CN110240861A - 一种光固化耐磨涂料及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种光固化耐磨涂料及其制备方法。本发明提供的光固化耐磨涂料，以质量份计，包括以下组分：不饱和树脂85～120份；丙烯酸基活性单体20～80份；蓖麻油多元醇5～15份；二异氰酸酯2～7份；消泡剂0.3～0.8份；流平剂0.15～0.5份；光引发剂3.5～4.5份。本发明提供的涂料体系中在不饱和树脂中引入蓖麻油多元醇，其特殊的结构破坏了不饱和树脂的规整结构，降低了其结晶型，在漆膜耐磨性提升的同时提高了韧性；另外，由于其多官能团结构，在提升漆膜韧性的同时，还能够使漆膜强度提升20％；再配合丙烯酸基活性单体等其它组分，能够有效提升漆膜附着力，并保持良好的透明度。

Description

一种光固化耐磨涂料及其制备方法

技术领域

本发明涉及涂料技术领域，特别涉及一种光固化耐磨涂料及其制备方法。

背景技术

近年来，电子产品、3C产品以及数码产品等材料对漆膜表面硬度、耐磨性以及透明性等性能要求越来越高，紫外固化涂料由于可以节省能源70％以上，具有节能环保的特点，受到了广泛的关注。

申请号为201610610876.7的专利申请报道了一种紫外光固化耐磨涂料，橡胶改性环氧丙烯酸脂为主体树脂，脂肪酸甘油酯、3,4-环氧环乙基甲酸-3,4-环氧环乙基甲酯以及三羟甲基丙烷三丙烯酸酯为稀释剂，2-甲基-1-(4-甲硫基苯基)-2-吗啉基-1-丙酮为光引发剂，二氧化硅粉为填料，硬脂酸钠、硬脂酸锌为硫化剂制备了紫外光固化耐磨涂料。申请号为201510704607.2专利申请公开了一种UV光固化耐磨底涂料，芳香族聚氨酯丙烯酸酯为主体光固化树脂、二丙二醇二丙烯酸酯和醋酸丁酯为稀释剂、二苯甲酮为光引发剂、改性纳米氧化铝和钛白粉为填料。得到的UV光固化耐磨底涂料具有低挥发，低气味，对环境污染小、高硬度、高耐磨性的特点。申请号为201120306544.2的专利申请报道了一种耐磨防刮花的UV涂层结构，在聚氨酯丙烯酸酯中加入了耐磨粉，来提高涂层的硬度和耐磨性。以上这些发明专利主要是通过加入耐磨粉等填料来提高漆膜的硬度，然而，这些耐磨粉的加入，在提高耐磨性的同时，大大降低了漆膜的透明性。

申请号为201110454067.9的专利申请报道了一种耐钢丝绒高硬度UV辐射固化涂料及其制备和使用方法，将六官能度脂肪族聚氨酯丙烯酸酯树脂以及六官能度的硅改性聚氨酯丙烯酸酯树脂为主体树脂，三羟甲基丙烷三甲基丙烯酸酯为活性稀释剂制备了一种UV光固化涂料，涂料中没有使用耐磨粉，得到的漆膜的透明性较好。然而，采用上述特定树脂虽然提高了漆膜的耐磨性并保证良好的透明度，但同时会导致漆膜变得很脆，容易开裂，与基材的附着力变差，非常容易脱落。

因此，光固化涂料体系中物料之间的相互作用较为复杂，当引入物料来提升某方面性能时往往会影响其它方面性能，导致涂料的硬度及耐磨性、透明度、韧性及附着力之间难以平衡和调和，使其配方设计十分困难。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种光固化耐磨涂料及其制备方法。本发明提供的耐磨涂料在提高耐磨性的同时，能够提升漆膜的韧性及附着力，并保证良好的透明度。

本发明提供了一种光固化耐磨涂料，以质量份计，包括以下组分：

优选的，所述蓖麻油多元醇的官能度≥2。

优选的，所述蓖麻油多元醇的官能度为2～4。

优选的，所述不饱和树脂的官能度为3～6。

优选的，所述不饱和树脂选自聚氨酯丙烯酸酯、聚醚丙烯酸酯和聚酯丙烯酸酯中的一种或几种。

优选的，所述丙烯酸基活性单体的官能度为2～3。

优选的，所述丙烯酸基活性单体选自季戊四醇三丙烯酸酯、三羟基丙烷三丙烯酸酯、1,6-己二醇二丙烯酸酯、二缩三丙二醇二丙烯酸酯和三缩丙二醇双丙烯酸酯中的一种或几种。

优选的，所述二异氰酸酯选自异佛尔酮二异氰酸酯、己二异氰酸酯、甲基环己基二异氰酸酯、二环己基甲烷二异氰酸酯和甲苯二异氰酸酯中的一种或几种；

所述光引发剂选自Irfacure 184、Darocure 1173、Irfacure 2959和Irfacure819中的一种或几种。

优选的，所述流平剂选自BYK-354、BYK-355、BYK-361、BYK-380、BYK-381和BYK-390中的一种或几种；

所述消泡剂选自BYK-065、BYK-066、BYK-070、BYK-088、BYK-141、BYK-020和BYK-080中的一种或几种。

本发明还提供了一种上述技术方案中所述的光固化耐磨涂料的制备方法，包括：

将不饱和树脂、丙烯酸基活性单体、蓖麻油多元醇、二异氰酸酯、消泡剂、流平剂和光引发剂混合，得到光固化耐磨涂料。

本发明提供了一种光固化耐磨涂料，以质量份计，包括以下组分：不饱和树脂85～120份；丙烯酸基活性单体20～80份；蓖麻油多元醇5～15份；二异氰酸酯2～7份；消泡剂0.3～0.8份；流平剂0.15～0.5份；光引发剂3.5～4.5份。本发明提供的涂料体系中在不饱和树脂中引入蓖麻油多元醇，其特殊的结构破坏了不饱和树脂的规整结构，降低了其结晶型，在漆膜耐磨性提升的同时提高了韧性；另外，由于其多官能团结构，在提升漆膜韧性的同时，还能够使漆膜强度提升20％；再配合丙烯酸基活性单体等其它组分，能够有效提升漆膜附着力，并保持良好的透明度。

试验结果表明，本发明提供的光固化耐磨涂料能够使漆膜百圈磨耗达0.05～0.15mg，硬度达2～4H；附着力达到0～1级，韧性达1～2mm，透光率下降＜2％。

具体实施方式

本发明提供了一种光固化耐磨涂料，以质量份计，包括以下组分：

本发明提供的涂料体系中在不饱和树脂中引入蓖麻油多元醇，其特殊的结构破坏了不饱和树脂的规整结构，降低了其结晶型，在漆膜耐磨性提升的同时提高了韧性；另外，由于其多官能团结构，在提升漆膜韧性的同时，还能够使漆膜强度提升20％；再配合丙烯酸基活性单体等其它组分，能够有效提升漆膜附着力，并保持良好的透明度。

本发明中，所述不饱和树脂优选为官能度为3～6的不饱和树脂，采用上述官能度下的不饱和树脂，能够与蓖麻油多元醇较好的搭配及作用，有效提升漆膜的耐磨性，且改善漆膜韧性。本发明中，更优选的，所述不饱和树脂选自聚氨酯丙烯酸酯、聚醚丙烯酸酯和聚酯丙烯酸酯中的一种或几种。本发明对所述不饱和树脂的来源没有特殊限制，为一般市售品即可。

本发明中，所述不饱和树脂的含量为85～120质量份，优选为90～110质量份。

本发明中，所述丙烯酸基活性单体优选为官能度为2～3的单体，若官能度过高，则稀释能力差、无法有效降低体系粘度，难以施工；且成膜性较差，导致漆膜较脆，甚至漆膜直接粉化、开裂，附着力大幅降低、韧性变差；若官能度过低，则漆膜较软，降低了漆膜的硬度及耐磨性，且活性单体易挥发，不安全环保。本发明中，更优选的，所述丙烯酸基活性单体选自季戊四醇三丙烯酸酯、三羟基丙烷三丙烯酸酯、1,6-己二醇二丙烯酸酯、二缩三丙二醇二丙烯酸酯和三缩丙二醇双丙烯酸酯中的一种或几种。

本发明中，以不饱和树脂含量85～120质量份为基准，所述丙烯酸基活性单体的含量为20～80质量份，优选为30～65质量份。

本发明中，所述蓖麻油多元醇优选为官能度≥2的蓖麻油多元醇，若官能度过低，则无法有效增韧不饱和树脂，漆膜强度也难以得到有效改善，漆膜的附着力及韧性均无法得到明显提升。本发明中，更优选的，所述蓖麻油多元醇的官能度为2～4，若官能度过高，则反应难以控制，容易导致交联而凝胶，且由于过高的交联度而导致漆膜变脆，韧性较差。本发明中，进一步优选的，所述蓖麻油多元醇选自Polycin GR-50、Polycin GR-80、URIC H-420、URIC H-1262和URIC AC-006中的一种或几种。本发明对所述蓖麻油多元醇的来源没有特殊限制，为一般市售品即可，如Polycin GR-50和Polycin GR-80由美国特种产品集团提供，URIC H-420、URIC H-1262和URIC AC-006由日本伊藤制油株式会社提供。

本发明中，以不饱和树脂含量85～120质量份为基准，所述蓖麻油多元醇的含量为5～15质量份，优选为8～12质量份。

本发明中，所述二异氰酸酯优选为异佛尔酮二异氰酸酯、己二异氰酸酯、甲基环己基二异氰酸酯、二环己基甲烷二异氰酸酯和甲苯二异氰酸酯中的一种或几种。本发明中，以不饱和树脂含量85～120质量份为基准，所述二异氰酸酯的含量为2～7质量份。

本发明中，所述光引发剂的种类没有特殊限制，为本领域技术人员熟知的引发剂即可，为提高本发明涂料体系的引发效率、促进光固化反应，所述光引发剂优选为Irfacure184、Darocure 1173、Irfacure 2959和Irfacure 819中的一种或几种。本发明中，以不饱和树脂含量85～120质量份为基准，所述光引发剂的含量为3.5～4.5份。

本发明中，所述消泡剂的种类没有特殊限制，为本领域技术人员熟知的消泡剂即可，为提高本发明整体涂料体系的均匀性，所述消泡剂优选为BYK-065、BYK-066、BYK-070、BYK-088、BYK-141、BYK-020和BYK-080中的一种或几种。本发明中，以不饱和树脂含量85～120质量份为基准，所述消泡剂的含量为0.3～0.8份。

本发明中，所述流平剂的种类没有特殊限制，为本领域技术人员熟知的流平剂即可，为提高本发明涂料成膜的光滑性及均匀性，所述流平剂优选为BYK-354、BYK-355、BYK-361、BYK-380、BYK-381和BYK-390中的一种或几种。本发明中，以不饱和树脂含量85～120质量份为基准，所述流平剂的含量为0.15～0.5份。

本发明还提供了一种上述技术方案中所述的光固化耐磨涂料的制备方法，包括：将不饱和树脂、丙烯酸基活性单体、蓖麻油多元醇、二异氰酸酯、消泡剂、流平剂和光引发剂混合，得到光固化耐磨涂料。

其中，上述各种原料的种类、用量及来源等均与上述技术方案中所述一致，在此不再一一赘述。

本发明中，所述混合的温度优选为20～30℃，若温度过高，则会使丙烯酸基活性单体挥发，导致体系组分发生变化，且使丙烯酸基活性单体有聚合风险；若温度过低，则易导致组分混合不均，使漆膜发生耐磨性偏差，有些区域耐磨性好、有些区域耐磨性差。

本发明中，所述混合的顺序优选如下：

a)将不饱和树脂、丙烯酸基活性单体和蓖麻油多元醇混合，得到基料；

b)将所述基料与二异氰酸酯、消泡剂、流平剂和光引发剂混合，得到光固化耐磨涂料。

其中，所述步骤a)中，混合优选在高速搅拌下进行，所述搅拌的速度优选为800～1200rpm，搅拌的时间优选为30～45min。所述步骤b)中，混合优选在高速搅拌下进行，所述搅拌的速度优选为1500～2000rpm，搅拌的时间优选为10～15min。在所述混合后，得到光固化耐磨涂料。

本发明中，所述光固化耐磨涂料的光固化处理的方式没有特殊限制，按照本领域技术人员熟知的常规光固化处理进行即可。如将光固化耐磨涂料涂覆于基片上后，进行紫外光固化处理。本发明中，所述涂覆的厚度没有特殊限制，为本领域常用漆膜厚度即可，在一些实施例中，涂覆厚度为35～40微米。所述光固化处理中的紫外光能量没有特殊限制，为常规紫外光固化条件即可，在一些实施例中，所述紫外光能量为200～280mJ/cm²。在紫外光固化处理后，优选还进行热活化，所述热活化的温度优选为30～50℃，热活化的时间优选为3～5min。经上述处理，在基片表面形成漆膜。

为了进一步理解本发明，下面结合实施例对本发明优选实施方案进行描述，但是应当理解，这些描述只是为进一步说明本发明的特征和优点，而不是对本发明权利要求的限制。

实施例1

室温下，将85g的3官能度聚氨酯丙烯酸酯、20g的2官能度丙烯酸基活性单体季戊四醇三丙烯酸酯、5g蓖麻油多元醇Polycin GR-50(官能度2.2)加入到高速分散罐中进行分散，搅拌速度为800rpm，搅拌30min；然后，加入2g异佛尔酮二异氰酸酯、0.3g消泡剂BYK-065、0.15g流平剂BYK-354和3.5g光引发剂Irfacure 184，继续搅拌，搅拌速度为1500rpm，搅拌10min，出料，得到光固化涂料，记为UV1涂料。

实施例2

室温下，将120g的6官能度的聚氨酯丙烯酸酯、80g的3官能度丙烯酸活性单体二缩三丙二醇二丙烯酸酯、15g蓖麻油多元醇Polycin GR-80(官能度2.4)加入到高速分散罐中进行分散，搅拌速度为1200rpm，搅拌45min；然后，加入7g己二异氰酸酯、0.8g消泡剂BYK-066、0.5g流平剂BYK-355和4.5g的光引发剂Darocure 1173，继续搅拌，搅拌速度为2000rpm，搅拌15min，出料，得到光固化涂料，记为UV2涂料。

实施例3

室温下，将100g的4官能度聚氨酯丙烯酸酯、60g的3官能度丙烯酸活性单体三羟基丙烷三丙烯酸酯、10g蓖麻油多元醇URIC H-420(官能度3)加入到高速分散罐中进行分散，搅拌速度为1000rpm，搅拌35min；然后，加入5g甲基环己基二异氰酸酯、0.6g消泡剂BYK-070、0.3g流平剂BYK-361和4g光引发剂Irfacure 2959，继续搅拌，搅拌速度为1800rpm，搅拌12min，出料，得到光固化涂料，记为UV3涂料。

实施例4

室温下，将110g的5官能度聚酯丙烯酸酯、55g的2官能度丙烯酸活性单体1,6-己二醇二丙烯酸酯、9g蓖麻油多元醇URIC H-1262(官能度3)加入到高速分散罐中进行分散，搅拌速度为1100rpm，搅拌40min；然后，加入4g二环己基甲烷二异氰酸酯、0.6g消泡剂BYK-141、0.4g流平剂BYK-380和3.8g的光引发剂Irfacure 819，继续搅拌，搅拌速度为1500rpm，搅拌13min，出料，得到光固化涂料，记为UV4涂料。

实施例5

室温下，将108g的6官能度聚醚丙烯酸酯、70g的3官能度丙烯酸活性单体三缩丙二醇双丙烯酸酯、12g蓖麻油多元醇Polycin GR-80(官能度2.4)加入到高速分散罐中进行分散，搅拌速度为1000rpm，搅拌35min；然后，加入6g甲苯二异氰酸酯、0.5g消泡剂BYK-020、0.45g流平剂BYK-390和4.2g的光引发剂Darocure 1173，继续搅拌，搅拌速度为2000rpm，搅拌10min，出料，得到光固化涂料，记为UV5涂料。

实施例6

室温下，将90g的6官能度聚醚丙烯酸酯、65g的3官能度丙烯酸活性单体三缩丙二醇双丙烯酸酯、7g蓖麻油多元醇URIC AC-006(官能度3)加入到高速分散罐中进行分散，搅拌速度为1000rpm，搅拌35min；然后，加入6g甲苯二异氰酸酯、0.5g消泡剂BYK-080、0.45g流平剂BYK-381和4.2g的光引发剂Darocure 184，继续搅拌，搅拌速度为2000rpm，搅拌10min，出料，得到光固化涂料，记为UV6涂料。

实施例7

分别将实施例1～6制得的涂料涂覆在PVC片上，涂覆厚度为38微米，经紫外光能量250mJ/cm²的紫外光固化，之后，再于60℃下热活化3min，将得到的漆膜室温放置24小时后，进行性能测试。

各项性能测试的结果参见表1：

表1实施例1～6所得光固化涂料的漆膜性能

检测项目	UV1	UV2	UV3	UV4	UV5	UV6	检测方法
								百圈磨耗，mg	0.15	0.05	0.08	0.1	0.15	0.07	GB/T 15036.2-2009
硬度，H	2	4	3	2	3	2	GB/T 6739-1996
								柔韧性，mm	2	1	2	1	2	1	GB/T 1731-1993
附着力，级	0	1	0	0	0	0	GB/T 9286-1998
								透光率下降，％	2	1	1.8	2	1.5	1	GB/T 2410-2008

注：表1中，透光率下降值是指(PVC片自身的透光率-PVC片涂覆实施例漆膜后的透光率)/PVC片自身的透光率。

由表1测试结果可以看出，本发明提供的光固化耐磨涂料在具有高耐磨性及硬度的同时，还兼具优异的韧性、附着力，且透光率无明显降低、能够保持良好的透明度。

以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (10)

1.一种光固化耐磨涂料，其特征在于，以质量份计，包括以下组分：

2.根据权利要求1所述的光固化耐磨涂料，其特征在于，所述蓖麻油多元醇的官能度≥2。

3.根据权利要求2所述的光固化耐磨涂料，其特征在于，所述蓖麻油多元醇的官能度为2～4。

4.根据权利要求1所述的光固化耐磨涂料，其特征在于，所述不饱和树脂的官能度为3～6。

5.根据权利要求1或4所述的光固化涂料，特征在于，所述不饱和树脂选自聚氨酯丙烯酸酯、聚醚丙烯酸酯和聚酯丙烯酸酯中的一种或几种。

6.根据权利要求1所述的光固化耐磨涂料，其特征在于，所述丙烯酸基活性单体的官能度为2～3。

7.根据权利要求1或6所述的光固化耐磨涂料，其特征在于，所述丙烯酸基活性单体选自季戊四醇三丙烯酸酯、三羟基丙烷三丙烯酸酯、1,6-己二醇二丙烯酸酯、二缩三丙二醇二丙烯酸酯和三缩丙二醇双丙烯酸酯中的一种或几种。

8.根据权利要求1所述的光固化耐磨涂料，其特征在于，所述二异氰酸酯选自异佛尔酮二异氰酸酯、己二异氰酸酯、甲基环己基二异氰酸酯、二环己基甲烷二异氰酸酯和甲苯二异氰酸酯中的一种或几种；

所述光引发剂选自Irfacure 184、Darocure 1173、Irfacure 2959和Irfacure 819中的一种或几种。

9.根据权利要求1所述的光固化耐磨涂料，其特征在于，所述流平剂选自BYK-354、BYK-355、BYK-361、BYK-380、BYK-381和BYK-390中的一种或几种；

所述消泡剂选自BYK-065、BYK-066、BYK-070、BYK-088、BYK-141、BYK-020和BYK-080中的一种或几种。

10.一种权利要求1～9中任一项所述的光固化耐磨涂料的制备方法，其特征在于，包括：

将不饱和树脂、丙烯酸基活性单体、蓖麻油多元醇、二异氰酸酯、消泡剂、流平剂和光引发剂混合，得到光固化耐磨涂料。