CN111534214A - 一种聚氨酯自交联水性紫外光固化涂料 - Google Patents

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Abstract

本发明属于涂料化工技术领域，具体涉及一种聚氨酯自交联水性紫外光固化涂料，按质量百分比计，其组分组成为：水性丙烯酸酯树脂乳液30～70％，活性异氰酸酯预聚物10～30％，消泡剂0.1‑0.5％，流平剂0.1‑1.5％，分散剂0.1‑1.0％，杀菌剂0.1‑0.5％，pH调节剂0.1‑0.5％，增稠剂0.3‑1.5％，去离子水10‑60％。本发明提供的聚氨酯自交联水性紫外光固化涂料适用于各种木器家具的涂装修饰，经过涂装后，流平性和附着力极佳，能有效保护基材，制备出的木器漆膜具有优异的保护及装饰作用，且环境友好，无VOC的排放，环保性能优异。

Description

一种聚氨酯自交联水性紫外光固化涂料
技术领域
本发明属于涂料化工技术领域，具体涉及一种聚氨酯自交联水性紫外光固化涂料。
背景技术
科学的进步在带给人们衣食住行各种便利的同时，也对人类环境造成巨大的污染，追求绿色、舒适、健康安全的居家环境是人们共同的追求。随着国家对环保的大力推进、相关法律法规的正式出版并强制性执行，涂料行业正在顺应发展，对新式环保型涂料的研发、制备以及商业化应用做系统化研究。
UV光固化涂料是诸多涂料中的一大类，在光引发剂的作用下，经过紫外线的照射可以激发出活性自由基从而促使分子之间的交联成膜，具有固含高、低能耗、交联密度高、高效、绿色环保等优势，因而目前在家具涂料中应用广泛。但不可忽视的是，为了降低UV涂料的粘度，需要加入一部分的活性单体来稀释粘度，而活性单体具有一定的挥发性，同时对人体具有一定的伤害，尤其是丙烯酸酯类单体对皮肤、眼睛以及粘膜具有较强的刺激作用，因此如何克服上述缺陷，减少UV涂料的副作用具有重要的研究意义。而水性涂料是一种以水为稀释剂、树脂在固化剂作用下成膜的新式涂料，具有绿色环保、低或无VOC排放等优势，但却存在漆膜致密度不够、封闭作用不高、抗划伤差等劣势。
发明内容
本发明的目的在于解决现有技术中存在的上述问题，提出了一种聚氨酯自交联水性紫外光固化涂料，适用于各种木器家具的涂装修饰，制备出的木器漆膜具有优异的保护及装饰作用，且环境友好，无VOC的排放，环保性能优异。
本发明的技术方案是：
一种聚氨酯自交联水性紫外光固化涂料，按质量百分比计，其组分组成为：水性丙烯酸酯树脂乳液30～70％，活性异氰酸酯预聚物10～30％，消泡剂0.1-0.5％，流平剂0.1-1.5％，分散剂0.1-1.0％，杀菌剂0.1-0.5％，PH调节剂0.1-0.5％，增稠剂0.3-1.5％，去离子水10-60％。
进一步的，所述活性异氰酸酯预聚物的制备方法包括如下步骤：
(1)在氮气保护下，将一种或多种多异氰酸酯试剂加入反应容器中，同时加入碱性催化剂，进行加热回流反应；
其中，多异氰酸酯结构如下：
Figure BDA0002489673710000021
其中，所加入的碱性催化剂相对于多异氰酸酯的质量分数范围为0.05～0.6wt％；碱性催化剂为1,8-二氮杂双环[5.4.0]十一碳-7-烯、1,5-二氮杂双环[4.3.0]壬-5-烯、三乙胺、4-二甲氨基吡啶、吡啶、二月桂酸二丁基锡、1,3-双(2,4,6-三甲基苯基)-4,5-二氢咪唑-2-亚基、1,3-二叔丁基咪唑-2-亚基、三乙烯二胺中的一种或几种的混合物；
(2)控制反应温度为40～60℃条件下，缓慢滴加二元醇试剂，滴加结束后，升高温度至60～90℃反应1～12h，注意控制所滴加二元醇试剂的用量，使得异氰酸基团相对于羟基的摩尔比，控制在1.2，保证端基为异氰酸酯基；
其中，二元醇试剂主要包括以下几种：
脂肪族饱和二元醇，分子式为CnH2n+2O2，其中2≤n≤18；二羟基位置不限定，但优选在端基位置；
具有一个双键的不饱和二元醇，分子式为CnH2nO2，其中2≤n≤18；双键位置不限定，二羟基位置不限定，但羟基优选在端基位置；
具有两个双键或一个三键的不饱和二元醇，分子式为CnH2n-2O2，其中2≤n≤18；双键或三键位置不限定，二羟基位置不限定，但羟基优选在端基位置；
聚乙二醇，分子式为HOCH2(CH2OCH2)nCH2OH，其中聚合度为1≤n≤10；
聚丙二醇，分子式为H(OCHCH3CH2)nOH，其中聚合度为2≤n≤10；
(3)反应结束后，反应温度降至室温，后处理得到活性异氰酸酯预聚物。
进一步的，所述步骤(1)中碱性催化剂相对于多异氰酸酯的质量分数范围为0.1～0.2wt％。
进一步的，所述水性丙烯酸酯树脂乳液为羟基改性丙烯酸酯乳液或氨基改性丙烯酸酯树脂乳液中的一种或两种。
进一步的，所述消泡剂为破泡聚合物或聚硅氧烷溶液中的一种或两种。
进一步的，所述流平剂为聚丙烯酸酯类或者聚硅氧烷类中的一种或两种。
进一步的，所述分散剂为高分子量嵌段聚合物；所述pH调节剂为2-氨基-2-甲基-1-丙醇。
进一步的，所述杀菌剂为氯甲基异噻唑啉酮、甲基异噻唑啉酮、溴硝基丙二醇中的一种或几种的混合物。
进一步的，所述增稠剂为聚氨酯基增稠剂、丙烯酸酯类增稠剂或纤维素类增稠剂中的一种或几种的混合物。
聚氨酯自交联水性紫外光固化涂料用于木器的涂装，所采用的涂装方式包括真空喷涂、静电喷涂或机械喷涂。
本发明的有益效果：
(1)本发明所提供的水性化双重固化的聚氨酯自交联水性紫外光固化涂料，一方面树脂中的双键基团在紫外条件下交联，同时树脂中存在的活性羟基/氨基可以与活性异氰酸酯预聚物直接反应，制备出的木器漆膜具有优异的保护及装饰作用。
(2)本发明涉及到的涂料，可适用于各种自动化喷涂设备，如真空喷涂、静电喷涂、机械喷涂等，能有效提高生产效率，而且无VOC的排放，对环境友好，环保性能优异；本发明所提供的涂料适用于各种木器家具的涂装修饰，经过涂装后，流平性和附着力极佳，能有效保护基材，提高装饰美感。
具体实施方式
下面将结合具体实施例对本发明的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下，所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。实施例中如未特别指明，所用手段为本领域常规手段。
为了进一步理解本发明，下面结合实施例对本发明进行详细说明。
实施例1
一种聚氨酯自交联水性紫外光固化涂料，按照质量百分比计，其组分组成为：
羟基改性丙烯酸酯乳液45％，活性异氰酸酯预聚物25％，破泡聚合物0.3％，聚丙烯酸酯类流平剂0.3％，高分子量嵌段聚合物分散剂0.5％，氯甲基异噻唑啉酮0.2％，2-氨基-2-甲基-1-丙醇0.1％，聚氨酯基增稠剂0.6％，去离子水28％；
此配方制备得到的涂料按照机械喷涂方法喷涂于水曲柳木材表面，经紫外光快速固化，可极大的提高生产效率，其性能检测结果如下表1所示：
表1实施例1-5的性能检测结果
Figure BDA0002489673710000031
Figure BDA0002489673710000041
由表1中性能检测结果显示，该配方经过机械涂装后，经过UV固化后流平性和附着力等综合性能极佳，能够有效保护基材，提高装饰美感。
实施例2
一种聚氨酯自交联水性紫外光固化涂料，按照质量百分比计，其组分组成为：
氨基改性丙烯酸酯树脂乳液60％，活性异氰酸酯预聚物15％，聚硅氧烷溶液0.3％，聚硅氧烷类流平剂0.2％，高分子量嵌段聚合物分散剂0.4％，甲基异噻唑啉酮0.2％，2-氨基-2-甲基-1-丙醇0.1％，丙烯酸酯类增稠剂0.5％，去离子水23.3％；
此配方制备得到的涂料按照静电喷涂方法喷涂于水曲柳木材表面，经紫外光快速固化，可极大的提高生产效率，其性能检测结果如上表1所示。由表1中性能检测结果显示，该配方经过静电涂装后，经过UV固化后消泡性和附着力极佳，能够有效保护基材，提高装饰美感。
实施例3
一种聚氨酯自交联水性紫外光固化涂料，按照质量百分比计，其组分组成为：
羟基改性丙烯酸酯乳液40％，活性异氰酸酯预聚物20％，破泡聚合物0.2％，聚丙烯酸酯类流平剂0.2％，高分子量嵌段聚合物分散剂1.0％，溴硝基丙二醇0.1％，2-氨基-2-甲基-1-丙醇0.1％，纤维素类增稠剂0.5％，去离子水37.9％；
此配方制备得到的涂料按照机械喷涂方法喷涂于水曲柳木材表面，经紫外光快速固化，可极大的提高生产效率，其性能检测结果如上表1所示。由表1中性能检测结果显示，该配方经过机械涂装后，经过UV固化后综合性能较好，能够有效保护基材，提高装饰美感。
实施例4
一种聚氨酯自交联水性紫外光固化涂料，按照质量百分比计，其组分组成为：
氨基改性丙烯酸酯树脂乳液30％，活性异氰酸酯预聚物30％，聚硅氧烷溶液0.5％，聚丙烯酸酯类和聚硅氧烷类流平剂的混合物1.0％，高分子量嵌段聚合物1.0％，氯甲基异噻唑啉酮0.1％，2-氨基-2-甲基-1-丙醇0.2％，聚氨酯基增稠剂0.8％，去离子水36.4％；
此配方制备得到的涂料按照真空喷涂方法喷涂于水曲柳木材表面，经紫外光快速固化，可极大的提高生产效率，其性能检测结果如上表1所示；由表1中性能检测结果显示，该配方经过真空涂装后，经过UV固化后流平性和消泡性极佳，能够有效保护基材，提高装饰美感。
实施例5
一种聚氨酯自交联水性紫外光固化涂料，按照质量百分比计，其组分组成为：
羟基改性丙烯酸酯乳液70％，活性异氰酸酯预聚物10％，聚硅氧烷溶液0.5％，聚丙烯酸酯类流平剂1.5％，高分子量嵌段聚合物分散剂1.0％，甲基异噻唑啉酮0.5％，2-氨基-2-甲基-1-丙醇0.5％，丙烯酸酯类增稠剂和纤维素类增稠剂的混合增稠剂1.5％，去离子水14.5％；
此配方制备得到的涂料按照机械喷涂方法喷涂于水曲柳木材表面，经紫外光快速固化，可极大的提高生产效率，其性能检测结果如上表1所示；由表1中性能检测结果显示，该配方经过机械涂装后，经过UV固化后流平性和附着力极佳，能够有效保护基材，提高装饰美感。
实施例6
实施例1-5中所采用的活性异氰酸酯预聚物的制备方法包括如下步骤：
(1)在氮气保护下，将一种或几种多异氰酸酯试剂加入烧瓶中，同时加入相对于多异氰酸酯的质量分数范围为0.05～0.6wt％的碱性催化剂，安装好冷凝回流及滴液漏斗等实验装置，进行加热回流反应；
(2)控制反应温度为40～60℃条件下，缓慢滴加二元醇试剂，控制异氰酸基团与羟基的摩尔比值为1.2；滴加结束后，升高温度至60～90℃反应1～12h；
(3)反应结束后，反应温度降至室温，后处理得到活性异氰酸酯预聚物。
上述说明仅为本发明的优选实施例，并非是对本发明的限制，凡在本发明的内容范围内所做出的任何修改、等同替换、改型等，均应包含在本发明的专利保护范围之内。在不偏离本发明精神的基础上所做的修改或者改进，均属于本发明要求保护的范围。

Claims (10)

1.一种聚氨酯自交联水性紫外光固化涂料，其特征在于，按质量百分比计，其组分组成为：水性丙烯酸酯树脂乳液30～70％，活性异氰酸酯预聚物10～30％，消泡剂0.1-0.5％，流平剂0.1-1.5％，分散剂0.1-1.0％，杀菌剂0.1-0.5％，PH调节剂0.1-0.5％，增稠剂0.3-1.5％，去离子水10-60％。
2.根据权利要求1所述的聚氨酯自交联水性紫外光固化涂料，其特征在于，所述活性异氰酸酯预聚物的制备方法包括如下步骤：
(1)在氮气保护下，将一种或多种多异氰酸酯试剂加入反应容器中，同时加入碱性催化剂，进行加热回流反应；
其中，多异氰酸酯结构如下：
Figure FDA0002489673700000011
其中，所加入的碱性催化剂相对于多异氰酸酯的质量分数范围为0.05～0.6wt％；碱性催化剂为1,8-二氮杂双环[5.4.0]十一碳-7-烯、1,5-二氮杂双环[4.3.0]壬-5-烯、三乙胺、4-二甲氨基吡啶、吡啶、二月桂酸二丁基锡、1,3-双(2,4,6-三甲基苯基)-4,5-二氢咪唑-2-亚基、1,3-二叔丁基咪唑-2-亚基、三乙烯二胺中的一种或几种的混合物；
(2)控制反应温度为40～60℃条件下，缓慢滴加二元醇试剂，控制异氰酸基团与羟基的摩尔比值为1.2；滴加结束后，升高温度至60～90℃反应1～12h；
其中，二元醇试剂主要包括以下几种：
脂肪族饱和二元醇，分子式为CnH2n+2O2，其中2≤n≤18；
具有一个双键的不饱和二元醇，分子式为CnH2nO2，其中2≤n≤18；
具有两个双键或一个三键的不饱和二元醇，分子式为CnH2n-2O2，其中2≤n≤18；
聚乙二醇，分子式为HOCH2(CH2OCH2)nCH2OH，其中聚合度为1≤n≤10；
聚丙二醇，分子式为H(OCHCH3CH2)nOH，其中聚合度为2≤n≤10；
(3)反应结束后，反应温度降至室温，后处理得到活性异氰酸酯预聚物。
3.根据权利要求2所述的聚氨酯自交联水性紫外光固化涂料，其特征在于，所述步骤(1)中碱性催化剂相对于多异氰酸酯的质量分数范围为0.1～0.2wt％。
4.根据权利要求1所述的聚氨酯自交联水性紫外光固化涂料，其特征在于，所述水性丙烯酸酯树脂乳液为羟基改性丙烯酸酯乳液或氨基改性丙烯酸酯树脂乳液中的一种或两种。
5.根据权利要求1所述的聚氨酯自交联水性紫外光固化涂料，其特征在于，所述消泡剂为破泡聚合物或聚硅氧烷溶液中的一种或两种。
6.根据权利要求1所述的聚氨酯自交联水性紫外光固化涂料，其特征在于，所述流平剂为聚丙烯酸酯类或者聚硅氧烷类中的一种或两种。
7.根据权利要求1所述的聚氨酯自交联水性紫外光固化涂料，其特征在于，所述分散剂为高分子量嵌段聚合物；所述pH调节剂为2-氨基-2-甲基-1-丙醇。
8.根据权利要求1所述的聚氨酯自交联水性紫外光固化涂料，其特征在于，所述杀菌剂为氯甲基异噻唑啉酮、甲基异噻唑啉酮、溴硝基丙二醇中的一种或几种的混合物。
9.根据权利要求1所述的聚氨酯自交联水性紫外光固化涂料，其特征在于，所述增稠剂为聚氨酯基增稠剂、丙烯酸酯类增稠剂或纤维素类增稠剂中的一种或几种的混合物。
10.权利要求1-9任一项所述的聚氨酯自交联水性紫外光固化涂料的应用，其特征在于，所述涂料用于木器的涂装，所采用的涂装方式包括真空喷涂、静电喷涂或机械喷涂。
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