CN112226149B - 一种耐强酸可碱溶uv固化树脂及其在玻璃蚀刻中的应用 - Google Patents

一种耐强酸可碱溶uv固化树脂及其在玻璃蚀刻中的应用 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种耐强酸可碱溶UV固化树脂及其在玻璃蚀刻中的应用，属于UV固化树脂领域。本发明方法采用双季戊四醇、马来酸酐、同时含有双键基团和环氧基团的小分子化合物以及叔胺类或季铵盐类催化剂制备得到耐强酸可碱溶UV固化树脂。本发明制备得到的耐强酸可碱溶UV固化树脂可与同时含有双键基团和环氧基团的小分子化合物组成玻璃保护剂用于玻璃刻蚀工艺中，紫外光能量下0.01‑0.1秒内完全固化，能够耐氢氟酸腐蚀，在氢氟酸强酸中浸泡可以保护玻璃中的非刻蚀区，刻蚀完成后放入5％NaOH水溶液中可快速溶解。本发明方法绿色环保无污染，符合低碳环保理念。

Description

一种耐强酸可碱溶UV固化树脂及其在玻璃蚀刻中的应用
技术领域
本发明涉及UV固化树脂领域，特别涉及一种耐强酸可碱溶UV固化树脂及其在玻璃蚀刻中的应用。
背景技术
随着社会工业水平及人民消费水平的升级，玻璃器材在电子电器、高档装修、工艺品等领域应用广泛，通常情况下需要在玻璃表面蚀刻各种图案。在蚀刻玻璃过程中，需要在玻璃表面涂覆一层有机涂层，固化后将图案露出来，再将表面有涂层保护的玻璃放入强酸中浸泡，玻璃上裸露的部分(即未被保护涂层覆盖的图案部分)在强酸作用下被蚀刻，蚀刻完成后将玻璃浸泡在NaOH水溶液中，玻璃表面的保护涂层可以溶解，至此玻璃表面蚀刻完成。
目前使用的玻璃表面起保护作用的涂层一般含有有机溶剂，对环境及人体有害；而且涂层固化过程中需要高温烘干，能耗较高。UV光固化技术由于其绿色环保、无VOC排放，低耗能，固化快速等优点，具有很强的潜力可以替代传统的含有有机溶剂的热固化工艺。
聚酯聚合物由于良好的耐酸性，较差的耐碱性，非常适合强酸蚀刻弱碱溶解工艺。因此，制备一种高官能度、高固化速率、无溶剂绿色环保的UV固化聚酯丙烯酸酯树脂并将其应用在玻璃蚀刻工艺中，具有极强的市场潜力。
发明内容
为解决现有技术中存在的问题，本发明提供一种绿色环保无污染、低能耗的多官能度聚酯丙烯酸酯UV树脂，并成功将其应用在玻璃蚀刻工艺中。树脂在玻璃表面经过光固化后，在氢氟酸强酸中浸泡可以保护玻璃中的非刻蚀区，并在强酸催化作用下进行二次深层固化，刻蚀完成后放入5％NaOH水溶液中可快速溶解。
具体地，本发明提供一种耐强酸可碱溶UV固化树脂包括下述成分：
中心体单体、扩链单体、端基单体和催化剂；其中，所述中心单体为双季戊四醇，所述扩链单体为马来酸酐，所述端基单体为同时含有双键基团和环氧基团的小分子化合物，所述催化剂为叔胺类或季铵盐类催化剂。
进一步的，所述端基单体包含但不限于丙烯酸缩水甘油酯、甲基丙烯酸缩水甘油酯、丙烯酸缩水甘油醚、甲基丙烯酸缩水甘油醚的一种或几种。
进一步的，所述催化剂包含但不限于三乙胺、三乙醇胺、N-甲基二乙醇胺、氯化铵中的一种或几种。
进一步的，所述中心单体和扩链单体的摩尔比为1:6，所述中心单体和端基单体的摩尔比为1:3～1:6。
进一步的，所述催化剂的添加量为中心单体、扩链单体和端基单体总质量的0.5％～3％。
进一步的，所述耐强酸可碱溶UV固化树脂通过以下制备方法制备得到，所述制备方法包含如下步骤：
(1)将中心单体、扩链单体和催化剂加入到反应器中，在惰性气氛下升温至90℃～98℃，并反应1～3小时；
(2)将端基单体滴加步骤(1)得到的反应混合物中，滴加时间1～3小时，滴加完后保温反应2～5小时即可。
进一步的，所述惰性气氛包括氮气、氦气或氩气中的任一种。
进一步的，步骤(1)中所述升温的升温速率为3-5℃/min。
本发明的第二个目的是提供了一种耐强酸可碱溶UV固化树脂在玻璃蚀刻工艺中的应用。
本发明的第三个目的是提供一种玻璃保护剂，所述玻璃保护剂包括：以质量分数计，70％～90％的上述耐强酸可碱溶UV固化树脂和10％～30％的二次固化单体，其中，所述二次固化单体为同时含有双键基团和环氧基团的小分子化合物。
进一步的，所述二次固化单体包含但不限于丙烯酸缩水甘油酯、甲基丙烯酸缩水甘油酯、丙烯酸缩水甘油醚、甲基丙烯酸缩水甘油醚中的一种或几种。
本发明的第四个目的是提供上述玻璃保护剂在玻璃蚀刻工艺中的应用。
进一步的，所述应用具体包括，将所述玻璃保护剂涂覆在玻璃表面，并加入光引发剂，在紫外光照射下完成光固化；将涂覆后的玻璃浸泡在氢氟酸中，完成玻璃刻蚀工艺；之后将刻蚀完成后的玻璃取出，放入5％-10％浓度的NaOH水溶液中，将涂层溶解后即可完成玻璃刻蚀。
进一步的，所述紫外光的能量为100-300mj/cm2。
进一步的，在氢氟酸刻蚀玻璃的过程中，玻璃表面的涂层在酸催化下进行二次深层固化。
进一步的，所述涂覆后的玻璃在氢氟酸中浸泡时间优选1～4min，所述氢氟酸的浓度为20-50％。
进一步的，在NaOH水溶液中浸泡的时间为1～3min。
与现有技术相比，本发明具有以下优点：
(1)本发明的树脂为无溶剂体系UV固化树脂，使用过程中绿色环保无污染，无VOC的排放问题，符合低碳环保理念。
(2)本发明的聚酯丙烯酸酯UV固化树脂在制备的过程中，全程没有有机溶剂的使用，没有废水、废气的排放，对环境无污染且对操作工人安全可靠无危险。
(3)本发明的聚酯丙烯酸酯固化速率快，可在100mj/cm2的紫外光能量下0.01-0.1秒内完全固化，使用过程中能耗少，缩短了使用周期，降低了成本。
(4)本发明的聚酯丙烯酸酯UV固化树脂含有大量的羟基功能基团，应用在玻璃蚀刻工艺中，搭配少量的(甲基)丙烯酸缩水甘油酯(醚)，固化完成后保护涂层中同时含有大量的羟基和环氧基团，在强酸浸泡过程中，在酸的催化作用下，羟基和环氧基团继续反应，进一步提高交联密度，提高耐酸性；在之后用NaOH水溶液浸泡的时候，涂层中的环氧基团已经变为羟基，提高了涂层在碱溶液中的溶解性，可常温在5％浓度的NaOH水溶液中1分钟溶解掉，快捷方便。
(5)固化后的涂层材料只有在酸催化的条件下才能二次深层固化，如果工人不小心将工艺弄错，先将涂层放入5％浓度的NaOH水溶液中，涂层也不会溶解。即，只有在强酸浸泡刻蚀工艺完成后放入5％浓度的NaOH水溶液中才可以完全溶解，这样能够降低玻璃刻蚀操作过程中的出错率。
具体实施方式
下面结合实施例详细介绍本发明技术方案，本部分的描述仅是示范性和解释性，不应对本发明的保护范围有任何的限制作用。
实施例1
称取254.3g(1mol)双季戊四醇，588.6g(6mol)马来酸酐，38.09g催化剂三乙胺，投入反应釜，通氮气，加热至98℃，反应1小时；称取426.6g(3mol)甲基丙烯酸缩水甘油酯，滴加入反应釜，滴加时间1小时，保温2小时，即可制备得到聚酯丙烯酸酯UV树脂。
称取90g制备的聚酯丙烯酸酯UV树脂，10g丙烯酸缩水甘油醚，加入5g通用型光引发剂1173，涂覆在玻璃表面，在100mj/cm2的紫外光能量下照射0.1秒，完成光固化。将涂覆后的玻璃浸泡在氢氟酸(浓度25％)中1分钟，可以发现，涂层不起皱，不发白，附着力不下降，刻蚀完成之后将玻璃放入5％NaOH水溶液中1分钟，涂层溶解。
实施例2
称取254.3g(1mol)双季戊四醇，588.6g(6mol)马来酸酐，10.22g催化剂三乙醇胺，投入反应釜，通氮气，加热至90℃，反应3小时；称取1201.2g(6mol)丙烯酸缩水甘油醚，滴加入反应釜，滴加时间3小时，保温5小时，即可制备得到聚酯丙烯酸酯UV树脂。
称取70g制备的聚酯丙烯酸酯UV树脂，30g丙烯酸缩水甘油酯，加入5g通用型光引发剂1173，涂覆在玻璃表面，在100mj/cm2的紫外光能量下照射0.01秒，完成光固化。将涂覆后的玻璃浸泡在氢氟酸(浓度25％)中4分钟，可以发现，涂层不起皱，不发白，附着力不下降，刻蚀完成之后放入5％NaOH水溶液中4分钟，涂层溶解。
实施例3
称取254.3g(1mol)双季戊四醇，588.6g(6mol)马来酸酐，13.6g催化剂N-甲基二乙醇胺，投入反应釜，通氮气，加热至93℃，反应2小时；称取512.4g(4mol)丙烯酸缩水甘油酯，滴加入反应釜，滴加时间2小时，保温3小时，即可制备得到聚酯丙烯酸酯UV树脂。
称取80g制备的聚酯丙烯酸酯UV树脂，20g甲基丙烯酸缩水甘油酯，加入5g通用型光引发剂1173，涂覆在玻璃表面，在100mj/cm2的紫外光能量下照射0.03秒，完成光固化。将涂覆后的玻璃浸泡在氢氟酸(浓度25％)中2分钟，可以发现，涂层不起皱，不发白，附着力不下降，刻蚀完成之后放入5％NaOH水溶液中2分钟，涂层溶解。
实施例4
称取254.3g(1mol)双季戊四醇，588.6g(6mol)马来酸酐，19.6g催化剂氯化铵，投入反应釜，通氮气，加热至95℃，反应2小时；称取1071g(5mol)甲基丙烯酸缩水甘油醚，滴加入反应釜，滴加时间2小时，保温4小时，即可制备得到聚酯丙烯酸酯UV树脂。
称取75g制备的聚酯丙烯酸酯UV树脂，25g甲基丙烯酸缩水甘油醚，加入5g通用型光引发剂1173，涂覆在玻璃表面，在100mj/cm2的紫外光能量下照射0.04秒，完成光固化。将涂覆后的玻璃浸泡在氢氟酸(浓度25％)中3分钟，可以发现，涂层不起皱，不发白，附着力不下降，之后放入5％NaOH水溶液中3分钟，涂层溶解。
实施例5
称取254.3g(1mol)双季戊四醇，588.6g(6mol)马来酸酐，10g催化剂三乙胺，投入反应釜，通氮气，加热至96℃，反应2小时；称取512.4g(4mol)丙烯酸缩水甘油酯，滴加入反应釜，滴加时间2小时，保温3小时，即可制备得到聚酯丙烯酸酯UV树脂。
称取70g制备的聚酯丙烯酸酯UV树脂，30g丙烯酸缩水甘油酯，加入5g通用型光引发剂1173，涂覆在玻璃表面，在100mj/cm2的紫外光能量下照射0.01秒，完成光固化。将涂覆后的玻璃浸泡在氢氟酸(浓度25％)中4分钟，可以发现，涂层不起皱，不发白，附着力不下降，之后放入10％NaOH水溶液中1分钟，涂层溶解。
实施例6
称取254.3g(1mol)双季戊四醇，588.6g(6mol)马来酸酐，12g催化剂氯化铵，投入反应釜，通氮气，加热至92℃，反应1小时；称取853.2g(6mol)甲基丙烯酸缩水甘油酯，滴加入反应釜，滴加时间1小时，保温2小时，即可制备得到聚酯丙烯酸酯UV树脂。
称取80g制备的聚酯丙烯酸酯UV树脂，20g甲基丙烯酸缩水甘油酯，加入5g通用型光引发剂1173，涂覆在玻璃表面，在100mj/cm2的紫外光能量下照射0.03秒，完成光固化。将涂覆后的玻璃浸泡在氢氟酸(浓度25％)中2分钟，可以发现，涂层不起皱，不发白，附着力不下降，刻蚀完成之后放入10％NaOH水溶液中2分钟，涂层溶解。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (6)

1.一种耐强酸可碱溶UV固化树脂，其特征在于，为中心体单体、扩链单体、端基单体和催化剂；其中，所述中心单体为双季戊四醇，所述扩链单体为马来酸酐，所述端基单体为同时含有双键基团和环氧基团的小分子化合物，所述催化剂为叔胺类或季铵盐类催化剂；
所述中心单体和扩链单体的摩尔比为1:6，所述中心单体和端基单体的摩尔比为1:3～1:6；所述催化剂的添加量为中心单体、扩链单体和端基单体总质量的0.5%～3%；
所述端基单体包括丙烯酸缩水甘油酯、甲基丙烯酸缩水甘油酯、丙烯酸缩水甘油醚、甲基丙烯酸缩水甘油醚的一种或几种；
所述催化剂包含三乙胺、三乙醇胺、N-甲基二乙醇胺、氯化铵中的一种或几种；
所述耐强酸可碱溶UV固化树脂通过以下制备方法制备得到：
（1）将中心单体、扩链单体和催化剂加入到反应器中，在惰性气氛下升温至90℃～98℃，并反应1～3小时；
（2）将端基单体滴加步骤（1）得到的反应混合物中，滴加时间1～3小时，滴加完后保温反应2～5小时即可；
以质量分数计，将70%～90%的所述耐强酸可碱溶UV固化树脂和10%～30%的二次固化单体制成玻璃保护剂；所述二次固化单体包含丙烯酸缩水甘油酯、甲基丙烯酸缩水甘油酯、丙烯酸缩水甘油醚、甲基丙烯酸缩水甘油醚中的一种或几种；
将所述的玻璃保护剂涂覆在玻璃表面，并加入光引发剂，在紫外光照射下完成光固化；将涂覆后的玻璃浸泡在氢氟酸中，完成玻璃刻蚀工艺；之后将刻蚀完成后的玻璃取出，放入NaOH水溶液中，将涂层溶解后即可完成玻璃刻蚀。
2.权利要求1所述的一种耐强酸可碱溶UV固化树脂在玻璃蚀刻工艺中的应用。
3.一种玻璃保护剂，其特征在于，所述玻璃保护剂包括：以质量分数计，70%～90%的权利要求1或2所述的耐强酸可碱溶UV固化树脂和10%～30%的二次固化单体，其中，所述二次固化单体为同时含有双键基团和环氧基团的小分子化合物。
4.根据权利要求3所述的一种玻璃保护剂，其特征在于，所述二次固化单体包含丙烯酸缩水甘油酯、甲基丙烯酸缩水甘油酯、丙烯酸缩水甘油醚、甲基丙烯酸缩水甘油醚中的一种或几种。
5.权利要求3或4所述的一种玻璃保护剂在玻璃蚀刻工艺中的应用。
6.根据权利要求5所述的应用，其特征在于，所述的应用具体包括：将权利要求3或4所述的玻璃保护剂涂覆在玻璃表面，并加入光引发剂，在紫外光照射下完成光固化；将涂覆后的玻璃浸泡在氢氟酸中，完成玻璃刻蚀工艺；之后将刻蚀完成后的玻璃取出，放入NaOH水溶液中，将涂层溶解后即可完成玻璃刻蚀。
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