CN112898854A

CN112898854A - 一种“万能”水性led光固化塑料涂料及其制备方法

Info

Publication number: CN112898854A
Application number: CN201911217201.6A
Authority: CN
Inventors: 周建国
Original assignee: Changzhou Lelide New Material Co Ltd
Current assignee: Changzhou Lelide New Material Co Ltd
Priority date: 2019-12-03
Filing date: 2019-12-03
Publication date: 2021-06-04

Abstract

本发明涉及一种“万能”水性光固化涂料的制备，由改性多功能树脂、光引发剂、助溶剂、色浆和去离子水等组成。树脂采用（环氧）丙烯酸酯类、聚氨酯类、聚酯类为基本共聚单体，同时引入多官能团的混合单体，通过特定的工艺合成水溶性树脂。该树脂一物多用，具有多种功效，可大大降低涂料的制备工艺与成本。与常规水性涂料相比，此发明得到的涂料最大优势即“万能”真正实现了“一涂多用”，可用于木质品、金属、塑料、橡胶等多种基材；此水性涂料具有极低的VOC，几乎无气味，绿色环保；光固化后得到的涂层性能优益：耐候性、耐腐蚀、耐溶剂性佳，附着力强能与基底紧密结合，硬度高等。该涂料不仅实现“万能”，且聚优于一身，实现了涂料领域的突破。

Description

一种“万能”水性LED光固化塑料涂料及其制备方法

技术领域

本发明涉及一种“万能”水性光固化涂料的制备方法，可应用于木制品、金属、塑料等，属于水性涂料领域。

背景技术

涂料工业在国民经济众多行业的服务和支持中发挥着至关重要的作用，涂料产品应用广泛。近年来中国涂料工业发展迅速，其中水性LED光固化涂料产品市场份额逐年增加。水性涂料是一种用水做为活性稀释剂，其体系中没有有机溶剂，对环境无污染。对比传统的涂料有以下突出优点：1.水作为活性稀释剂，可以通过在反应体系中添加水来调解光固化体系的黏度和流变性；2.体系中无溶剂，解决了低VOC 排放、应性稀释性的毒性和刺激性等环境问题；3.固化效率高、节能环保、操作方便易行；4.适用范围广、可使用多种涂装设备、具有潜在无毒喷涂应用前景；LED光固化技术相比传统汞灯固化不仅效率高、还更可靠、体积小，寿命长。LED出光表面没有热辐射，芯片热量通过背部的散热结构排除，避免高压汞灯的高温表面带来的各种隐患。本发明的涂料为水性LED光固化涂料，集多种优势于一身，应用广泛。

发明内容

本发明的目的在于提供一种“万能”水性光固化涂料的制备方法。本发明制备的水性LED光固化涂料具有优良的稳定性、高成膜性、低粘度以及低VOC含量的特征，无异味残留，不仅减小了施工难度，降低了对施工人员和环境的毒害，是真正的环保绿色材料。改性多功能树脂，一物多用。树脂分子中的长链基团可有效的增强柔韧性，磷酸基团使涂料与金属建材等结合更紧密，增强附着力，氟原子增强材料的疏水性。改性树脂本身有很好的水溶性，成型后的涂层硬度高，疏水性强，不易溶于水、酸或碱等溶剂，耐水性，耐候性能更佳，集多种高性能于一身，可应用于木制品、金属、塑料等，室内室外也均可应用，真正实现了 “万能”。

一种“万能”水性光固化涂料的制备，配方由改性多功能树脂70-90份、光引发剂3-6份、助溶剂3-5份、色浆3-7份、填料3-6份和去离子水组成。

其中所述“万能”水性光固化涂料，由以下步骤制备：

a）、改性多功能树脂的制备：将异佛尔酮二异氰酸酯加入到改性后的（环氧）丙烯酸酯、聚氨酯类、聚酯类混合物中，在装有温度计、磁力搅拌、回流装置的反应容器中加入亲水性引发剂并通入氮气，开启搅拌并升温到90℃，在回流状态下将混合单体35%加入到反应瓶，保温0.5h，滴加剩余混合单体液，在3-5h内滴加完毕，注意控制滴加速度和反应温度。滴加完后，加入扩链剂、含氟类物质保温3h,降温至50℃左右，并加入中和剂中，得到水溶性改性多功能树脂。

b）、“万能”涂料的制备：在容器中加入改性多功能树脂、助溶剂、色浆、填料搅拌均匀后加入光引发剂，最后加入去离子水搅拌成粘稠的均一流体，然后置于50℃水浴加热10min，即可得到所述的“万能”水性光固化涂料。

所用的丙烯酸酯类为丙烯酸、甲基丙烯酸、甲基丙烯酸丁酯、甲基丙烯酸甲酯、苯乙烯、（甲基）丙烯酸乙酯、甲基丙烯酸异冰酯中的一种或几种的组合。所用的环氧丙烯酸酯类为环氧丙烯酸、环氧甲基丙烯酸及（甲基）丙烯酸丁酯、环氧甲基丙烯酸甲酯、环氧（甲基）丙烯酸乙酯、环氧甲基丙烯酸异冰酯中的一种或几种的组合。所用的端羟基不饱和的氨基丙烯酸类物质为氨基丙烯酸酯、3-羟-2-氨基丙烯酸酯、乙基-3-(N,N-二甲氨基)丙烯酸酯、氨基甲酰聚乙二醇酯、甲基丙烯酸二甲氨基乙酯中的一种或几种的组合。

所用的含氟类单体为丙烯酸六氟丁酯、3-甲基-2羟基三氟丁酯、甲基丙烯酸六氟丁酯、丙烯酸六氟异丁酯、丙烯酸八氟戊酯、甲基丙烯酸八氟戊酯中的一种或几种的组合。

所用的扩链剂为丙酸、丁酸、戊酸、三羟基甲基丙烷、聚丙二醇、聚乙二醇、聚四氢呋喃二醇、聚己二酸1,6-己二醇酯中的一种或几种的组合。

所用的填料为钛白粉、云母粉、滑石粉、硫酸钡中的一种或几种的组合。

所用的引发剂为水溶性的亚硫酸钠、硫代硫酸钠、多元醇及多元胺，过氧类过氧化二特丁基、过氧化二异丙苯和光引发自由基类2-甲基-1-（4-甲硫基苯基）-2-咖啡基-1-丙酮、2,4,6-三甲基苯甲酰基-而苯基氧化膦、1-羟基环己基苯基甲酮的一种或几种的组合。

所用的中和剂选自三乙胺、2-氨基-2-甲基-1-丙醇、三乙醇胺、N,N-二甲基乙醇胺、氨水、氢氧化钠中的一种或几种。

所用的多功能单体为甲基丙烯酸羟乙酯、甲基丙烯酸羟丙酯、丙烯酸甲酯、丙烯酸乙酯、丙烯酸丙酯、醋酸乙烯酯、磷酸胺、2-羟基甲基丙烯酸酯磷酸酯、甲基丙烯酸酯、3-丁基羟基丙烯酸酯中的一种或几种的组合。

具体实施方式

实施例1

a）、改性多功能树脂的制备：将异佛尔酮二异氰酸酯（30份）加入到甲基丙烯酸（30份）、环氧甲基丙烯酸（20份）、3-羟-2-氨基丙烯酸酯（20份）混合物中，在装有温度计、磁力搅拌、回流装置的反应容器中加入硫代硫酸钠（3份）通入氮气，开启搅拌并升温到90℃，在回流状态下将甲基丙烯酸羟乙酯（20份）和甲基丙烯酸羟丙酯（20份）35%加入到反应瓶，保温0.5h，滴加剩余混合单体液，在3-5h内滴加完毕，注意控制滴加速度和反应温度。滴加完后，加入丁酸（35份）、丙烯酸六氟丁酯（10份）保温3h,降温至50℃左右，并加入中和剂中，得到水溶性改性多功能树脂。

b）、“万能”涂料的制备：在容器中加入改性多功能树脂（90份）、助溶剂（4份）、色浆（4份）、填料（4份）搅拌均匀后加入、过氧化二特丁基（3份），最后加入去离子水搅拌成粘稠的均一流体，然后置于50℃水浴加热10min，即可得到所述的“万能”水性光固化涂料coating-1。将此涂料喷涂到清洁好木板表面，常温下放置5min,红外流平9-12min, LED光固化1-2min，得到的25g/m2的涂层，硬度3H，耐湿热性可达40天。

实施例2

a）、改性多功能树脂的制备：将异佛尔酮二异氰酸酯（30份）加入到甲基丙烯酸丁酯（30份）、环氧甲基丙烯酸（20份）、氨基甲酰聚乙二醇酯（20份）混合物中，在装有温度计、磁力搅拌、回流装置的反应容器中加入硫代硫酸钠（3份）通入氮气，开启搅拌并升温到90℃，在回流状态下将甲基丙烯酸羟乙酯（20份）和甲基丙烯酸羟丙酯（20份）35%加入到反应瓶，保温0.5h，滴加剩余混合单体液，在3-5h内滴加完毕，注意控制滴加速度和反应温度。滴加完后，加入丁酸（35份）、丙烯酸六氟丁酯（10份）保温3h,降温至50℃左右，并加入中和剂中，得到水溶性改性多功能树脂。

b）、“万能”涂料的制备：在容器中加入改性多功能树脂（90份）、助溶剂（4份）、色浆（4份）、填料（4份）搅拌均匀后加入、过氧化二特丁基（3份），最后加入去离子水搅拌成粘稠的均一流体，然后置于50℃水浴加热10min，即可得到所述的“万能”水性光固化涂料coating-2。将此涂料喷涂到清洁好木板表面，常温下放置5min,红外流平9-12min, LED光固化1-2min，得到的25g/m2的涂层，硬度3H，耐湿热性可达37天。

实施例3

a）、改性多功能树脂的制备：将异佛尔酮二异氰酸酯（30份）加入到甲基丙烯酸（30份）、环氧甲基丙烯酸（20份）、氨基甲酰聚乙二醇酯（20份）混合物中，在装有温度计、磁力搅拌、回流装置的反应容器中加入硫代硫酸钠（3份）通入氮气，开启搅拌并升温到90℃，在回流状态下将甲基丙烯酸羟乙酯（20份）和甲基丙烯酸羟丙酯（20份）的35%加入到反应瓶，保温0.5h，滴加剩余混合单体液，在3-5h内滴加完毕，注意控制滴加速度和反应温度。滴加完后，加入丁酸、丙烯酸六氟丁酯保温3h,降温至50℃左右，并加入中和剂中，得到水溶性改性多功能树脂。

b）、“万能”涂料的制备：在容器中加入改性多功能树脂（90份）、助溶剂（4份）、色浆（4份）、填料（4份）搅拌均匀后加入、过氧化二特丁基（3份），最后加入去离子水搅拌成粘稠的均一流体，然后置于50℃水浴加热10min，即可得到所述的“万能”水性光固化涂料coating-3。将此涂料喷涂到清洁好木板表面，常温下放置5min, 红外流平9-12min, LED光固化1-2min，得到的25g/m2的涂层，硬度3H，耐湿热性可达38天。

下表为实施案例1-3制备的水性木器涂料的测试结果。

由上表可见，本发明的水性涂料具有极低的VOC，几乎无气味，绿色环保；光固化后得到的涂层耐候性、耐腐蚀、耐溶剂性佳，附着力强能与基底紧密结合，硬度高等特征。

Claims

1.一种“万能”水性光固化涂料的制备，其特征在于：配方由改性多功能树脂70-90份、光引发剂3-6份、助溶剂3-5份、色浆3-7份、填料3-6份和去离子水组成；其中所述的改性多功能树脂，由以下步骤制备：

a）、改性多功能树脂的制备：将异佛尔酮二异氰酸酯加入到改性后的（环氧）丙烯酸酯、聚氨酯类、聚酯类混合物中，在装有温度计、磁力搅拌、回流装置的反应容器中加入亲水性引发剂并通入氮气，开启搅拌并升温到90℃，在回流状态下将混合单体35%加入到反应瓶，保温0.5h，滴加剩余混合单体液，在3-5h内滴加完毕，注意控制滴加速度和反应温度；滴加完后，加入扩链剂、含氟类物质保温3h,降温至50℃左右，并加入中和剂中，得到水溶性改性多功能树脂；

2.根据权利要求1所述的“万能”水性光固化涂料，其特征在于丙烯酸酯类为丙烯酸、甲基丙烯酸及（甲基）丙烯酸丁酯、甲基丙烯酸甲酯、苯乙烯、（甲基）丙烯酸乙酯、甲基丙烯酸异冰酯中的一种或几种的组合；环氧丙烯酸酯类为环氧丙烯酸、环氧甲基丙烯酸及（甲基）丙烯酸丁酯、环氧甲基丙烯酸甲酯、环氧（甲基）丙烯酸乙酯、环氧甲基丙烯酸异冰酯中的一种或几种的组合；所用的端羟基不饱和的氨基丙烯酸类物质为氨基丙烯酸酯、3-羟-2-氨基丙烯酸酯、乙基-3-(N,N-二甲氨基)丙烯酸酯、氨基甲酰聚乙二醇酯、甲基丙烯酸二甲氨基乙酯中的一种或几种的组合。

3.根据权利要求1所述的“万能”水性光固化涂料，其特征在于所述的含氟类单体为丙烯酸六氟丁酯、3-甲基-2羟基三氟丁酯、甲基丙烯酸六氟丁酯、丙烯酸六氟异丁酯、丙烯酸八氟戊酯、甲基丙烯酸八氟戊酯中的一种或几种的组合。

4.根据权利要求1所述的“万能”水性光固化涂料，其特征在于所述的扩链剂为丙酸、丁酸、戊酸、三羟基甲基丙烷、聚丙二醇、聚乙二醇、聚四氢呋喃二醇、聚己二酸1,6-己二醇酯中的一种或几种的组合。

5.根据权利要求1所述的“万能”水性光固化涂料，其特征在于所述的填料为钛白粉、云母粉、滑石粉、硫酸钡中的一种或几种的组合。

6.根据权利要求1所述的“万能”水性光固化涂料，其特征在于所述的引发剂为水溶性的亚硫酸钠、硫代硫酸钠、多元醇及多元胺，过氧类过氧化二特丁基、过氧化二异丙苯和光引发自由基类2-甲基-1-（4-甲硫基苯基）-2-咖啡基-1-丙酮、2,4,6-三甲基苯甲酰基-而苯基氧化膦、1-羟基环己基苯基甲酮的一种或几种的组合。

7.根据权利要求1所述的“万能”水性光固化涂料，其特征在于所述中和剂选自三乙胺、2-氨基-2-甲基-1-丙醇、三乙醇胺、N,N-二甲基乙醇胺、氨水、氢氧化钠中的一种或几种。

8.根据权利要求1所述的“万能”水性光固化涂料，其特征在于所述多功能单体为甲基丙烯酸羟乙酯、甲基丙烯酸羟丙酯、丙烯酸甲酯、丙烯酸乙酯、丙烯酸丙酯、醋酸乙烯酯、磷酸胺、2-羟基甲基丙烯酸酯磷酸酯、甲基丙烯酸酯、3-丁基羟基丙烯酸酯中的一种或几种的组合。

9.根据权利要求1所述的“万能”水性光固化涂料，其特征在于所改性树脂的分子量为20000-40000。

10.根据权利要求1所述的“万能”水性光固化涂料在木制品、金属、塑料等涂料领域的应用。