固化涂料采用喷涂方式，喷在板材上3遍，膜厚25μm，放置恒温烘箱中50℃烘烤5min，然后在固化能量800mJ/cm²下进行紫外固化；最后测试所得成品的性能如下表1所示。

表1实施例1制备的喷涂面漆性能

实施例2：

一种本发明的超耐磨抗污UV固化涂料，包括A组分透明清漆和B组分耐磨哑浆；A组分透明清漆主要由以下重量含量的原料制备而成：

B组分耐磨哑浆主要由以下重量含量的原料制备而成：

其中，有机硅聚氨酯丙烯酸酯齐聚物是将分子量2500的羟基聚硅氧烷与4,4'-二环己基甲烷二异氰酸酯反应得到有机硅预聚体，再将有机硅预聚体与季戊四醇三丙烯酸酯单体反应制备而成；聚氨酯丙烯酸酯是由1000分子量聚己内酯二元醇、异氟尔酮二异氰酸酯与丙烯酸羟乙酯单体制备而成的2官能度聚氨酯丙烯酸酯。

本实施例的超耐磨抗污UV固化涂料的制备过程为：

(1)制备A组分透明清漆：取有机硅聚氨酯丙烯酸酯齐聚物、聚氨酯丙烯酸酯、CN151(改性环氧丙烯酸酯)、DHPA(二季戊四醇六丙烯酸酯)、TMPTA(三羟基甲烷三丙烯酸酯单体)在室温下搅拌分散45min，然后加入丙酮、乙酸乙酯、BYK306在25℃下搅拌45min，最后加入184(1-羟基环己基苯基甲酮)在35℃下搅拌15min，即制备出A组分透明清漆；

(2)制备B组分耐磨哑浆：取有机硅聚氨酯丙烯酸酯齐聚物、道康宁203在室温下搅拌分散1.5h；再加入OK500搅拌分散0.5h；然后加入金刚石微粉、分散剂TEGO650、消泡剂TEGO916和防沉剂BYK057，采用乳化机分散乳化，将细度研磨至10μm以下；最后加入丁酮、醋酸乙酯分散均匀，即制备出B组分耐磨哑浆。

将A组分透明清漆与B组分耐磨哑浆按质量比为3.6:1的比例进行混合、搅拌均匀即可得到超耐磨抗污性UV固化涂料。

将本实施例制备的UV固化涂料采用淋涂方式，淋在大面积平面板材上2遍，膜厚25μm，放置恒温烘箱中50℃烘烤4min，然后在固化能量800mJ/cm²下进行紫外固化；最后测试所得成品的性能如下表2所示。

表2实施例2淋涂工艺面漆性能测试

Claims (10)

1.一种超耐磨抗污UV固化涂料，其特征在于，所述UV固化涂料为多组分，包括A组分透明清漆和B组分耐磨哑浆；

其中，所述A组分透明清漆主要由以下重量含量的原料制备而成：

所述B组分耐磨哑浆主要由以下重量含量的原料制备而成：

所述A组分透明清漆和B组分耐磨哑浆的质量比为(3-4):1。

2.如权利要求1所述的UV固化涂料，其特征在于，所述A组分透明清漆是由20-30％的有机硅聚氨酯丙烯酸酯齐聚物、6-10％的聚氨酯丙烯酸酯、5-8％的环氧丙烯酸酯、6-10％的丙烯酸酯单体、45-50％的有机溶剂、3-6％光引发剂和0.3-0.5％流平剂制备而成。

3.如权利要求1或2所述的UV固化涂料，其特征在于，所述有机硅聚氨酯丙烯酸酯齐聚物主要通过以下方法制备而成的：

i)将羟基聚硅氧烷与异氰酸酯反应，得到有机硅预聚体；

ii)将所述有机硅预聚体与单羟基丙烯酸酯单体反应，制备有机硅聚氨酯丙烯酸酯齐聚物。

4.如权利要求3所述的UV固化涂料，其特征在于，所述羟基聚硅氧烷的分子量为500-3000，其羟值为30-150mg·KOH/g；所述异氰酸酯为异佛尔酮二异氰酸酯、4,4'-二环己基甲烷二异氰酸酯、HDI二聚体、HDI三聚体、HDI缩二脲、IPDI三聚体中的一种或几种；所述单羟基丙烯酸酯单体为丙烯酸羟乙酯、甲基丙烯酸羟乙酯、丙烯酸羟丙酯、季戊四醇三丙烯酸酯、双季戊四醇五丙烯酸酯和己内酯改性的羟基丙烯酸酯中一种或几种。

5.如权利要求1或2所述的UV固化涂料，其特征在于，所述聚氨酯丙烯酸酯由分子量为1000-3000的二元醇、异氰酸酯与单羟基丙烯酸酯单体制备而成的2官能度聚氨酯丙烯酸酯；所述二元醇为聚己内酯二元醇、二聚酸改性二元醇和聚碳酸酯二元醇中的一种或几种，所述异氰酸酯为异佛尔酮二异氰酸酯、4,4'-二环己基甲烷二异氰酸酯中的一种或几种；所述单羟基丙烯酸酯单体为丙烯酸羟乙酯、甲基丙烯酸羟乙酯、丙烯酸羟丙酯、己内酯改性的羟基丙烯酸酯中的一种或几种。

6.如权利要求1或2所述的UV固化涂料，其特征在于，所述环氧丙烯酸酯为2官能度聚酯改性双酚A环氧丙烯酸酯；

所述丙烯酸酯单体为三羟甲基丙烷三丙烯酸酯、季戊四醇三丙烯酸酯、季戊四醇四丙烯酸酯、二缩三羟甲基丙烷四丙烯酸酯、二季戊四醇六丙烯酸酯中的一种或多种；

所述的有机溶剂为醇类、酯类、酮类或醚类的一类或多类混合；

所述的引发剂为苯偶姻类衍生物、ɑ-羟基酮衍生物、酰基磷氧化物类光引发剂一类或多类混合；

所述的流平剂为BYK333、BYK306、TEGO450和TEGO410中的一种或多种。

7.如权利要求1或2所述的UV固化涂料，其特征在于，所述硅烷偶联剂为含氨基类硅烷偶联剂、含巯基类硅烷偶联剂中的一种或多种组合；

所述高硬度粉为莫氏硬度≥9的粉料；

所述哑粉为聚酰胺类、聚脲弹性粉、气相二氧化硅、蜡粉中的一种或多种。

8.如权利要求7所述的UV固化涂料，其特征在于，所述高硬度粉包括金刚石微粉、氧化铝、碳化硅的一种或多种，所述金刚石微粉粒径为0.5-30μm。

9.一种如权利要求1-8任一项所述的UV固化涂料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

(1)制备A组分透明清漆：按重量比计，依次加入有机硅聚氨酯丙烯酸酯齐聚物、聚氨酯丙烯酸酯、环氧丙烯酸酯、丙烯酸酯单体在室温下搅拌分散30-45min，然后加入有机溶剂、流平剂在20-35℃下搅拌30-45min，最后加入引发剂在20-35℃下搅拌15-30min，即制备A组份透明清漆；

(2)制备B组分耐磨哑浆：按重量比份计，先加入有机硅聚氨酯丙烯酸酯齐聚物、硅烷偶联剂在室温下搅拌分散1.5-2.5h；再加入哑粉搅拌分散0.5-1.0h；然后加入高硬粉、分散剂、防沉剂和消泡剂，分散乳化，将细度研磨至10μm以下；最后加入有机溶剂分散均匀，即制备出B组分耐磨哑浆。

10.一种如权利要求1-8任一项所述的UV固化涂料或由权利要求9制备而成的UV固化涂料在3C电子产品中的应用。