CN110903743A - 一种用于聚酰胺基材表面涂层的光固化涂料 - Google Patents

Abstract

本发明涉及固化涂料领域，具体公开了一种用于聚酰胺基材表面涂层的光固化涂料，旨在解决现有的光固化涂料与基材性能不可能完全一致，在应用中存在着与基材匹配以及存在着粘附不足的技术问题。所述光固化涂料，包括以下重量百分比的原料成分：a)至少一种分子量小于145的酸性功能单体，含量3～40％；b)至少一种低聚物，含量10～80％；c)至少一种活性稀释剂，含量5～50％；d)至少一种光引发剂，含量0.1～12％。本发明的光固化涂料含有低分子量酸性功能性单体，能够显著改善聚酰胺材料的粘着性，用作聚酰胺基材表面涂层。

Description

一种用于聚酰胺基材表面涂层的光固化涂料

技术领域

本发明涉及固化涂料，具体地说，涉及一种用于聚酰胺基材表面涂层的光固化涂料。

背景技术

聚酰胺是一种高性能工程材料，因其优异的物理性能，如韧性、柔软性和热稳定性等，广泛应用于医药、汽车、体育用品、光学和电子等领域。与许多其他工程塑料相比，聚酰胺还具有更好的化学耐受性，因而拓宽了使用范围，具有更长的使用寿命。在聚合物材料的使用中，经常会将其表面涂布一层涂层，这种涂层可以加强聚合物材料的性能和功用，而且提供更好的外观，并作为底层材料与外界气体、水分或其它液体的屏障，进行表面保护，防止擦伤和磨损，延长其使用寿命。但不幸的是，对于很多涂料来说，很难将其很好地附着在聚酰胺材料表面。特别是以聚氨酯为主体的聚氨酯基涂料，虽然其性能优良，价格合理，但由于对聚酰胺的附着力较小，使其在不同场合的应用受到一定的限制。为了增加这种粘着性，聚酰胺基材在涂布涂层以前通常要经过单独的预处理，如火焰灼烧、等离子体喷射、短波紫外光照射、化学氧化剂处理等。然而，尽管增加了这些额外的处理过程，涂层与聚酰胺聚合物的附着力往往还是不够。

由于聚酰胺材料的优良表现，使其得以在许多苛刻的应用场景中得以大量使用，因此，如果能够改善涂料与聚酰胺基材的附着性，市场的需求将是很大的。

聚氨酯涂料由异氰酸酯与多元醇通过化学反应得到，使用时还需要一个加热固化的过程，以使其物理性能进一步提高，同时彻底除去有毒的未反应异氰酸酯。热固化步骤一般在烤箱或者类似的加热环境中进行。

为了使涂层的粘度和重量得到有效的控制，聚氨酯涂料的合成反应一般是在有机溶剂中进行的，合成以后的成品中也含有20～50％的挥发性有机溶剂。而且，除了反应过程中使用有机溶剂外，热固化过程也使涂料中含有的有机溶剂挥发——虽然可以通过各种设备进行回收或吸附处理，但仍有一部分能够进入大气层，成为一种潜在的空气污染源。

为了解决有机溶剂的问题，人们越来越倾向于使用可光固化的化合物作为涂料的成分。经过多年的研究，目前市场上已经出现了许多光固化材料，被广泛用于金属、木材、塑料、玻璃、纸张等基材的防护性和功能性涂层，以保护基材表面免受磨损、划痕、化学品、光线、水分和其它的环境冲击，而且还能够达到一些特殊的目的和应用，如增加衬底的硬度、增加光泽或哑光、改善颜色和纹理等。

光固化涂料具有许多优点，被越来越多的用于替代传统涂料。光固化涂料在室温下就能够迅速固化，不需要加热或烘烤，在时间上甚至可以在几秒钟内固化完全。与聚氨酯涂料相比，它们不含有有毒的异氰酸酯，后者可以通过吸入和皮肤接触而使人中毒。另外，它们不含有作为稀释剂的挥发性有机溶剂。

光固化涂料虽然用途广泛，但由于与基材性能不可能完全一致，在应用中也存在着与基材匹配问题，特别是涉及到金属基板和聚酰胺类聚合物，光固化涂料仍然存在着粘附不足等方面的问题。

目前市场上用于聚酰胺涂层的光固化涂料不多，主要是粘附性的缺点突出，因此急需要改进光固化涂料，使之能够用于聚酰胺基材。

发明内容

本发明的目的是提供一种用于聚酰胺基材表面涂层的光固化涂料，该光固化涂料含有低分子量酸性功能性单体，能够显著改善聚酰胺材料的粘着性，用作聚酰胺基材表面涂层。

为实现本发明的目的，提供如下的技术方案：

一种用于聚酰胺基材表面涂层的光固化涂料，包括以下重量百分比的原料成分：

a)至少一种分子量小于145的酸性功能单体，含量3～40％；

b)至少一种低聚物，含量10～80％；

c)至少一种活性稀释剂，含量5～50％；

d)至少一种光引发剂，含量0.1～12％。

在上述的用于聚酰胺基材表面涂层的光固化涂料中，所述酸性功能单体是衣康酸、乙烯基磷酸、甲基丙烯酸、丙烯酸-2-羧乙酯和丙烯酸中一种或几种的混合物。

在上述的用于聚酰胺基材表面涂层的光固化涂料中，所述低聚物包括但不限于环氧丙烯酸酯低聚物、胺改性环氧丙烯酸酯低聚物、硅氧烷改性环氧丙烯酸酯低聚物、甲基丙烯酸酯端基脂肪族聚氨酯低聚物、甲基丙烯酸酯端基芳香族聚氨酯低聚物、聚酯丙烯酸酯低聚物、聚醚丙烯酸酯低聚物、丙烯酸化聚丙烯酸酯和甲基丙烯酸低聚物，或其中的几种混合物。

在上述的用于聚酰胺基材表面涂层的光固化涂料中，所述活性稀释剂包括但不限于1,3-丁二醇二丙烯酸酯、二甘醇二丙烯酸酯、1,6-己二醇二丙烯酸酯、三甲基丙烷三丙烯酸酯、季戊四醇三丙烯酸酯和新戊二醇二丙烯酸酯，或其中的几种混合物。

在上述的用于聚酰胺基材表面涂层的光固化涂料中，所述光引发剂包括但不限于二苯甲酮、苯乙酮、苯偶酰双甲醚(光引发剂651，DMPA)、1-羟基环己基苯基甲酮(光引发剂184)、二苯基-(2,4,6-三甲基苯甲酰)氧磷(光引发剂TPO)、2-羟基-2-甲基-1-[4-(2-羟基乙氧基)苯基]-1-丙酮(光引发剂2959)、2-苄基-2-二甲基氨基-1-(4-吗啉苯基)丁酮、2-甲基-1-(4-甲硫基苯基)-2-吗啉基-1-丙酮和2-羟基-2-甲基-1-苯基-1-丙酮(光引发剂1173，HMPP)。

在上述的用于聚酰胺基材表面涂层的光固化涂料中，所述光固化涂料还可以包括如下组分，即抑制剂、染料、增塑剂、光稳定剂、填料、纳米粒子、蜡和硫醇，或其中的几种混合物。

光稳定剂包括但不限于2-羟基-二苯甲酮、2-羟基苯并三唑、受阻胺和有机镍化合物，以及水杨酸盐、肉桂酸衍生物、间苯二酚单苯甲酸酯、氧化苯胺类和对羟基苯甲酸酯。

在上述的用于聚酰胺基材表面涂层的光固化涂料中，所述纳米粒子包括但不限于二氧化硅、氧化铝、氧化锌、氧化钡、氧化钛和粘土。

本发明还提供上述的用于聚酰胺基材表面涂层的光固化涂料的涂覆方法，将光固化涂料涂布于聚酰胺基材上并暴露在光照下进行固化，即可。

光固化涂料可以以多种方式应用于聚酰胺基材上，如：辊涂、刷涂、喷涂、窗帘涂覆、喷墨、柔性印刷、浸泡等。这些操作均为现有技术即可实现。聚氨酯基材上的光固化涂料的涂层厚度可以在1～100微米之间，或者更厚。

本发明的光固化涂料的固化是通过光照射完成的，照射光必须具有能够产生电磁能的波长，可以被光引发剂所吸收。光辐射源可以是单色或复色光，可以由电弧、等离子体或激光所产生，其来源于汞灯、氙灯、弧光灯、荧光灯、LED、各种激光器，以及太阳光，可以由一个或多个光源提供，所述光源可平行地或串联地排列。光辐射可以以连续或脉冲的方式传送到涂层成分，而光辐射的剂量可以是高强度或低强度，短时间或长时间曝光。当然，在较短的时间内更高强度的剂量更好。

本发明的光固化涂料可在环境空气中或在氮气、氩、氦等气体中固化，在固化过程中所使用的其它可能处于正常大气压、加压或减压状态。

适用于本发明的聚酰胺基材包括但不限于聚酰胺6、聚酰胺66、聚酰胺66/6、聚酰胺12、聚酰胺46、聚酰胺11。聚酰胺也被称为尼龙，都是指在一定分子量范围的含酰胺键的高分子聚合物。

此外，适合于本发明的聚酰胺可以是单一结构的品种、两种或多种聚酰胺结构品种的混合物，例如聚酰胺6/66是聚酰胺6和聚酰胺66的混合物。聚酰胺中也可以增加适当的添加剂以提高他们的使用性能，添加剂可以包括非聚酰胺聚合物、增塑剂、颜料、染料、纳米粒子、填料、光稳定剂等。

与现有技术相比，本发明的有益效果为：

本发明的光固化涂料中所含有的低分子量酸性功能性单体，由于分子量较小，比较容易渗入聚酰胺基材的微孔中，分子中的羧基与聚酰胺基材中的部分氨基反应，特别是在光固化的过程中，其自身反应的同时还与聚酰胺基材的氨基反复交联，显著地改善了其与聚酰胺材料的粘着性，用作良好的聚酰胺基材的表面涂层。

具体实施方式

下面结合具体实施方式，对本发明的技术方案作进一步的详细说明，但不构成对本发明的任何限制。

实施例1

配方：丙烯酸10％、环氧丙烯酸酯低聚物55％、1,3-丁二醇二丙烯酸酯25％、二苯甲酮5％、增塑剂3％、氧化锌2％。

以上材料除二苯甲酮外先混合均匀，然后于涂布前加入二苯甲酮混合均匀，避光待用。

将得到的光固化涂料涂布于聚酰胺基材上并暴露在紫外光下进行固化，涂布厚度为100微米。

根据GB5210-85，用拉开法测定其粘附力，为A或B级，而不加丙烯酸的为C级。

实施例2

配方：丙烯酸-2-羧乙酯25％、胺改性环氧丙烯酸酯低聚物50％、三甲基丙烷三丙烯酸酯19％、1-羟基环己基苯基甲酮1％、增塑剂5％。

以上材料除1-羟基环己基苯基甲酮外先混合均匀，然后于涂布前加入1-羟基环己基苯基甲酮混合均匀，避光待用。

将得到的光固化涂料涂布于聚酰胺基材上并暴露在紫外光下进行固化，涂布厚度为50微米。

根据GB5210-85，用拉开法测定其粘附力，为A级，而不加丙烯酸-2-羧乙酯的为C级。

实施例3

配方：丙烯酸-2-羧乙酯5％、衣康酸15％、甲基丙烯酸酯端基芳香族聚氨酯低聚物60％、二甘醇二丙烯酸酯10％、苯偶酰双甲醚2％、抑制剂0.5％、间苯二酚单苯甲酸酯0.5％、二氧化钛7％。

以上材料除苯偶酰双甲醚和抑制剂外先混合均匀，然后于涂布前加入苯偶酰双甲醚和抑制剂混合均匀，避光待用。

将得到的光固化涂料涂布于聚酰胺基材上并暴露在紫外光下进行固化，涂布厚度为25微米。

根据GB5210-85，用拉开法测定其粘附力，为A级，而不加丙烯酸-2-羧乙酯和衣康酸的为B或C级。

上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其它的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种用于聚酰胺基材表面涂层的光固化涂料，其特征在于，包括以下重量百分比的原料成分：

a)至少一种分子量小于145的酸性功能单体，含量3～40％；

b)至少一种低聚物，含量10～80％；

c)至少一种活性稀释剂，含量5～50％；

d)至少一种光引发剂，含量0.1～12％。

2.根据权利要求1所述的一种用于聚酰胺基材表面涂层的光固化涂料，其特征在于，所述酸性功能单体是衣康酸、乙烯基磷酸、甲基丙烯酸、丙烯酸-2-羧乙酯和丙烯酸中一种或几种的混合物。

3.根据权利要求1或2所述的一种用于聚酰胺基材表面涂层的光固化涂料，其特征在于，所述低聚物包括但不限于环氧丙烯酸酯低聚物、胺改性环氧丙烯酸酯低聚物、硅氧烷改性环氧丙烯酸酯低聚物、甲基丙烯酸酯端基脂肪族聚氨酯低聚物、甲基丙烯酸酯端基芳香族聚氨酯低聚物、聚酯丙烯酸酯低聚物、聚醚丙烯酸酯低聚物、丙烯酸化聚丙烯酸酯和甲基丙烯酸低聚物，或其中的几种混合物。

4.根据权利要求3所述的一种用于聚酰胺基材表面涂层的光固化涂料，其特征在于，所述活性稀释剂包括但不限于1,3-丁二醇二丙烯酸酯、二甘醇二丙烯酸酯、1,6-己二醇二丙烯酸酯、三甲基丙烷三丙烯酸酯、季戊四醇三丙烯酸酯和新戊二醇二丙烯酸酯，或其中的几种混合物。

5.根据权利要求4所述的一种用于聚酰胺基材表面涂层的光固化涂料，其特征在于，所述光引发剂包括但不限于二苯甲酮、苯乙酮、苯偶酰双甲醚(光引发剂651，DMPA)、1-羟基环己基苯基甲酮(光引发剂184)、二苯基-(2,4,6-三甲基苯甲酰)氧磷(光引发剂TPO)、2-羟基-2-甲基-1-[4-(2-羟基乙氧基)苯基]-1-丙酮(光引发剂2959)、2-苄基-2-二甲基氨基-1-(4-吗啉苯基)丁酮、2-甲基-1-(4-甲硫基苯基)-2-吗啉基-1-丙酮和2-羟基-2-甲基-1-苯基-1-丙酮(光引发剂1173，HMPP)。

6.根据权利要求5所述的一种用于聚酰胺基材表面涂层的光固化涂料，其特征在于，所述光固化涂料还可以包括如下组分，即抑制剂、染料、增塑剂、光稳定剂、填料、纳米粒子、蜡和硫醇，或其中的几种混合物。

7.根据权利要求6所述的一种用于聚酰胺基材表面涂层的光固化涂料，其特征在于，所述纳米粒子包括但不限于二氧化硅、氧化铝、氧化锌、氧化钡、氧化钛和粘土。

8.权利要求1所述的用于聚酰胺基材表面涂层的光固化涂料的涂覆方法，其特征在于，将光固化涂料涂布于聚酰胺基材上并暴露在光照下进行固化，即可。

9.根据权利要求8所述的一种光固化涂料的涂覆方法，其特征在于，所述聚酰胺基材上的光固化涂料的涂层厚度在1～100微米之间，或者更厚。

10.根据权利要求8所述的一种光固化涂料的涂覆方法，其特征在于，所述聚酰胺基材包括但不限于聚酰胺6、聚酰胺66、聚酰胺66/6、聚酰胺12、聚酰胺46和聚酰胺11。