CN110183885B - 一种电子束固化生物基涂料组合物及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种电子束固化生物基涂料组合物及其制备方法。该涂料组合物包含植物油基丙烯酸酯30％‑70％、棕榈壳5％～30％、活性稀释剂0～36％，流平剂0.2～1％、附着力促进剂0.2～3％。将棕榈壳和植物油丙烯酸酯在高速分散机内分散均匀，之后用三辊研磨机进行研磨，再加入流平剂、附着力促进剂和活性稀释剂，在高速分散机内分散均匀，即制得用于电子束固化生物基涂料组合物。该涂料组合物配方中添加了5％‑30％的棕榈壳，提高了工业生物质废弃物棕榈壳的利用率；采用电子束固化，提高棕榈壳与树脂基体的相容性，增强涂层性能；配方体系中无溶剂以及无引发剂残留，适用于木器涂料、金属涂料等领域。

Description

一种电子束固化生物基涂料组合物及其制备方法

技术领域

本发明涉及一种包含棕榈壳和植物油基丙烯酸酯的电子束固化生物基涂料组合物及其制备方法的技术，属于电子束固化技术领域。

背景技术

随着涂料工业向节省资源、能源、减少污染方向的发展，辐射固化技术得到广泛应用。辐射固化包括紫外光(UV)固化和电子束(EB)固化。与紫外光(UV) 固化技术相比，采用电子束(EB)固化技术的固化体系中无需添加光引发剂，彻底避免了小分子化合物释放的潜在风险。EB固化技术穿透性强，热效应低，反应基团转化率更高，不仅能够为固化膜层提供良好的耐磨性、抗划伤性以及优异的附着力，还可应用于深色体系的固化。

植物油基丙烯酸酯是一种重要的生物基辐射固化涂料，因为合成原料植物油价格低廉，具有广阔的商业应用(CN95105334和CN201310038515)。植物油基丙烯酸酯由于含有植物油的长链结构，其链段具有一定的柔顺性，可以明显地改善涂层的柔韧性和附着力，但也导致主体树脂玻璃化转变温度(Tg)较低，力学性能较差。

棕榈盛产于马来西亚、印度尼西亚和我国海南省等热带地区，其主要用途是生产棕榈油。棕榈壳是棕榈树制造棕榈油过程中产生的主要废弃物，其主要成分是木质素、纤维素和部分半纤维素，含有丰富的活性基团，如羟基、甲氧基等。目前棕榈壳主要是用于生物质燃料或制备活性炭，或放入废弃池自我分解，产品市场容量有限且利用率低。棕榈壳废弃资源庞大，若大量堆积既造成环境的压力同时也是资源上的一种巨大浪费。

发明内容

本发明解决的技术问题在于提供一种电子束固化生物基涂料组合物及其制备方法，通过在植物油基丙烯酸酯涂料配方体系中添加棕榈壳以及采用电子束固化方式得到一种高性能环保涂层。电子束固化过程中，高能电子引发棕榈壳分子结构中产生自由基与树脂基体发生交联反应，提高与树脂基体的相容性，增强涂层性能。

本发明提供了一种电子束固化生物基涂料组合物，它包括下列质量分数的：植物油基丙烯酸酯30％-70％、棕榈壳5％～30％、活性稀释剂0～36％、流平剂 0.2～1％、附着力促进剂0.2～3％，其中，所述的棕榈壳经过研磨处理。

优选的，所述棕榈壳的粒径不大于58微米。

所述棕榈壳的质量分数为15％～30％。

所述植物油基丙烯酸酯为环氧大豆油丙烯酸酯、环氧花生油丙烯酸酯、环氧玉米油丙烯酸酯、环氧桐油丙烯酸酯、环氧蓖麻油丙烯酸酯中的一种或多种。

所述活性稀释剂为单官能丙烯酸酯类单体、双官能丙烯酸酯类单体、多官能丙烯酸酯类单体的一种或多种。

优选的，所述活性稀释剂为异冰片基丙烯酸酯、四氢呋喃丙烯酸酯、邻苯基苯氧基乙基丙烯酸酯，1,6-己 二醇双丙烯酸酯和三羟甲基丙烷三丙烯酸酯中的一种或多种。

本发明还提供一种电子束固化生物基涂料组合物的制备方法，包括如下步骤：

A、将棕榈壳研磨成粉末；

B、将步骤A得到的棕榈壳和植物油基丙烯酸酯在高速分散机内分散；

C、将步骤B的混合物用三辊研磨机进行研磨；

D、向步骤C的混合物中加入流平剂、附着力促进剂和活性稀释剂，然后在高速分散机内分散。

优选的，所述制备方法包括如下步骤：

A、将棕榈壳研磨成粉末，使用筛孔尺寸不大于58微米的筛网过滤；

B、将步骤A得到的棕榈壳和植物油基丙烯酸酯在高速分散机内 500rpm-2000rpm分散5-60分钟；

C、将步骤B的混合物用三辊研磨机进行研磨，直到混合物的刮板细度值不大于50微米；

D、向步骤C的混合物中加入流平剂、附着力促进剂和活性稀释剂，然后在高速分散机内500rpm-2000rpm分散5-60分钟。

与现有技术对比，本发明具有如下的有益效果：

1.涂料配方中添加了5％-30％的棕榈壳，提高了工业生物质废弃物棕榈壳的利用率。

2.电子束固化过程中，棕榈壳分子结构在高能电子作用下可以树脂基体中丙烯酸酯结构发生交联反应，提高棕榈壳与树脂基体的相容性，增强涂层性能。

3.本发明组合物采用绿色环保的原料棕榈壳和植物油基丙烯酸酯。棕榈壳的颜色是褐色，其与树脂组成的涂料组合物为褐色。有色体系固化时，紫外光穿透力受限，采用电子束固化则不受影响。采用电子束固化时，无需使用光引发剂，配方体系中无溶剂以及无引发剂残留，适用于木器涂料、金属涂料等领域。

具体实施方式

以下结合具体实施例来进一步说明本发明。

实施例1

一种电子束固化生物基涂料组合物，它包括下列质量分数的：

环氧大豆油丙烯酸酯66％、

棕榈壳30％、

流平剂BYK3510 1％和附着力促进剂CD9051 3％。

上述涂料组合物的制备方法包括如下步骤：首先将棕榈壳研磨成粉末，使用 250目筛网(筛孔尺寸为58微米)过滤；将得到的棕榈壳和环氧大豆油丙烯酸酯在高速分散机内2000rpm分散60分钟；之后将分散好的棕榈壳和环氧大豆油丙烯酸酯混合物用三辊研磨机进行研磨1小时，所得混合物的刮板细度值50微米；向上述混合物中加入流平剂和附着力促进剂，然后在高速分散机内2000rpm 分散60分钟，即得可用于电子束固化的生物基涂料组合物。

实施例2

一种电子束固化生物基涂料组合物，它包括下列质量分数的：

环氧大豆油丙烯酸酯30％、

棕榈壳30％、

流平剂BYK3510 1％、

附着力促进剂CD9051 3％、

异冰片基丙烯酸酯5％、

四氢呋喃丙烯酸酯5％和三羟甲基丙烷三丙烯酸酯26％。

上述涂料组合物的制备方法包括如下步骤：首先将棕榈壳研磨成粉末，使用 250目筛网(筛孔尺寸为58微米)过滤；将得到的棕榈壳和环氧大豆油丙烯酸酯在高速分散机内2000rpm分散60分钟；之后将分散好的棕榈壳和环氧大豆油丙烯酸酯混合物用三辊研磨机进行研磨1小时，所得混合物的刮板细度值50微米；向上述混合物中加入流平剂、附着力促进剂和活性稀释剂，然后在高速分散机内2000rpm分散60分钟，即得可用于电子束固化的生物基涂料组合物。

实施例3

一种电子束固化生物基涂料组合物，它包括下列质量分数的：

环氧大豆油丙烯酸酯70％、

棕榈壳5％、

流平剂BYK3510 0.2％、

附着力促进剂CD9051 0.2％、

邻苯基苯氧基乙基丙烯酸酯5％和1,6-己 二醇双丙烯酸酯19.6％。

上述涂料组合物的制备方法包括如下步骤：首先将棕榈壳研磨成粉末，使用 250目筛网(筛孔尺寸为58微米)过滤；将得到的棕榈壳和环氧大豆油丙烯酸酯在高速分散机内500rpm分散5分钟；之后将分散好的棕榈壳和环氧大豆油丙烯酸酯混合物用三辊研磨机进行研磨40分钟，所得混合物的刮板细度值30微米；向上述混合物中加入流平剂、附着力促进剂和活性稀释剂，然后在高速分散机内 500rpm分散5分钟，即得可用于电子束固化的生物基涂料组合物。

实施例4

一种电子束固化生物基涂料组合物，它包括下列质量分数的：

环氧大豆油丙烯酸酯70％、

棕榈壳5％、

流平剂BYK3510 1％、

附着力促进剂CD9051 3％、

邻苯基苯氧基乙基丙烯酸酯5％和三羟甲基丙烷三丙烯酸酯16％。

上述涂料组合物的制备方法包括如下步骤：首先将棕榈壳研磨成粉末，使用 250目筛网(筛孔尺寸为58微米)过滤；将得到的棕榈壳和环氧大豆油丙烯酸酯在高速分散机内500rpm分散5分钟；之后将分散好的棕榈壳和环氧大豆油丙烯酸酯混合物用三辊研磨机进行研磨40分钟，所得混合物的刮板细度值30微米；向上述混合物中加入流平剂、附着力促进剂和活性稀释剂，然后在高速分散机内500rpm分散5分钟，即得可用于电子束固化的生物基涂料组合物。

实施例5

一种电子束固化生物基涂料组合物，它包括下列质量分数的：

环氧大豆油丙烯酸酯60％、

棕榈壳15％、

流平剂BYK3510 1％、

附着力促进剂CD9051 3％、

邻苯基苯氧基乙基丙烯酸酯5％和三羟甲基丙烷三丙烯酸酯16％。

上述涂料组合物的制备方法包括如下步骤：首先将棕榈壳研磨成粉末，使用 250目筛网(筛孔尺寸为58微米)过滤；将得到的棕榈壳和环氧大豆油丙烯酸酯在高速分散机内2000rpm分散60分钟；之后将分散好的棕榈壳和环氧大豆油丙烯酸酯混合物用三辊研磨机进行研磨1小时，所得混合物的刮板细度值50微米；向上述混合物中加入流平剂、附着力促进剂和活性稀释剂，然后在高速分散机内2000rpm分散60分钟，即得可用于电子束固化的生物基涂料组合物。

实施例6

一种电子束固化生物基涂料组合物，它包括下列质量分数的：

环氧大豆油丙烯酸酯45％、

棕榈壳30％、

流平剂BYK3510 1％、

附着力促进剂CD9051 3％、

邻苯基苯氧基乙基丙烯酸酯5％和三羟甲基丙烷三丙烯酸酯16％。

上述涂料组合物的制备方法包括如下步骤：首先将棕榈壳研磨成粉末，使用 250目筛网(筛孔尺寸为58微米)过滤；将得到的棕榈壳和环氧大豆油丙烯酸酯在高速分散机内2000rpm分散60分钟；之后将分散好的棕榈壳和环氧大豆油丙烯酸酯混合物用三辊研磨机进行研磨1小时，所得混合物的刮板细度值50微米；向上述混合物中加入流平剂、附着力促进剂和活性稀释剂，然后在高速分散机内2000rpm分散60分钟，即得可用于电子束固化的生物基涂料组合物。

对比例：

一种涂料组合物，它包括下列质量分数的：

环氧大豆油丙烯酸酯75％、

流平剂BYK3510 1％、

附着力促进剂CD9051 3％、

邻苯基苯氧基乙基丙烯酸酯5％和三羟甲基丙烷三丙烯酸酯16％。

将上述涂料组分的在高速分散机内500rpm分散5分钟，即得可用于电子束固化的涂料组合物。

实施例1-6和对比例的各组分质量分数见表1所示。

表1

取上述实施例1～6和对比例制备的涂料组合物，采用框式涂膜器进行涂膜，基材为标准磷化钢板，涂膜厚度为90微米。使用电子束固化仪在氮气气氛下进行固化，电子束辐射剂量为100-120千戈瑞。涂层固化后放置24小时测试其性能。测试结果如表2所示：

表2实施例1～6和对比例的电子束固化涂层基本性能测试结果

实施例	铅笔硬度(500g)	耐冲击强度(cm)	光泽度(60°)	附着力(级)
					实施例1	2H	>50	57±1.4	0
实施例2	3H	>50	69±1.3	0
					实施例3	H	>50	95±0.6	1
实施例4	2H	>50	92±1.1	1
					实施例5	4H	>50	85±0.9	0
实施例6	3H	>50	61±0.6	0
					对比例	HB	30	106±0.5	3

测试方法：

铅笔硬度：根据GB/T 6739-1996铅笔硬度测定法。

耐冲击强度：根据GB/T20624.1-2006色漆和清漆快速变形(耐冲击性)试验。

光泽度：根据GB/T 9754-2007漆膜光泽度测定法。

附着力：根据GB/T 9286-1998色漆和清漆漆膜的划格试验。

从表2可以看出，本发明的涂料组合物具有良好的硬度、耐冲击强度和附着力。与对比例相比，棕榈壳的加入提高了涂层的硬度和耐冲击强度，降低了涂层的光泽度。随着棕榈壳添加量的提高，涂层硬度先提高后降低。可能原因是在配方体系中添加适量的棕榈壳，可以与基体树脂发生交联作用，进而提高涂层性能；过量棕榈壳的加入导致有部分棕榈壳未参与交联反应，使交联程度下降，进而导致硬度降低。

上述实施例用来解释说明本发明，而不是对本发明进行限制，在本发明的精神和权利要求的保护范围内，对本发明作出的任何修改和改变，都落入本发明的保护范围。

Claims (6)

1.一种电子束固化生物基涂料组合物，其特征在于，由下列质量分数的组分组成：植物油基丙烯酸酯30％-70％、棕榈壳5％～30％、活性稀释剂0～36％、流平剂0.2～1％、附着力促进剂0.2～3％，其中，所述的棕榈壳经过研磨处理；

其中，所述棕榈壳的粒径不大于58微米；

所述植物油基丙烯酸酯为环氧大豆油丙烯酸酯、环氧花生油丙烯酸酯、环氧玉米油丙烯酸酯、环氧桐油丙烯酸酯、环氧蓖麻油丙烯酸酯中的一种或多种。

2.根据权利要求1所述的一种电子束固化生物基涂料组合物，其特征在于，所述棕榈壳的质量分数为15％～30％。

3.根据权利要求1所述的一种电子束固化生物基涂料组合物，其特征在于，所述活性稀释剂为单官能丙烯酸酯类单体、双官能丙烯酸酯类单体、多官能丙烯酸酯类单体中的一种或多种。

4.根据权利要求3所述的一种电子束固化生物基涂料组合物，其特征在于，所述活性稀释剂为异冰片基丙烯酸酯、四氢呋喃丙烯酸酯、邻苯基苯氧基乙基丙烯酸酯，1,6-己二醇双丙烯酸酯和三羟甲基丙烷三丙烯酸酯中的一种或多种。

5.根据权利要求1所述的一种电子束固化生物基涂料组合物的制备方法，包括如下步骤：

A、将棕榈壳研磨成粉末；

B、将步骤A得到的棕榈壳和植物油基丙烯酸酯在高速分散机内分散；

C、将步骤B的混合物用三辊研磨机进行研磨；

D、向步骤C的混合物中加入流平剂、附着力促进剂和活性稀释剂，然后在高速分散机内分散。

6.根据权利要求5所述的一种电子束固化生物基涂料组合物的制备方法，包括如下步骤：

A、将棕榈壳研磨成粉末，使用筛孔尺寸不大于58微米的筛网过滤；

B、将步骤A得到的棕榈壳和植物油基丙烯酸酯在高速分散机内500rpm-2000rpm分散5-60分钟；

C、将步骤B的混合物用三辊研磨机进行研磨，直到混合物的刮板细度值不大于50微米；

D、向步骤C的混合物中加入流平剂、附着力促进剂和活性稀释剂，然后在高速分散机内500rpm-2000rpm分散5-60分钟。