CN110317482A - 用于金属防腐的光固化组合物、其应用及金属表面腐蚀防护处理的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种用于金属防腐的光固化组合物、其应用及金属表面腐蚀防护处理的方法。该光固化组合物包括氧杂环丁烷类化合物、含环氧乙烷结构的化合物、丙烯酸酯类化合物、阳离子型光引发剂及自由基型光引发剂。本发明提供的用于金属表面腐蚀防护处理的光固化组合物具有主体组分种类可选择性较多、储存稳定性较高、对紫外光源具有较佳相应、固化过程零VOC排放等优点。且固化后的涂层在附着力、硬度、耐冷热循环、耐温性、耐水煮性、耐酸/碱/盐性、耐汽油性等方面表现较为优异,具有较强的市场竞争力,适宜规模化推广应用。
Description
技术领域
本发明涉及金属防腐技术领域,具体而言,涉及一种用于金属防腐的光固化组合物、其应用及金属表面腐蚀防护处理的方法。
背景技术
现有技术中,金属防腐涂料主要采用溶剂型组分体系,该体系后期固化过程存在VOC释放量大的问题,容易带来雾霾等严重环境问题。随着人们环保意识的提高,环保型光固化涂料的开发和应用得到了越来越多的关注。
现有环保型光固化涂料的固化主要使用汞灯紫外光源和UVLED灯,适用于上述固化条件的金属防腐涂料主要成分是光引发剂、单体和树脂。示例性地,中国专利201080031482.7公开了一种在金属基材表面并且特别是螺纹接头表面的防腐光固化组合物涂层,包括光固化性甲基丙烯酸树脂、单官能甲基丙烯酸树脂单体和二官能甲基丙烯酸树脂单体、多官能甲基丙烯酸树脂单体、光引发剂等。上述光固化涂料主要存在以下缺陷:主体组分可选择性较少、组合物整体对紫外光响应效果较差、后期涂膜防腐性能较弱等问题。
针对于以上问题,开发一种非溶剂型、对紫外光光源的吸收能力较好、各项性能优异的用于金属表面防腐的光固化组合物是本领域技术人员要研究的技术问题。
发明内容
本发明的主要目的在于提供一种用于金属防腐的光固化组合物、其应用及金属表面腐蚀防护处理的方法,以解决现有技术中的光固化涂料光固化性能不足的技术问题。
为了实现上述目的,根据本发明的一个方面,提供了一种用于金属防腐的光固化组合物,其包括氧杂环丁烷类化合物、含环氧乙烷结构的化合物、丙烯酸酯类化合物、阳离子型光引发剂及自由基型光引发剂。
根据本发明的另一方面,提供了上述光固化组合物在金属表面腐蚀防护处理中的应用。
根据本发明的另一方面,提供了金属表面腐蚀防护处理的方法,其包括以下步骤:将上述光固化组合物涂布在金属基材的表面;使光固化组合物进行光固化反应,形成保护层。
本发明提供了一种用于金属表面腐蚀防护处理的光固化组合物,其包括氧杂环丁烷类化合物、含环氧乙烷结构的化合物、丙烯酸酯类化合物、阳离子型光引发剂及自由基型光引发剂。本发明提供的用于金属表面腐蚀防护处理的光固化组合物具有主体组分种类可选择性较多、储存稳定性较高、对紫外光源具有较佳相应、固化过程零VOC排放等优点。且固化后的涂层在附着力、硬度、耐冷热循环、耐温性、耐水煮性、耐酸/碱/盐性、耐汽油性等方面表现较为优异,具有较强的市场竞争力,适宜规模化推广应用。
具体实施方式
需要说明的是,在不冲突的情况下,本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将结合实施例来详细说明本发明。以下结合具体实施例对本申请作进一步详细描述,这些实施例不能理解为限制本申请所要求保护的范围。
正如背景技术部分所描述的,现有技术中的光固化涂料存在光固化性能不足的问题。为了解决这一问题,本发明提供了一种用于金属表面腐蚀防护处理的光固化组合物,其包括氧杂环丁烷类化合物、含环氧乙烷结构的化合物、丙烯酸酯类化合物、阳离子型光引发剂及自由基型光引发剂。该光固化组合物对200~450nm波长范围的紫外光光源具有较佳响应,光固化性能较好,固化后的涂层满足金属表面腐蚀防护处理的性能要求。此外,该光固化组合物还具有主体组分种类可选择性较多、储存稳定性较高、固化过程零VOC排放等优点。且固化后的涂层在附着力、硬度、耐冷热循环、耐温性、耐水煮性、耐酸/碱/盐性、耐汽油性等方面表现较为优异,具有较强的市场竞争力,适宜规模化推广应用。
以下对各组分进行说明:本发明提供的下述化合物举例可以通过现有制备方法制备,不再赘述。
<氧杂环丁烷类化合物>
在一种优选的实施方式中,氧杂环丁烷类化合物具有通式I所示结构:
式I中,R1表示甲基或乙基,R2和R3各自独立地表示C1~C20的直链或支链的烷基、C3~C20的含有环状的烷基、C2~C20的链烯基或C6~C40的芳基,其中C6~C40的芳基中的芳基可任选地被一个或多个烷基、烷氧基、烷硫基、酰基或酯基取代,C1~C20的直链或支链的烷基、C3~C20的含有环状的烷基及C6~C40的芳基中的-CH2-可任选地被-O-或者所取代,且两个-O-不直接相连;n为1~8的整数。示例性地,氧杂环丁烷类化合物为以下化合物中的一种或多种:
在另一种优选的实施方式中,氧杂环丁烷类化合物为以下化合物中的一种或多种:
在另一种优选的实施方式中,氧杂环丁烷类化合物可以为市售产品,比如由常州强力电子新材料股份有限公司生产的商品名为TCM102-1、TCM105、TCM201、TCM202、TCM203EO、TCM204、TCM205EO、TCM206EO、TCM207ME、TCM208、TCM210、TCM211、TCM212、TCM213、TCM215、TCM218、TCM401、TCM402、TCM403、TCM404、TCM405、TCM406及TCM407的产品中的一种或多种。
相较于其他类型的氧杂环丁烷类化合物,使用本发明提供的上述氧杂环丁烷类化合物,对于光固化组合物的性能具有更好的提高作用。
<含环氧乙烷结构的化合物>
本发明上述的含环氧乙烷结构的化合物没有特殊限制,可使用光固化领域常用的含环氧乙烷结构的化合物。在一种优选的实施方式中,含环氧乙烷结构的化合物为通过含羟基化合物与环氧氯丙烷反应得到的产物。相较于其他类型,本发明采用通过含羟基化合物与环氧氯丙烷反应得到的产物作为含环氧乙烷结构的化合物,组合物具有更好的固化性能和固化后涂层的综合性能。优选地,含羟基化合物选自二酚、酚醛树脂及多元酚中的一种或多种;优选地,二酚选自双酚A、双酚F、双酚AD、四甲基双酚A及四甲基双酚F中的一种或多种;优选地,酚醛树脂选自苯酚酚醛树脂、甲酚酚醛树脂、乙酚酚醛树脂、丙基酚酚醛树脂、丁基酚酚醛树脂、戊基酚酚醛树脂、辛基酚酚醛树脂及壬基酚酚醛树脂中的一种或多种;优选地,多元酚选自儿茶酚、间苯二酚、三羟基联苯、二羟基二苯甲酮、双间苯二酚、氢醌、三(羟苯基)甲烷及四(羟苯基)乙烷中的一种或多种。
在一种优选的实施方式中,含环氧乙烷结构的化合物包括但不限于以下化合物中的一种或多种:
<丙烯酸酯类化合物>
上述丙烯酸酯类化合物可以采用本领域常用的类型,在一种优选的实施方式中,丙烯酸酯类化合物选自(甲基)丙烯酸酯类化合物,优选(甲基)丙烯酸酯类化合物选自(甲基)丙烯酸烷基酯、(甲基)丙烯酸羟基酯、三元以上多元醇的(甲基)丙烯酸酯或其二羧酸改性物、环氧丙烯酸酯、聚氨酯丙烯酸酯及聚酯丙烯酸酯中的一种或多种。相较于其他类型的丙烯酸酯,这几种(甲基)丙烯酸酯类化合物具有更好的固化速度,且固化后涂层的力学性能等更佳。
示例性地,上述环氧丙烯酸酯可用环氧值为0.45~0.54的双酚A环氧树脂和甲基丙烯酸按等当量比例混合,在催化剂存在条件下加热反应制得;上述聚氨酯丙烯酸酯可用分子量为450~900的聚酯二元醇或分子量为800~1800的聚醚二元醇,与一种或两种二异氰酸酯以1:2的当量比反应生成两端为异氰酸酯基团的化合物,再将这种化合物与带羟基基团的含烯不饱和双键的化合物以等当量反应制得。
更优选地,丙烯酸酯类化合物为含有氧杂环丁烷基团的(甲基)丙烯酸酯类化合物,进一步优选含有氧杂环丁烷基团的(甲基)丙烯酸酯类化合物选自3-乙基-3-羟甲基氧杂环丁烷(甲基)丙烯酸酯、常州强力电子新材料股份有限公司生产的THM系列产品(THM201、THM202、THM203、THM204、THM205、THM206、THM207、THM301、THM403、THM401、THM404、THM406、THM407、THM408、THM601)及E201(80wt%标准双酚A环氧丙烯酸酯与20wt%TPGDA混合物)中的一种或多种。
另外,丙烯酸酯类化合物还可以选自专利201610550205.6中公开的那些同时含有上述两类基团的氧杂环丁烷类化合物。
<阳离子型光引发剂>
在一种优选的实施方式中,阳离子型光引发剂还可以包括但不限于碘鎓盐、硫鎓盐及芳基茂铁盐中的一种或多种。比如:(4-甲基苯基)(4’-(2’-甲基丙基)苯基)碘鎓六氟磷酸盐、双(4-甲基苯基)碘鎓六氟磷酸盐、双(十二烷基苯基)碘鎓六氟磷酸盐、双(4-己基苯基)碘鎓六氟锑酸盐、双(4-己基苯基)碘鎓六氟磷酸盐、(4-己基苯基)苯基碘鎓六氟锑酸盐;(4-己基苯基)苯基碘鎓六氟磷酸盐、双(4-辛基苯基)碘鎓六氟锑酸盐、(4-仲丁基苯基)-(4’-甲基苯基)碘鎓六氟磷酸盐、(4-异丙基苯基)-(4’-甲基苯基)碘鎓六氟磷酸盐、[4-(2-羟基十四烷氧基)苯基〕苯基碘鎓六氟锑酸盐、[4-(2-羟基十二烷氧基)苯基]苯基碘鎓六氟锑酸盐、双(4-辛基苯基)碘鎓六氟磷酸盐、(4-辛基苯基)苯基碘鎓六氟锑酸盐、(4-辛基苯基)苯基碘鎓六氟磷酸盐、双(4-癸基苯基)碘鎓六氟锑酸盐、双(4-癸基苯基)碘鎓六氟磷酸盐、(4-癸基苯基)苯基碘鎓六氟锑酸盐、(4-癸基苯基)苯基碘鎓六氟磷酸盐、(4-辛氧基苯基)苯基碘鎓六氟锑酸盐、(4-辛氧基苯基)苯基碘鎓六氟磷酸盐、(2-羟基十二烷氧基苯基)苯基碘鎓六氟锑酸盐、(2-羟基十二烷氧基苯基)苯基碘鎓六氟磷酸盐、双(4-己基苯基)碘鎓四氟硼酸盐、(4-己基苯基)苯基碘鎓四氟硼酸盐、双(4-辛基苯基)四氟硼酸盐、(4-辛基苯基)苯基碘鎓四氟硼酸盐、双(4-癸基苯基)碘鎓四氟硼酸盐、双(4-(混合的C4-C8-烷基)苯基)碘鎓六氟锑酸盐、(4-癸基苯基)苯基碘鎓四氟硼酸盐、(4-辛氧基苯基)苯基碘鎓四氟硼酸盐、(2-羟基十二烷氧基苯基)苯基碘鎓四氟硼酸盐、联苯撑碘鎓四氟硼酸盐、联苯撑碘鎓六氟磷酸盐、联苯撑碘鎓六氟锑酸盐。
或者,阳离子型光引发剂包括但不限于以下化合物中的一种或多种:
或者,阳离子型光引发剂选自Gencure 440、Gencure 550、常州强力电子新材料股份有限公司生产的PAG系列产品,如PAG20001、PAG20002、PAG30201、PAG30101,和德国BASF公司生产的Irgacure250、Irgacure270及Irgacure290中的一种或多种;
或者,阳离子型光引发剂为Al[OC(CF3)3]4-、X-、ClO4 -、HSO4 -、CF3COO-、(BX4)-、(SbX6)-、(AsX6)-、(PX6)-、磺酸根离子、B(C6X5)4 -或[(Rf)bPF6 -b]-替代碘鎓盐、硫鎓盐或芳基茂铁盐中负离子形成的化合物,其中,Al[OC(CF3)3]4-结构式为X为F或Cl,Rf表示≥80%的氢原子被氟原子取代的烷基,b表示1~5的整数,且b个Rf基团相同或互不相同。
相较于其他阳离子型光引发剂,本发明选用以上类型的阳离子型的光引发剂能够进一步提高其对于紫外光的响应,从而进一步提高了组合物的光固化性能。
<自由基型光引发剂>
在一种优选的实施方式中,自由基型光引发剂选自二烷氧基苯乙酮类、α-羟烷基苯酮类、α-胺烷基苯酮类、酰基膦氧化物、二苯甲酮类、苯偶酰类、苯偶姻类、杂环芳酮类及肟酯类自由基光引发剂中的一种或多种;优选地,所述自由基型光引发剂选自德国BASF公司生产的Irgacure184、IrgacureTPO、IrgacureBP、Irgacure1173、Irgacure907、Irgacure369、IrgacureITX、IrgacureDETX及Irgacure819中的一种或多种。相较于其他类型的光引发剂,本发明采用上述几种与阳离子型光引发剂和其他几种组分配合,更能够进一步提高光固化组合物的紫外光光源的吸收能力,固化效果更好。
对于光固化组合物中各成分的用量,优选地,按重量百分比计,光固化组合物包括5~80%的氧杂环丁烷类化合物、1~60%的含环氧乙烷结构的化合物、1~50%的丙烯酸酯类化合物、0.1~10%的阳离子型光引发剂及0.1~10%的自由基型光引发剂。更优选地,按重量百分比计,光固化组合物包括20~60%的氧杂环丁烷类化合物、10~60%的含环氧乙烷结构的化合物、10~40%的丙烯酸酯类化合物、2~5%的阳离子型光引发剂及1~4%的自由基型光引发剂。通过组分之间的配比优化,也可以提高光固化组合物的感光波长范围,从而进一步提高其光固化性能。
根据不同的金属基材,可以选择上述成分的具体类型,优选地:
当作为铝基材表面腐蚀防护处理的光固化组合物时,上述氧杂环丁烷类化合物选自前述化合物A1、A7、A9、A12、A15中的一种或多种,含环氧乙烷结构的化合物选自前述化合物B1、B8和/或B6,丙烯酸酯类化合物选自THM401、THM404、THM402、采用环氧值为0.48的双酚A环氧树脂和甲基丙烯酸按照等当量比混合,在季铵盐存在条件下,加热反应制得的环氧丙烯酸酯中的一种或多种,阳离子型光引发剂选自PAG20001和/或PAG30101、自由基型光引发剂选自Irgacure907和/或Irgacure184;
当作为铁基材表面腐蚀防护处理的光固化组合物时,上述氧杂环丁烷类化合物选自前述化合物A7、A12、A16、A17、A18中的一种或多种,含环氧乙烷结构的化合物选自前述化合物B2、B3、B11中的一种或多种,丙烯酸酯类化合物选自THM401、THM402、THM403、采用环氧值为0.54的双酚A环氧树脂和甲基丙烯酸按照等当量比混合,在季铵盐存在条件下,加热反应制得的环氧丙烯酸酯中的一种或多种,阳离子型光引发剂选自PAG20002和/或PAG30201,自由基型光引发剂选自Irgacure TPO和/或Irgacure1173;
当作为铜基材表面腐蚀防护处理的光固化组合物时,上述氧杂环丁烷类化合物选自前述化合物A7、A12、A19、A20、A21中的一种或多种,含环氧乙烷结构的化合物选自前述化合物B4、B7、B10中的一种或多种,丙烯酸酯类化合物选自THM403、THM404、THM406、采用环氧值为0.45的双酚A环氧树脂和甲基丙烯酸按照等当量比混合,在季铵盐存在条件下,加热反应制得的环氧丙烯酸酯中的一种或多种,阳离子型光引发剂选自PAG20001和/或PAG30201,自由基型光引发剂选自Irgacure 369和/或Irgacure DETX。
除了以上组分,本发明提供的光固化组合物中还可以根据产品在不同领域的应用需要,可选择性地添加本领域中常用的有机和/或无机助剂。在一种优选的实施方式中,光固化组合物还包括助剂,优选助剂选自稳定剂、粘度调节剂、热塑性树脂、含羟基化合物、改性剂、消泡剂、阻燃剂、增感剂、香料、除臭剂、抗氧化剂、颜料、填料、染料、流平剂、阻聚剂、分散剂、固化剂或表面活性剂中的一种或多种。当然,在不对组合物应用效果产生负面影响的前提下,组合物中也可加入其它功能助剂。
示例性地,上述光固化组合物可选择性地添加以防止使用过程中粘度上升的稳定剂,包括丁羟甲苯(BHT)、2,6-二叔丁基-4-羟基甲苯、位阻胺(如苄基二甲胺)或硼络合物等,优选稳定剂的添加量为氧杂环丁烷类化合物、含环氧乙烷结构的化合物、丙烯酸酯类化合物、阳离子型光引发剂及自由基型光引发剂五类组分的重量添加量之和的0~0.10倍,更优选0.005~0.06倍。
为了进一步提高光固化组合物的感光度,或使组合物在长波长光源下更好地固化,特别是进一步提高其在UVLED灯源下的光固化性能,优选在组合物中加入增感剂。
优选地,增感剂选自以下化合物中的一种或多种: 或者,增感剂选自硫杂蒽酮类化合物、氧杂蒽酮类化合物、吖啶类化合物、蒽类化合物及香豆素类化合物中的一种或多种;优选蒽类化合物和硫杂蒽酮类化合物,如:天津久日新材料生产的JRCure-1105(ITX)、JRCure-1106(DETX);常州强力电子新材料生产的PSS303、PSS510、PSS513、PSS515、PSS519等。
增感剂的重量添加量优选为氧杂环丁烷类化合物、含环氧乙烷结构的化合物、丙烯酸酯类化合物、阳离子型光引发剂及自由基型光引发剂五类组分的重量添加量之和的的0~0.1倍,更优选0.005~0.06倍。
在一种优选的实施方式中,上述光固化组合物可选择性地添加无机或有机纳米级填料,填料对紫外光具有低的入射光线的折射或反射倾向,不妨碍组合物聚合,纳米级填料粒径为1~400nm。示例性地,填料可包括:云母、二氧化硅、碳酸钙、硫酸钡、滑石粉、氧化铁、玻璃纤维、石棉、硅藻土、白云石、粉末状金属(锌粉等)、钛白粉、纸浆粉末、高岭土、陶瓷、热塑性塑料、芳族聚酰胺、凯夫拉、尼龙、交联聚苯乙烯、交联的聚甲基丙烯酸甲酯、交联的聚苯乙烯粉末、聚丙烯、交联的酚醛树脂粉末、交联的聚酯树脂粉末、交联的密胺树脂粉末或交联的环氧树脂粉末中的一种或多种的混合物。上述填料都可任选地用偶联剂进行表面处理,偶联剂包括:甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷、β-(3,4-环氧基环己基)乙基三甲氧基硅烷、γ-缩水甘油氧基丙基三甲氧基硅烷或甲基三乙氧基硅烷中的一种两种或多种的复合物,所述纳米填料的添加量为氧杂环丁烷类化合物、含环氧乙烷结构的化合物、丙烯酸酯类化合物、阳离子型光引发剂及自由基型光引发剂五类组分的重量添加量之和的0~0.50倍,优选0.005~0.40倍。
在一种优选的实施方式中,上述流平剂包括但不限于聚二甲基硅氧烷、聚醚改性的聚硅氧烷、反应性有机硅、聚丙烯酸酯、德固赛公司的TEGO110、TEGO420、TEGO2300、毕克化学的BYK-358N、BYK-340、BYK-371、BYK-307、BYK-333、BYK-361N中的至少一种。流平剂的重量添加量为氧杂环丁烷类化合物、含环氧乙烷结构的化合物、丙烯酸酯类化合物、阳离子型光引发剂及自由基型光引发剂五类组分的重量添加量之和的0~0.1倍,优选0.005~0.06倍。
本发明的用于金属防腐的光固化组合物可由光固化领域的常规方法制备而成。例如,将原料在避光或非活性光源(即,不会引发光固化反应的光源,黄色或红色安全灯)下且在20~50℃条件下搅拌均匀即可。
根据本发明的另一方面,还提供了上述光固化组合物在家电面板、空调叶片、风轮叶片、泵体、钢管钢材、印制铁罐、易拉罐、金属装饰板、黄铜、紫铜、镜面铜或铜合金金属表面腐蚀防护处理中的应用。该光固化组合物对200~450nm波长范围的紫外光光源具有较佳响应,光固化性能较好,固化后的涂层满足金属表面腐蚀防护处理的性能要求。此外,该光固化组合物还具有主体组分种类可选择性较多、储存稳定性较高、固化过程零VOC排放等优点。且固化后的涂层在附着力、硬度、耐冷热循环、耐温性、耐水煮性、耐酸/碱/盐性、耐汽油性等方面表现较为优异,具有较强的市场竞争力,适宜规模化推广应用。
根据本发明的另一方面,还提供了一种金属表面腐蚀防护处理的方法,其以下步骤:将上述光固化组合物涂布在金属基材的表面;使光固化组合物进行光固化反应,形成保护层。上述光固化组合物适用于金属防腐,特别是铝基材、铁基材、铜基材等金属表面的防腐。应用中,本发明的光固化组合物对光引发光源形式没有特别限制,适用光源包括(但不限于)汞灯、卤灯、无极灯、LED灯、激光等,优选为汞灯紫外灯和UVLED灯。
以下结合实施例进一步说明本发明的技术效果:
实施例1至8
实施例1至8中分别提供了应用于铝基材表面腐蚀防护处理的光固化组合物,不同实施例的组合物具有如下表1配方组分:
表1
所述C1为采用环氧值为0.48的双酚A环氧树脂和甲基丙烯酸(如由上海兴萌化工提供)按照等当量比混合,在季铵盐存在条件下,加热反应制得的环氧丙烯酸酯;D1为结构式的化合物。
按照表1所示配方,配制上述实施例1至8的光固化组合物,如无特别说明,实施例所示A、B、C、D、E的添加量为质量百分含量,A+B+C+D+E=100,其余组分的添加量为A+B+C+D+E添加量之和的重量倍数。将上述组分配方按照A、B、C的顺序依次加入反应器中搅拌均匀,再加入D、E、助剂(增感剂、流平剂、消泡剂),混合均匀即得本实施例的应用于铝基材表面防腐的光固化组合物,避光保存。下面分别对实施例各光固化组合物及测试基板(本发明的组合物在基材表面固化后)进行性能检测,包含测定涂层的附着力、硬度、耐冷热循环、耐温性、耐水煮性、耐酸/碱/盐性、耐汽油性及组合物的储存稳定性。下述金属铝板符合GB3880.1-2006,具体如下:
(1)附着力测试
以上表面经过打磨(参照GB/T9271-2008)后的金属铝板作为基材,将上述混合均匀的组合物用20μm线棒在基材上表面单次涂覆成膜,在25℃、相对湿度50%条件下分别经过波长范围200~450nm的汞灯紫外光源(以光强100mJ/cm2曝光1次)和波长385nm的UVLED履带式光源进行曝光(以光强100mJ/cm2曝光3次),固化后在室温下放置24h后进行性能测试。在温度23℃、相对湿度50%条件下对固化完全的固化膜进行测试,参照GB/T9286-1998中规定的漆膜划格试验方法,采用QFH漆膜划格仪将固化涂膜手工切割为百格,将3M透明测试胶带粘在划好的不同方向的百格上,施力使胶带牢固地粘在涂膜面及划格部位,在2min内拿住3M胶带一端,呈60°角度在1s内平稳撕离胶带,汞灯紫外光源和UVLED光源评价结果分别汇总于下表2.1和表2.2。
(2)硬度测试
以上表面经过打磨(参照GB/T9271-2008)后的金属铝板作为基材,将上述混合均匀的组合物用20μm线棒在基材上表面单次涂覆成膜,在25℃、相对湿度50%条件下分别经过波长范围200-450nm的汞灯紫外光源(以光强100mJ/cm2曝光1次)和波长385nm的UVLED履带式光源进行曝光(以光强100mJ/cm2曝光3次),固化后在室温下放置24h后进行性能测试。参照GB/T6739-2006中色漆和清漆铅笔法测定漆膜硬度法进行测定,将铅笔(MITSU-BISHI/UNI测试铅笔)插入试验仪器中并用夹子将其固定,使仪器保持水平,铅笔的尖端放在漆膜表面上,然后以0.5-1mm/s的速度朝离开操作者的方向推动至少10mm的距离,最后用橡皮擦拭涂层表面上的铅笔芯的所有碎屑。对结果进行评价,以未发生破坏时使用的铅笔的最大硬度表示涂层硬度,汞灯紫外光源和UVLED光源评价结果分别汇总于下表2.1和表2.2。
(3)耐冷热循环测试
以上表面经过打磨(参照GB/T9271-2008)后的金属铝板作为基材,将上述混合均匀的组合物用20μm线棒在基材上表面单次涂覆成膜,在25℃、相对湿度50%条件下分别经过波长范围200-450nm的汞灯紫外光源(以光强100mJ/cm2曝光1次)和波长385nm的UVLED履带式光源进行曝光(以光强100mJ/cm2曝光3次),固化后在室温下放置24h后进行性能测试。参照中国涂料工业协会行业标准CNCIA-HG/T0004-2012色漆和清漆漆膜冷热循环测试方法进行测定,冷热循环10次。测试结果采用:○(无变化)、◎(起皱)、×(脱落)三个等级来评价,汞灯紫外光源和UVLED光源评价结果分别汇总于下表2.1和表2.2。
(4)耐温性
以上表面经过打磨(参照GB/T9271-2008)后的金属铝箔(平均厚度为0.2mm,适用于胶带复材、电缆复材、电池复材、瓶盖料等,明泰铝业)作为基材,将上述混合均匀的组合物用25μm线棒在基材上表面单次涂覆成膜,在25℃、相对湿度50%条件下分别经过波长范围200-450nm的汞灯紫外光源(以光强100mJ/cm2曝光1次)和波长385nm的UVLED履带式光源进行曝光(以光强100mJ/cm2曝光3次),固化后在室温下放置24h后进行性能测试。使用热封仪,将有涂膜面对折,在不同温度下进行热封,观察对折样品是否出现黏连,记录涂层耐热最高温度,汞灯紫外光源和UVLED光源评价结果分别汇总于下表2.1和表2.2。
(5)耐水煮性
以上表面经过打磨(参照GB/T9271-2008)后的金属铝板作为基材,将上述混合均匀的组合物用10μm线棒在基材上表面单次涂覆成膜,在25℃、相对湿度50%条件下分别经过波长范围200-450nm的汞灯紫外光源(以光强100mJ/cm2曝光1次)和波长385nm的UVLED履带式光源进行曝光(以光强100mJ/cm2曝光3次),固化后在室温下放置24h后进行性能测试。将上述具有干涂层的铝板的2/3面积浸挂在沸腾的蒸馏水中煮沸保持2h,观察涂层情况,测试结果采用:○(无变化)、◎(少量脱落)、×(大量脱落)三个等级来评价,汞灯紫外光源和UVLED光源评价结果分别汇总于下表2.1和表2.2。
(6)耐酸/碱/盐性测试
以上表面经过打磨(参照GB/T9271-2008)后的金属铝板作为基材,将上述混合均匀的组合物用10μm线棒在基材上表面单次涂覆成膜,在25℃、相对湿度50%条件下分别经过波长范围200-450nm的汞灯紫外光源(以光强100mJ/cm2曝光1次)和波长385nm的UVLED履带式光源进行曝光(以光强100mJ/cm2曝光3次),固化后在室温下放置24h后进行性能测试。在25℃、相对湿度50%条件下分别用10%(质量浓度)NaOH溶液、10%(质量浓度)H2SO4溶液、10%(质量浓度)氯化钠蒸馏水溶液滴到具有上述干涂层的铝板上,24h后观察,测试结果用:○(无变化)、◎(皱皮)、×(脱落)三个等级来评价,汞灯紫外光源和UVLED光源评价结果分别汇总于下表2.1和表2.2。
(7)耐汽油性
采用与耐酸/碱/盐性测试相同涂层基板,参照GB/T1734-93中规定的漆膜耐汽油测试法,测试结果用:○(无变化)、◎(皱皮)、×(脱落)三个等级来评价,汞灯紫外光源和UVLED光源评价结果分别汇总于下表2.1和表2.2。
(8)储存稳定性
参照GB/T6753-1986涂料储存稳定性试验方法,将涂料放置于50℃烘箱,30天后对涂料的粘度进行测定,如粘度显著增大,则表明涂料储存稳定性差,结果显示,本发明的上述实施例的组合物在50℃烘箱、30天后粘度无明显变化。
表2.1
实施例1 | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 |
附着力 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 |
硬度 | 3H | 4H | 4H | 4H | 4H | 4H | 4H | 4H |
耐冷热 | ○ | ○ | ○ | ○ | ○ | ○ | ○ | ○ |
耐温/℃ | 190 | 200 | 210 | 195 | 200 | 210 | 210 | 200 |
耐水煮 | ○ | ○ | ○ | ○ | ○ | ○ | ○ | ○ |
耐碱性 | ○ | ○ | ○ | ○ | ○ | ○ | ○ | ○ |
耐酸性 | ○ | ○ | ○ | ○ | ○ | ○ | ○ | ○ |
耐盐性 | ○ | ○ | ○ | ○ | ○ | ○ | ○ | ○ |
耐汽油 | ○ | ○ | ○ | ○ | ○ | ○ | ○ | ○ |
表2.2
由上述表2.1和2.2的检测结果可以看出,本发明的光固化组合物对波长范围200~450nm的汞灯紫外光源和波长385nm的UVLED光源具有极佳响应(其中表2.2实施例1组合物在本实施例的条件下未完全固化,其性能以×表示,若将表2.2实施例1组合物的固化条件增加“以波长365nm的UVLED履带式光源进行曝光(以光强100mJ/cm2曝光3次),固化后在室温下放置24h后进行性能测试”则该实施例1的组合物可达到与表2.2实施例2组合物同样的性能),光固化性能较好,固化膜层在铝基材表面的各项性能表现较为优异,储存性能较好,根据实际应用情况(成本、涂层厚度、粘度等)需要,组合物中还可加入填料或改性填料等助剂,为提高反应效率,还可采用
PSS510、PSS513或PSS519来替换本实施例1-8中的增感剂,可得到在铝基材表面的各项性能均表现较为优异的固化膜层,从而本发明的光固化组合物可广泛应用于家电面板、空调叶片、风轮叶片、泵体表面等铝基材表面的中长期防腐防护,本发明的组合物可用于上述铝基材表面的一道底涂或面涂,适宜规模化推广应用。
实施例9至16
实施例9至16分别提供了一种应用于铁基材表面腐蚀防护处理的光固化组合物,各实施例的组合物具有如下表3配方组分,其中,缓蚀剂可选自(甲基)苯骈三氮唑、2-羟基膦酸基乙酸、巯基苯骈噻唑、环烷酸咪唑啉中的至少一种,缓蚀剂的重量添加量为A+B+C+D+E添加量之和的0~0.1倍,优选0.003~0.06倍。
表3
上述C2为采用环氧值为0.54的双酚A环氧树脂和甲基丙烯酸(可由上海百舜提供)按照等当量比混合,在季铵盐存在条件下,加热反应制得的环氧丙烯酸酯;BAPO选自cibaspecialty chemical,D2为结构式的化合物。
按照表3所示配方,配制上述实施例的光固化组合物,如无特别说明,实施例所示A、B、C、D、E的添加量为质量百分含量,A+B+C+D+E=100,其余组分的添加量为A+B+C+D+E添加量之和的重量比。将上述组分配方按照A、B、C的顺序依次加入反应器中搅拌均匀,再加入D、E、助剂(增感剂、流平剂、消泡剂、缓蚀剂),混合均匀即得本实施例的应用于铁基材表面防腐的光固化组合物,避光保存。参照实施例1至8的测试方法,将测试用基板替换为马口铁基材(符合GB/T2520-2000),UVLED波长为395nm,分别对实施例9至16制得的涂层进行性能检测,包含测定涂层的附着力、硬度、耐冷热循环、耐温性、耐水煮性、耐酸/碱/盐性、耐汽油性及组合物的储存稳定性,汞灯紫外光源和UVLED光源评价结果分别汇总于下表4.1和4.2。
表4.1
实施例 | 9 | 10 | 11 | 12 | 13 | 14 | 15 | 16 |
附着力 | 1 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 |
硬度 | 3H | 4H | 4H | 4H | 4H | 4H | 4H | 4H |
耐冷热 | ○ | ○ | ○ | ○ | ○ | ○ | ○ | ○ |
耐温/℃ | 190 | 200 | 210 | 195 | 200 | 210 | 200 | 200 |
耐水煮 | ○ | ○ | ○ | ○ | ○ | ○ | ○ | ○ |
耐碱性 | ◎ | ○ | ○ | ○ | ○ | ○ | ○ | ○ |
耐酸性 | ○ | ○ | ○ | ○ | ○ | ○ | ○ | ○ |
耐盐性 | ○ | ○ | ○ | ○ | ○ | ○ | ○ | ○ |
耐汽油 | ○ | ○ | ○ | ○ | ○ | ○ | ○ | ○ |
表4.2
实施例 | 9 | 10 | 11 | 12 | 13 | 14 | 15 | 16 |
附着力 | × | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 |
硬度 | × | 3H | 3H | 3H | 3H | 4H | 4H | 4H |
耐冷热 | × | ○ | ○ | ○ | ○ | ○ | ○ | ○ |
耐温/℃ | × | 200 | 210 | 195 | 200 | 210 | 200 | 200 |
耐水煮 | × | ○ | ○ | ○ | ○ | ○ | ○ | ○ |
耐碱性 | × | ○ | ○ | ○ | ○ | ○ | ○ | ○ |
耐酸性 | × | ○ | ○ | ○ | ○ | ○ | ○ | ○ |
耐盐性 | × | ○ | ○ | ○ | ○ | ○ | ○ | ○ |
耐汽油 | × | ○ | ○ | ○ | ○ | ○ | ○ | ○ |
由上述表4.1和4.2的检测结果可以看出,本发明的光固化组合物对波长范围200~450nm的汞灯紫外光源和波长395nm的UVLED光源具有极佳响应(其中表4.2实施例9组合物在本实施例的条件下未完全固化,其性能以×表示,若将表4.2实施例9组合物的固化条件增加“以波长365nm的UVLED履带式光源进行曝光(以光强100mJ/cm2曝光3次),固化后在室温下放置24h后进行性能测试”则该实施例9的组合物可达到与表4.2实施例10组合物同样的性能),光固化性能较好,固化膜层在铁基材表面的各项性能表现较为优异,储存性能较好,根据实际应用情况(成本、涂层厚度、粘度等)需要,组合物中还可加入填料或改性填料等助剂,为提高反应效率,还可采用PSS515、PSS513或PSS519来替换本实施例9-16中的增感剂,可得到在铁基材表面的各项性能均表现较为优异的固化膜层,从而本发明的光固化组合物可广泛应用于家电面板、空调叶片、风轮叶片、泵体、钢材防锈、印制铁罐、易拉罐加工、金属标牌装饰、金属装饰板制造、钢管涂装等铁基材表面的中长期防腐防护,本发明的组合物可用于上述铁基材表面的一道底涂或面涂,适宜规模化推广应用。
实施例17至24
实施例17至24分别提供了应用于铜基材表面辐射防护处理的光固化组合物,各组合物具有如下表5配方组分,其中,AAEM为甲基丙烯酸乙酰氧基乙酯单体,丙烯酸六氟丁酯为百灵威科技的578598,上述组分的重量添加量为A+B+C+D+E添加量之和的0~0.1倍,优选0.003~0.06倍。
表5
上述C3为采用环氧值为0.45的双酚A环氧树脂和甲基丙烯酸(可由上海百舜提供)按照等当量比混合,在季铵盐存在条件下,加热反应制得的环氧丙烯酸酯。
按照表5所示配方,配制上述实施例的光固化组合物,如无特别说明,实施例所示A、B、C、D、E的添加量为质量百分含量,A+B+C+D+E=100,其余组分的添加量为A+B+C+D+E添加量之和的重量比。将上述组分配方按照A、B、C的顺序依次加入反应器中搅拌均匀,再加入D、E、助剂(增感剂、流平剂、消泡剂、促进剂),混合均匀即得本实施例的应用于铜基材表面防腐的光固化组合物,避光保存。参照实施例1至8的测试方法,将测试用基板替换为铜基材(符合GB/T5096-1985中2.2.2的规定),UVLED波长为385nm,分别对实施例17-24制得的涂层进行性能检测,包含测定涂层的附着力、硬度、耐冷热循环、耐温性、耐水煮性、耐酸/碱/盐性、耐汽油性及组合物的储存稳定性,汞灯紫外光源和UVLED光源评价结果分别汇总于下表6.1和6.2。
表6.1
表6.2
实施例 | 17 | 18 | 19 | 20 | 21 | 22 | 23 | 24 |
附着力 | × | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 |
硬度 | × | 4H | 4H | 4H | 3H | 4H | 4H | 4H |
耐冷热 | × | ○ | ○ | ○ | ○ | ○ | ○ | ○ |
耐温/℃ | × | 200 | 210 | 195 | 200 | 210 | 210 | 200 |
耐水煮 | × | ○ | ○ | ○ | ○ | ○ | ○ | ○ |
耐碱性 | × | ○ | ○ | ○ | ○ | ○ | ○ | ○ |
耐酸性 | × | ○ | ○ | ○ | ○ | ○ | ○ | ○ |
耐盐性 | × | ○ | ○ | ○ | ○ | ○ | ○ | ○ |
耐汽油 | × | ○ | ○ | ○ | ○ | ○ | ○ | ○ |
由上述表6.1和6.2的检测结果可以看出,本发明的光固化组合物对波长范围200~450nm的汞灯紫外光源和波长385nm的UVLED光源具有极佳响应(其中表6.2实施例17组合物在本实施例的条件下未完全固化,其性能以×表示,若将表6.2实施例17组合物的固化条件增加“以波长365nm的UVLED履带式光源进行曝光(以光强100mJ/cm2曝光3次),固化后在室温下放置24h后进行性能测试”则该实施例17的组合物可达到与表6.2实施例18组合物同样的性能),光固化性能较好,固化膜层在铜基材表面的各项性能表现较为优异,储存性能较好,根据实际应用情况(成本、涂层厚度、粘度等)需要,组合物中还可加入填料或改性填料等助剂,为提高反应效率,还可采用 PSS303、PSS513或PSS515来替换本实施例17-24中的增感剂,可得到在铜基材表面的各项性能均表现较为优异的固化膜层,,从而本发明的光固化组合物可广泛应用于家电面板、空调叶片、风轮叶片、泵体、印制金属罐、易拉罐加工、金属标牌装饰、金属装饰板制造、黄铜、紫铜、镜面铜、铜合金等铜基材表面的中长期防腐防护,本发明的组合物可用于上述铜基材表面的一道底涂或面涂,适宜规模化推广应用。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已,并不用于限制本发明,对于本领域的技术人员来说,本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内,所作的任何修改、等同替换、改进等,均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种用于金属防腐的光固化组合物,其特征在于,所述光固化组合物包括氧杂环丁烷类化合物、含环氧乙烷结构的化合物、丙烯酸酯类化合物、阳离子型光引发剂及自由基型光引发剂。
2.根据权利要求1所述的光固化组合物,其特征在于,所述氧杂环丁烷类化合物具有通式I所示结构:
所述式I中,所述R1表示甲基或乙基,所述R2和所述R3各自独立地表示C1~C20的直链或支链的烷基、C3~C20的含有环状的烷基、C2~C20的链烯基或C6~C40的芳基,其中所述C6~C40的芳基中的芳基可任选地被一个或多个烷基、烷氧基、烷硫基、酰基或酯基取代,所述C1~C20的直链或支链的烷基、所述C3~C20的含有环状的烷基及所述C6~C40的芳基中的-CH2-可任选地被-O-或者所取代,O且两个-O-不直接相连;所述n为1~8的整数。
3.根据权利要求2所述的光固化组合物,其特征在于,所述氧杂环丁烷类化合物为以下化合物中的一种或多种:
4.根据权利要求1至3中任一项所述的光固化组合物,其特征在于,所述含环氧乙烷结构的化合物为通过含羟基化合物与环氧氯丙烷反应得到的产物;所述丙烯酸酯类化合物选自(甲基)丙烯酸酯类化合物和/或含有氧杂环丁烷基团的(甲基)丙烯酸酯类化合物。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的光固化组合物,其特征在于,所述阳离子型光引发剂选自碘鎓盐、硫鎓盐及芳基茂铁盐中的一种或多种;所述自由基型光引发剂选自二烷氧基苯乙酮类、α-羟烷基苯酮类、α-胺烷基苯酮类、酰基膦氧化物、二苯甲酮类、苯偶酰类、苯偶姻类、杂环芳酮类及肟酯类自由基光引发剂中的一种或多种。
6.根据权利要求5中任一项所述的光固化组合物,其特征在于,所述阳离子型光引发剂选自Gencure 440、Gencure 550、强力电子的PAG系列产品、BASF公司生产的Irgacure250、Irgacure270或Irgacure290中的至少一种;或者,所述阳离子型光引发剂为Al[OC(CF3)3]4-、X-、ClO4 -、HSO4 -、CF3COO-、(BX4)-、(SbX6)-、(AsX6)-、(PX6)-、磺酸根离子、B(C6X5)4 -或[(Rf)bPF6 -b]-替代所述碘鎓盐、所述硫鎓盐或所述芳基茂铁盐中负离子形成的化合物,其中,X为F或Cl,Rf表示≥80%的氢原子被氟原子取代的烷基,b表示1~5的整数,且b个Rf基团相同或互不相同。
7.根据权利要求1至6中任一项所述的光固化组合物,其特征在于,所述光固化组合物还包括稳定剂、粘度调节剂、热塑性树脂、含羟基化合物、改性剂、消泡剂、阻燃剂、增感剂、香料、除臭剂、抗氧化剂、颜料、填料、染料、流平剂、阻聚剂、分散剂、固化剂及表面活性剂中的一种、两种或多种组合的助剂。
8.根据权利要求1至7所述的方法,其特征在于,所述光固化反应步骤中采用的光引发光源为汞灯、卤灯、无极灯、LED灯及激光中的一种或多种。
9.权利要求1至8中任一项所述的光固化组合物在家电面板、空调叶片、风轮叶片、泵体、钢管钢材、印制铁罐、易拉罐、金属装饰板、黄铜、紫铜、镜面铜或铜合金金属表面腐蚀防护处理中的应用。
10.一种金属表面腐蚀防护处理的方法,其特征在于,所述方法包括以下步骤:
将权利要求1至8中任一项所述的光固化组合物涂布在金属基材的表面;
使所述光固化组合物进行光固化反应,形成保护层。
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PB01 | Publication | ||
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RJ01 | Rejection of invention patent application after publication | ||
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