CN112480804A - 一种水性uv光固化聚氨酯涂料及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本申请公开一种水性UV光固化聚氨酯涂料及其制备方法，由以下组分组成：芳香族聚氨酯丙烯酸酯30‑39份、磷酸酯改性丙烯酸酯25‑35份、光引发剂3‑5份、纳米抗磨剂4‑8份、钛酸酯偶联剂、0.6‑1.8份、填料1‑3份、水性涂料助剂0.6‑1.8份、水15‑18份，以芳香族聚氨酯丙烯酸酯为基体树脂，与磷酸酯改性丙烯酸酯发生聚合反应形成化学键连接作用力的超支化低聚物，再添加由复合纳米材料组成的纳米抗磨剂，钛酸酯偶联剂分子中的羟基，能够与基材形成键合作用，极大地提高了附着力而水性涂料助剂可提高原料间的分散性和相容性，使得本申请的水性UV光固化聚氨酯涂料具有超耐磨和高附着力的特性，同时还具有较好的耐酸碱性能，可用于地板，家具，木质风扇叶，乐器等木制品。

Description

一种水性UV光固化聚氨酯涂料及其制备方法

技术领域

本发明属于木板涂料技术领域，具体涉及一种水性UV光固化聚氨酯涂料及其制备方法。

背景技术

水性UV固化涂料技术因其符合环保、节能、清洁生产理念而日益为人们所关注，与传统溶剂型UV光固化涂料相比，其优点在于不含溶剂，可大大消除了有机挥发份(VOC)对环境的污染，且具有固化速度快、节能、生产效率高、涂层性能好等优点。

但现有水性UV涂料应用于地板漆时，存在耐磨性和附着力差的问题。

发明内容

本发明为了解决现有水性UV涂料应用于地板漆时存在耐磨性和附着力差的问题的技术问题，提供一种水性UV光固化聚氨酯涂料。

本发明的另一个目的是提供一种水性UV光固化聚氨酯涂料的制备方法。

一种水性UV光固化聚氨酯涂料，由以下重量组分的物质组成：

所述纳米抗磨剂由质量比为2：1：1：1的纳米SiO₂、纳米MgO、纳米GO和纳米MoSi₂复合而成。

本申请的水性UV涂料，以芳香族聚氨酯丙烯酸酯为基体树脂，与磷酸酯改性丙烯酸酯发生聚合反应形成化学键连接作用力的超支化低聚物，再添加由复合纳米材料组成的纳米抗磨剂，复合纳米材料在紫外光固化过程中与低聚物发生反应，形成交联的三维网状结构，具有较大的比表面积和较强的反应活性，赋予涂膜更强的金属附着力、更好的耐化学腐蚀性、耐摩擦性和冲击性，使得力学性能明显提高，且钛酸酯偶联剂分子中的羟基，能够与基材形成键合作用，极大地提高了附着力，对涂层的附着力有很大的改善，而水性涂料助剂可提高原料间的分散性和相容性，使得本申请的水性UV光固化聚氨酯涂料具有超耐磨和高附着力的特性，同时还具有较好的耐酸碱性能，可用于地板，家具，木质风扇叶，乐器等木制品。

如上所述的一种水性UV光固化聚氨酯涂料，所述芳香族聚氨酯丙烯酸酯的粘度为8000-15000CPS、NCO≤0.5％。优选为BR7412型号产品，其结构含有羟基、醚基和不饱和键，具有韧性好、附着力佳的特点，芳香族聚氨酯的耐磨性优于脂肪族聚氨酯，这是因为芳香族树脂中含有苯环，刚性大，利于耐磨，聚氨酯具有的氨酯键在高聚物分子间很容易形成氢键，在外力的作用下，氢键可分离而吸收外来的能量，当外力除去后可重新再形成氢键，如此氢键裂开，再形成，可逆重复，使得漆膜具有优异的机械耐磨性。

如上所述的一种水性UV光固化聚氨酯涂料，所述磷酸酯改性丙烯酸酯为PAM-100、PAM-200、PAM-4000中的任一种。所述磷酸酯改性丙烯酸酯，是将环氧树脂用P₂O₅酯化，再与丙烯酸接枝共聚，得到比环氧树脂直接接枝的产物稳定性更好的水基分散体。改磷酸酯改性丙烯酸酯的分值结构上带有C＝C不饱和双键，可参与自由基聚合反应，与基体树脂发生化学反应形成化学键连接作用力形成超支化低聚物，使得涂料具有优异的附着力和耐磨性，有效提高了涂料与基材的层间附着力，磷酸及能够与基材表面形成牢固的化学键，而且带有一定长链的磷酸酯可以通过磷酸酯基较强的渗透作用，渗透到塑料的浅表层，形成一定的锚钉作用。

如上所述的一种水性UV光固化聚氨酯涂料，所述水性涂料助剂包括以下重量组分：分散稳定剂0.1-0.3份、流平剂0.1-0.3份、防沉剂0.1-0.3份、增稠剂0.1-0.3份、消泡剂0.1-0.3份和pH调节剂0.1-0.3份。所述分散剂优选为DISPERSANT-2013，所述防沉剂优选为BYK-AT-210。

流平剂为BYK-410或BYK-333，是一种有机硅流平剂，表面富集大量的甲基集团，表面张力低，表面活性极高，可以有效的降低水性UV涂料的表面张力，

消泡剂为JT-908，聚硅氧烷类水性消泡剂，是一种改性聚二甲基硅氧烷高效消泡剂乳液，其消泡速度快，分散性能优异，稀释后不易破乳现象，消泡效果比矿物油类和聚酯类都好。

如上所述的一种水性UV光固化聚氨酯涂料，所述钛酸酯偶联剂为单烷氧基不饱和脂肪酸钛酸酯或异丙基二油酸酰氧基(二辛基磷酸酰氧基)钛酸酯。钛酸酯偶联剂对涂层的附着力有很大的改善，分子中含有羟基，能够与基材形成键合作用，极大地提高了附着力。

如上所述的一种水性UV光固化聚氨酯涂料，所述纳米抗磨剂中纳米SiO₂、纳米MgO、纳米GO和纳米MoSi₂均经超声纳米粉碎机粉碎至100nm以下。引入无机纳米粒子制备有机纳米杂化材料，在紫外光固化过程中与涂料中的低聚物发生反应，形成交联的三维网状结构，具有较大的比表面积和较强的反应活性，从而提升涂料对基材的附着强度，使得涂膜力学性能有明显提高。氧化硅断裂韧性较好，不易破碎，纳米粒子尺寸小，均匀分散在树脂中，使涂层表面较为光滑，在涂膜摩擦过程中，纳米粒子在涂膜表面产生富集，充当了自润滑的作用，降低了涂膜的摩擦系数；二是涂膜表明的树脂被磨损后，在表面富集的纳米SiO2颗粒足以形成完整的润滑膜，使树脂被磨损的几率减少，从而耐磨性提高。纳米氧化石墨烯(GO)由于特许的二维结构，其表面含氧集团在聚合过程中会与基胶发生化学键合，形成相容性较好的杂化材料，提升复合材料的性能。

如上所述的一种水性UV光固化聚氨酯涂料，所述光引发剂为Irgacure184或Irgacure2959。具有固化时间较短的优点。

如上所述的一种水性UV光固化聚氨酯涂料，所述填料为透明粉、氧化硅、滑石粉中任一种。

一种上述的水性UV光固化聚氨酯涂料的制备方法，包括以下步骤：

1)、将芳香族聚氨酯丙烯酸酯、磷酸酯改性丙烯酸酯、填料、水性涂料助剂和水混合，以400～500转/分钟转速搅拌20～30分钟，得初阶混合物；

2)、向上述初阶混合物中加入纳米抗磨剂、钛酸酯偶联剂和光引发剂，以200～300转/分钟转速搅拌20～30分钟，通过过滤设备除去杂质，即得。

本发明相对于现有技术，有以下优点：

本申请的水性UV光固化聚氨酯涂料，由以下组分组成：芳香族聚氨酯丙烯酸酯30-39份、磷酸酯改性丙烯酸酯25-35份、光引发剂3-5份、纳米抗磨剂4-8份、钛酸酯偶联剂、0.6-1.8份、填料1-3份、水性涂料助剂0.6-1.8份、水15-18份，以芳香族聚氨酯丙烯酸酯为基体树脂，与磷酸酯改性丙烯酸酯发生聚合反应形成化学键连接作用力的超支化低聚物，再添加由复合纳米材料组成的纳米抗磨剂，复合纳米材料在紫外光固化过程中与低聚物发生反应，形成交联的三维网状结构，具有较大的比表面积和较强的反应活性，赋予涂膜更强的金属附着力、更好的耐化学腐蚀性、耐摩擦性和冲击性，使得力学性能明显提高，且钛酸酯偶联剂分子中的羟基，能够与基材形成键合作用，极大地提高了附着力，对涂层的附着力有很大的改善，而水性涂料助剂可提高原料间的分散性和相容性，使得本申请的水性UV光固化聚氨酯涂料具有超耐磨和高附着力的特性，同时还具有较好的耐酸碱性能，可用于地板，家具，木质风扇叶，乐器等木制品。

本申请的水性UV光固化聚氨酯涂料的制备方法，加工简单，成本较低，所制得的水性UV光固化聚氨酯涂料应用于地板漆，具有超耐磨和附着力高的特点，体系的粘度用水来调节，而不必使用稀释单体，这样可以避免由活性稀释单体引起的收缩，用这种方法可以得到极薄的涂层，涂布量少既可达到满意涂装效果，节约成本，具有更大的经济价值，施工简单多样化可喷涂、淋涂，用途广，可用于地板，家具，木质风扇叶，乐器等木制品。

具体实施方式

下面对本发明技术作具体说明：

结合具体实施例1-4和对比例1说明本发明的具体技术方案：

实施例1：

一种上述的水性UV光固化聚氨酯涂料的制备方法，包括以下步骤：

1)、按表1配比称取各组分，将芳香族聚氨酯丙烯酸酯、磷酸酯改性丙烯酸酯、填料、水性涂料助剂和水混合，以400转/分钟转速搅拌30分钟，得初阶混合物；

2)、向上述初阶混合物中加入纳米抗磨剂、钛酸酯偶联剂和光引发剂，以250转/分钟转速搅拌30分钟，通过过滤设备除去杂质，即得。

实施例2：

一种上述的水性UV光固化聚氨酯涂料的制备方法，包括以下步骤：

1)、按表1配比称取各组分，将芳香族聚氨酯丙烯酸酯、磷酸酯改性丙烯酸酯、填料、水性涂料助剂和水混合，以500转/分钟转速搅拌20分钟，得初阶混合物；

2)、向上述初阶混合物中加入纳米抗磨剂、钛酸酯偶联剂和光引发剂，以300转/分钟转速搅拌20分钟，通过过滤设备除去杂质，即得。

实施例3：

一种上述的水性UV光固化聚氨酯涂料的制备方法，包括以下步骤：

1)、按表1配比称取各组分，将芳香族聚氨酯丙烯酸酯、磷酸酯改性丙烯酸酯、填料、水性涂料助剂和水混合，以450转/分钟转速搅拌30分钟，得初阶混合物；

2)、向上述初阶混合物中加入纳米抗磨剂、钛酸酯偶联剂和光引发剂，以200转/分钟转速搅拌30分钟，通过过滤设备除去杂质，即得。

实施例4：

一种上述的水性UV光固化聚氨酯涂料的制备方法，包括以下步骤：

1)、按表1配比称取各组分，将芳香族聚氨酯丙烯酸酯、磷酸酯改性丙烯酸酯、填料、水性涂料助剂和水混合，以400转/分钟转速搅拌25分钟，得初阶混合物；

2)、向上述初阶混合物中加入纳米抗磨剂、钛酸酯偶联剂和光引发剂，以250转/分钟转速搅拌25分钟，通过过滤设备除去杂质，即得。

对比例1为市售水性UV光固化涂料。

表1：实施例1～4中各组分的重量配比

将实施例1-4和对比例1的水性UV光固化涂料涂布在木板上，涂布工艺为：木板(表面砂光)→刮涂水性木器透明腻子(两遍，间隔5h，涂布量120g/m2)→表面砂光(顺木纹方向)→棍涂水性UV涂料→预干燥→UV固化(功率密度80-120w/cm)；18h后进行理化性能测试。

理化性能测试项目包括附着力、耐磨性、漆膜硬度、耐酸、碱性，测试标准和方法如下所示，测试结果如表2所示:

(1)附着力

使用六刃切割刀，与木纹方向呈45°方向对涂膜进行切割，所有切割都应划透至基材表面，重复上述操作，与原先切割线呈90°角相交，形成网格图形。用软毛刷沿网格对角线方向轻轻向后扫几次，向前扫几次。4倍放大镜观察涂层切割区，估算网格破损率来确定附着力等级。

涂膜网格破损率计算方法:w＝m/25×100％

式中:W—涂膜网格破损率，％；m—破损网格数；25—总切割网格数。

当W＝0时，附着力为0级；0<W<5％时，附着力为1级；5％<W<15％时，附着力为2级:15％<W<35％时，附着力为3级:35％<W<65％时，附着力为4级；W>65％时，附着力为5级。

每个试样随机选择三个不同位置测定，三次附着力等级一样为止。

(2)耐磨性

使用磨耗试验仪进行耐磨性测定，橡胶砂轮上粘贴120#砂纸，砂磨圈数为100圈，计算砂磨前后试件的质量变化,每个试样砂磨三次，计算三次的平均质量损耗。

(3)铅笔硬度

采用中华铅笔，硬度范围9B-9H，削出5mm-6mm笔芯，试验时，铅笔与涂膜呈45°，以0.5mm/s-1mm/s的速度朝离开操作者的方向推动至少7mm的距离，每次试验前用400#砂纸将笔芯尖端磨平。使用放大倍数为6倍～10倍的放大镜来评定破坏。如果未出现划痕，更换较高硬度铅笔直到出现至少3mm长的划痕为止；如果已经出现超过3mm的划痕，降低铅笔硬度直到超过3mm的划痕不再出现为止。

每个试样随机选择3个区域进行测定，试验结果相同即为最终铅笔硬度。

(4)耐酸、耐碱性

将涂布漆膜的木板分别于浓度5％的硫酸溶液和浓度55％的NAOH溶液中浸泡24h后观察有无失光、变色、脱落和斑点。

表2：实施例1～4和对比例1的性能测试结果

由上述对比实验可知，本申请实施例制备的水性UV光固化聚氨酯涂料具有较好的耐磨性、附着力和耐、酸碱性能。本申请的水性UV涂料，以芳香族聚氨酯丙烯酸酯为基体树脂，与磷酸酯改性丙烯酸酯发生聚合反应形成化学键连接作用力的超支化低聚物，再添加由复合纳米材料组成的纳米抗磨剂，复合纳米材料在紫外光固化过程中与低聚物发生反应，形成交联的三维网状结构，具有较大的比表面积和较强的反应活性，赋予涂膜更强的金属附着力、更好的耐化学腐蚀性、耐摩擦性和冲击性，使得力学性能明显提高，且钛酸酯偶联剂分子中的羟基，能够与基材形成键合作用，极大地提高了附着力，对涂层的附着力有很大的改善，而水性涂料助剂可提高原料间的分散性和相容性，使得本申请的水性UV光固化聚氨酯涂料具有超耐磨和高附着力的特性，同时还具有较好的耐酸碱性能，可用于地板，家具，木质风扇叶，乐器等木制品。

以上所述仅为本申请的较佳实施例而已，并不用以限制本申请，凡在本申请的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种水性UV光固化聚氨酯涂料，其特征在于：由以下重量组分的物质组成：

所述纳米抗磨剂由质量比为2-4：1-2：1-2：1-2的纳米SiO₂、纳米MgO、纳米GO和纳米MoSi₂复合而成。

2.根据权利要求1所述的一种水性UV光固化聚氨酯涂料，其特征在于：所述芳香族聚氨酯丙烯酸酯的粘度为8000-15000CPS、NCO≤0.5％。

3.根据权利要求1所述的一种水性UV光固化聚氨酯涂料，其特征在于：所述磷酸酯改性丙烯酸酯为PAM-100、PAM-200、PAM-4000中的任一种。

4.根据权利要求1所述的一种水性UV光固化聚氨酯涂料，其特征在于：所述水性涂料助剂包括以下重量组分：分散稳定剂0.1-0.3份、流平剂0.1-0.3份、防沉剂0.1-0.3份、增稠剂0.1-0.3份、消泡剂0.1-0.3份和pH调节剂0.1-0.3份。

5.根据权利要求1所述的一种水性UV光固化聚氨酯涂料，其特征在于：所述钛酸酯偶联剂为单烷氧基不饱和脂肪酸钛酸酯或异丙基二油酸酰氧基(二辛基磷酸酰氧基)钛酸酯。

6.根据权利要求1所述的一种水性UV光固化聚氨酯涂料，其特征在于：所述纳米抗磨剂中纳米SiO₂、纳米MgO、纳米GO和纳米MoSi₂均经超声纳米粉碎机粉碎至100nm以下。

7.根据权利要求1所述的一种水性UV光固化聚氨酯涂料，其特征在于：所述光引发剂为Irgacure184或Irgacure2959。

8.根据权利要求1所述的一种水性UV光固化聚氨酯涂料，其特征在于：所述填料为透明粉、氧化硅、滑石粉中任一种。

9.一种根据权利要求1-8任一项所述的水性UV光固化聚氨酯涂料的制备方法，其特征在于包括以下步骤：

1)、将芳香族聚氨酯丙烯酸酯、磷酸酯改性丙烯酸酯、填料、水性涂料助剂和水混合，以400～500转/分钟转速搅拌20～30分钟，得初阶混合物；

2)、向上述初阶混合物中加入纳米抗磨剂、钛酸酯偶联剂和光引发剂，以200～300转/分钟转速搅拌20～30分钟，通过过滤设备除去杂质，即得。