CN112480803A - 一种水性低光泽光固化涂料及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了水性低光泽光固化涂料及其制备方法。所述涂料包括以下组分：

Description

一种水性低光泽光固化涂料及其制备方法
【技术领域】
本发明涉及高分子涂料技术领域，具体涉及一种水性低光泽光固化涂料及其制备方法。
【背景技术】
现有的紫外光固化涂料基本都是油性涂料，即以油性溶剂作为体系的涂料，这种涂料在制造过程中油性溶剂容易挥发，气味较大，漆膜收缩性大、漆膜脆且不易消光等特点，其中超低哑光产品还存在粘度过高、循环使用易返稠、不流平、不易干燥等缺陷，无法满足市场需求，市场上现有的水性紫外光固化涂料则存在固含量低、填充差、漆膜易返白、不耐水、易开裂、易脱漆、不抗刮擦等问题。
【发明内容】
本发明的目的在于提供一种水性低光泽光固化涂料，解决现有的水性涂料固含低、不耐水、易脱漆、不抗刮擦的问题，同时便于水性涂料的流平。
为解决上述问题，本发明提供技术方案如下：一种水性低光泽光固化涂料，包括以下重量份数的组分：
Figure BDA0002752577720000021
所述水性聚氨酯丙烯酸酯包括6官能度低黏度脂肪族聚氨酯丙烯酸酯、3官能度脂肪族聚氨酯丙烯酸酯、2官能度脂肪族聚氨酯丙烯酸酯；所述功能助剂包括涂料消光剂、分散剂、消泡剂、流平剂、光引发剂，不同官能度的水性聚氨酯丙烯酸酯的官能基团的组合能够提高体系的柔顺行，促进涂料在被涂覆物表面的流平，并通过水性聚氨酯丙烯酸酯分子不同的官能基团与邻近的同类分子、不饱和有机硅单体改性的聚氨酯以及亲水扩链剂来相互键合提高机械强度。此外，水性聚氨酯丙烯酸酯分子间的氢键作用使水性聚氨酯丙烯酸酯自身的分子链以及与不饱和有机硅单体改性的聚氨酯、亲水扩链剂形成的分子链形成致密的聚合物网络，使所述水性涂料的漆膜具有优异的耐磨性、柔韧性、耐低温以及耐化学介质性。所述羟苯基三嗪(HPT)用于吸收外部能量，防止外部的紫外光、氧和/或热的破坏作用导致的漆膜易返白的现象，即保护漆膜中的颜料不容易被紫外光照射而降解或者分解，使漆膜持久的保持涂料的色彩，不易返白。
具体的，6官能度低黏度脂肪族聚氨酯丙烯酸酯、3官能度脂肪族聚氨酯丙烯酸酯、2官能度脂肪族聚氨酯丙烯酸酯在所述水性涂料中所起的作用不一致，2官能度脂肪族聚氨酯丙烯酸酯主要用于形成成膜聚合物链，以使聚合物分子之间能够柔顺的相对滑动，便于所述水性涂料固化之前流平。而3官能度脂肪族聚氨酯丙烯酸酯和6官能度低黏度脂肪族聚氨酯丙烯酸酯用于在2官能度脂肪族聚氨酯丙烯酸酯形成的聚合物分子链之间连接相邻的聚合物分子链，使所述水性涂料固化时形成相互交错的三维网状结构，由于3官能度脂肪族聚氨酯丙烯酸酯和6官能度低黏度脂肪族聚氨酯丙烯酸酯不能与每个2官能度脂肪族聚氨酯丙烯酸酯聚合，只能与其中某个2官能度脂肪族聚氨酯丙烯酸酯聚合后再与其他的3官能度脂肪族聚氨酯丙烯酸酯或6官能度低黏度脂肪族聚氨酯丙烯酸酯聚合，这样就形成分子链转动方向可变的立体三维结构，便于在所述水性涂料固化后的漆膜受到摩擦力时能够顺着力的方向滑动一定距离，增强了漆膜的韧性，减小或者避免了对于漆膜的刮擦损害。3官能度脂肪族聚氨酯丙烯酸酯和6官能度低黏度脂肪族聚氨酯丙烯酸酯与聚合物分子链之间的三维网状结构，较之普通分子链之间的氢键及分子间范德华力外还增加了相互连接的化学键，增加了漆膜该处的机械强度。
所述不饱和单体包括γ-(甲基丙烯酰氧基)丙基三甲氧基硅烷(MEMO)和聚四氢呋喃二醇(PTMG)，不饱和的有机硅单体γ-(甲基丙烯酰氧基)丙基三甲氧基硅烷与水性聚氨酯丙烯酸酯聚合后，可提高水性涂料形成的漆膜的机械性能、电气性能和湿态性能。而聚四氢呋喃二醇与水性聚氨酯丙烯酸酯聚合后可以显著提高水性涂料漆膜的耐低温、耐水、耐油、耐磨及耐霉菌等性能。
所述亲水扩链剂包括二羟甲基丙酸(DMPA)、二羟甲基丁酸(DMBA)以及乙二胺，亲水扩链剂二羟甲基丙酸、二羟甲基丁酸中的极性基团如羟基、羧基等基团与被涂覆物表面相互吸引形成氢键，使得漆膜能够牢固的固着于被涂覆物表面。乙二胺中的氨基与水性聚氨酯丙烯酸酯中的酯基反应形成脲键，增强了分子链段的硬段的交联作用，形成较高的结晶密度，导致水分子的渗透难度加大，从而使水性涂料的漆膜具有良好的耐水性能。
所述分散剂为聚乙烯醇及其衍生物、聚丙烯酸盐、聚甲基丙烯酸盐中的一种或集中地混合物，用于使互不相容的组分形成均一稳定的体系，确保各聚合物组分的分子相互交联，机械强度一致。
所述消泡剂是聚有机硅氧烷，用于消除涂料制备过程中产生的气泡。所述流平剂是聚醚改性二甲基硅氧烷，用于使所述水性涂料的成膜物均匀的流平至被涂覆物表面，以形成厚度较一致的漆膜，避免出现厚度不均导致的漆膜各处所受到的应力不均匀易开裂的问题。
所述涂料消光剂为消光粉和蜡浆或蜡粉中的一种或者多种的混合物，所述消光粉为2～5微米的气相二氧化硅，气相二氧化硅的吸油量低、通透性好，且颗粒的表面经过处理，能够分步与所述水性涂料的漆膜表面，使漆膜表面相对平整，能够对光进行漫反射，使漆膜表面的光泽度降低，达到哑光的效果，此外，气相二氧化硅本身颗粒状的形态具有很好的流动性和可压性，便于所述水性涂料在涂覆之后流平形成厚度均匀的漆膜。气相二氧化硅本身所具有的坚硬的特性能够进一步提高所述水性涂料涂覆后形成漆膜的耐磨性和抗刮擦性能。所述光引发剂为2-羟基-2-甲基-1-苯基-1-丙酮、1-羟基环乙基苯基甲酮、2、4、6-三甲基苯甲酰基-二苯基氧化磷(TPO)中一种或几种的混合物。优选2、4、6-三甲基苯甲酰基-二苯基氧化磷(TPO)为光引发剂，在哑光型涂料中，因粉料较多，漆膜较厚，需要高效的紫外光引发剂来达到快速固化的目的，所以以固化速率快、引发效率较高的TPO来做紫外光引发剂。
本发明还提供一种水性低光泽光固化涂料的制备方法，包括如下步骤：
S1、按照确定的配比称取水性聚氨酯丙烯酸酯、不饱和有机硅单体改性的聚氨酯、亲水扩链剂、羟苯基三嗪、水，以及功能助剂中的涂料消光剂、分散剂、消泡剂、流平剂，将完成称量的各物质置于一容器内充分混合，制得初步混合料；
S2、称取定量的光引发剂，并加入上述初步混合料中进行均质，以使光引发剂分散均匀后即得水性涂料。
所述步骤S1中初步混合料混合时的转速先为500～800r/min，搅拌时间5～10分钟，然后将转速调整为1200～2400r/min搅拌10～30分钟。
所述步骤S2中均质时的转速为1800～2000r/min。
与现有技术相比，本发明具有以下优点：
1、本发明的水性低光泽光固化涂料，通过将水性聚氨酯丙烯酸酯和不饱和单体改性的聚氨酯与亲水扩链剂在光引发剂的作用下聚合形成漆膜的聚合物，并利用水性聚氨酯丙烯酸酯的交联特性、水性聚氨酯丙烯酸酯与扩链剂之间的氢键作用以及涂料消光剂中气相二氧化硅的坚硬特性来相互配合提高水性涂料固化后漆膜的机械强度、耐磨性能、抗刮擦性能以及耐水性，并利用水性聚氨酯丙烯酸酯、不饱和单体改性的聚氨酯以及扩链剂与被涂覆物表面形成氢键，以提高漆膜的附着力，使漆膜不易脱漆。本申请所使用的聚合单体均为水溶性单体，水在涂料中的占比仅为15～25，水含量占比较低，固含物占比较高，从而解决现有的水性涂料固含低、不耐水、易脱漆、不抗刮擦的问题，同时便于水性涂料的流平。
2、本发明的水性低光泽光固化涂料的制备方法，采取先将除引发剂外的其他组分混合均匀，以使各组分混合均匀后再与光引发剂均匀混合，避免与引发剂一起混合时部分聚合物分子过早聚合使得水性涂料粘度高、易返稠。水性低光泽光固化涂料的制备过程简单、温和，基本无刺激性气味或者气味较小，安全环保，无污染排放，适合于工业化生产。
【具体实施方式】
下面将结合本发明实施例对本发明的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述的实施例仅是本发明的一部分实施例，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前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明的保护范围。
选取六个不同组分配比的水性低光泽光固化涂料，依次编号为实施例1至6，如表1所示，按照本发明的水性低光泽光固化涂料的制备方法制备各实施例的水性低光泽光固化涂料。并按照涂料的相关检测标准测试各实施例的水性低光泽光固化涂料的性能，记录于表2中，以便进行对比。
表1：实施例1至6的水性低光泽光固化涂料的组分配比表
Figure BDA0002752577720000071
Figure BDA0002752577720000081
表1中所述蜡浆为翁开尔E-342/45或者日本岐阜(GIFU)公司生产的型号为T-10P-5的蜡浆。所述蜡粉为广州新稀冶金化工有限公司生产的弱酸性消光粉SH-S50或者透明消光粉SH-20/80。
本发明的水性低光泽光固化涂料的制备方法，先将除引发剂外的其他组分混合均匀，以使各组分混合均匀后再与光引发剂均匀混合，避免与引发剂一起混合时部分聚合物分子过早聚合使得水性涂料粘度高、易返稠。水性低光泽光固化涂料的制备过程简单、温和，基本无刺激性气味或者气味较小，安全环保，无污染排放，适合于工业化生产。漆膜的收缩性是指通过所述水性涂料涂覆于器物表面的涂层固化干燥后与干燥前的面积相比，缩小的面积占据干燥前的面积的比例。
表2：实施例1至6的水性低光泽光固化涂料性能表
Figure BDA0002752577720000082
Figure BDA0002752577720000091
通过表2的性能对比可以得出：本发明的水性低光泽光固化涂料，随着水性聚氨酯丙烯酸酯中3官能度脂肪族聚氨酯丙烯酸酯以及6官能度低黏度脂肪族聚氨酯丙烯酸酯含量的增加，所述水性涂料的粘稠度增加，实施例6的水性低光泽光固化涂料的黏度约等于实施例1的水性低光泽光固化涂料黏度的2倍，同时所述水性涂料固化干燥后的漆膜的机械强度均得到明显提高，从漆膜的耐磨性逐渐提高数据可以看出，随着水性聚氨酯丙烯酸酯中3官能度脂肪族聚氨酯丙烯酸酯以及6官能度低黏度脂肪族聚氨酯丙烯酸酯含量的增加，漆膜在同样条件下的磨耗比率逐渐降低。而且，随着成膜物原料的增加，虽然溶剂水的含量也增加，但是成膜物的含量增加幅度较小，使形成漆膜的固化物含量基本保持在80％左右，具有较高的固含量。此外，本申请的各实施例制备的所述水性涂料的附着力试验表明本申请的所述水性涂料的附着力较强，即形成的漆膜不容易从被附着物表面脱落，避免所述水性涂料易脱漆的现象发生。耐候性测试结果表明所述水性涂料适应于较宽的冷热环境范围内，在较极端的情况下形成的漆膜也具有良好的性能。奶无形测试结果表明本申请的所述水性涂料的漆膜耐污能力强，能保持被涂覆物表面的洁净。按照测试标准测试的结果表明在含水量较高的环境中涂覆于器物表面所述水性涂料形成的漆膜无失光、变色、起泡、起皱、脱落等现象，表明所述水性涂料的耐水性良好。而光泽度测试结果表明，本申请所述的水性涂料光泽度较弱，达到哑光的效果，而且所述水性涂料形成的漆膜的防脱色性能也比较良好，失光率为4.5～7，漆膜的颜色在实验前后基本无较大的色差变化。柔顺性结果表明所述水性涂料的漆膜无褶皱，触摸手感好。
本发明的水性低光泽光固化涂料，通过将水性聚氨酯丙烯酸酯和不饱和单体改性的聚氨酯与亲水扩链剂在光引发剂的作用下聚合形成漆膜的聚合物，并利用水性聚氨酯丙烯酸酯的交联特性、水性聚氨酯丙烯酸酯与扩链剂之间的氢键作用以及涂料消光剂中气相二氧化硅的坚硬特性来相互配合提高水性涂料固化后漆膜的机械强度、耐磨性能、抗刮擦性能以及耐水性，并利用水性聚氨酯丙烯酸酯、不饱和单体改性的聚氨酯以及扩链剂与被涂覆物表面形成氢键，以提高漆膜的附着力，使漆膜不易脱漆。本申请所使用的聚合单体均为水溶性单体，水在涂料中的占比仅为15～25，水含量占比较低，固含物占比较高，从而解决现有的水性涂料固含低、不耐水、易脱漆、不抗刮擦的问题，同时便于水性涂料的流平。本申请的水性低光泽光固化涂料通过羟苯基三嗪(HPT)吸收外部环境中的能量，防止外部的紫外光、氧和/或热的破坏作用导致的漆膜易返白的现象，即保护漆膜中的颜料不容易被紫外光照射而降解或者分解，使漆膜持久的保持涂料的色彩，不易返白。本申请的水性低光泽光固化涂料通过亲水扩连剂中的乙二胺使得漆膜具有良好的疏水性能，与水性聚氨酯丙烯酸酯聚合分子链的交联密封作用共同起到良好的耐水性能。
本发明的水性低光泽光固化涂料的制备方法，采取先将除引发剂外的其他组分混合均匀，以使各组分混合均匀后再与光引发剂均匀混合，避免与引发剂一起混合时部分聚合物分子过早聚合使得水性涂料粘度高、易返稠。水性低光泽光固化涂料的制备过程简单、温和，基本无刺激性气味或者气味较小，安全环保，无污染排放，适合于工业化生产。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (10)

1.一种水性低光泽光固化涂料，其特征在于，包括以下重量份数的组分：
Figure FDA0002752577710000011
所述水性聚氨酯丙烯酸酯包括6官能度低黏度脂肪族聚氨酯丙烯酸酯、3官能度脂肪族聚氨酯丙烯酸酯、2官能度脂肪族聚氨酯丙烯酸酯；所述功能助剂包括涂料消光剂、分散剂、消泡剂、流平剂、光引发剂。
2.根据权利要求1所述的水性低光泽光固化涂料，其特征在于：所述不饱和单体包括γ-(甲基丙烯酰氧基)丙基三甲氧基硅烷(MEMO)和聚四氢呋喃二醇(PTMG)。
3.根据权利要求1所述的水性低光泽光固化涂料，其特征在于：所述亲水扩链剂包括二羟甲基丙酸(DMPA)、二羟甲基丁酸(DMBA)以及乙二胺。
4.根据权利要求1所述的水性低光泽光固化涂料，其特征在于：所述分散剂为聚乙烯醇及其衍生物、聚丙烯酸盐、聚甲基丙烯酸盐中的一种或集中地混合物。
5.根据权利要求1所述的水性低光泽光固化涂料，其特征在于：所述消泡剂是聚有机硅氧烷，所述流平剂是聚醚改性二甲基硅氧烷。
6.根据权利要求1所述的水性低光泽光固化涂料，其特征在于：所述涂料消光剂为消光粉和蜡浆或蜡粉中的一种或者多种的混合物，所述消光粉为2～5微米的气相二氧化硅。
7.根据权利要求1所述的水性低光泽光固化涂料，其特征在于：所述光引发剂为2-羟基-2-甲基-1-苯基-1-丙酮、1-羟基环乙基苯基甲酮、2、4、6-三甲基苯甲酰基-二苯基氧化膦中一种或几种的混合物。
8.水性低光泽光固化涂料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
S1、按照确定的配比称取水性聚氨酯丙烯酸酯、不饱和有机硅单体改性的聚氨酯、亲水扩链剂、羟苯基三嗪、水，以及功能助剂中的涂料消光剂、分散剂、消泡剂、流平剂，将完成称量的各物质置于一容器内充分混合，制得初步混合料；
S2、称取定量的光引发剂，并加入上述初步混合料中进行均质，以使光引发剂分散均匀后即得水性涂料。
9.根据权利要求8所述的水性低光泽光固化涂料的制备方法，其特征在于：所述步骤S1中初步混合料混合时的转速先为500～800r/min，搅拌时间5～10分钟，然后将转速调整为1200～2400r/min搅拌10～30分钟。
10.根据权利要求8所述的水性低光泽光固化涂料的制备方法，其特征在于：所述步骤S2中均质时的转速为1800～2000r/min。
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