CN113185909A - 一种光固化涂料及其制备方法和应用 - Google Patents

一种光固化涂料及其制备方法和应用 Download PDF

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Abstract

本发明属于涂料制备技术领域，具体涉及一种光固化涂料及其制备方法和应用。该涂料的原料包括5‑20份超支化聚甘油脂肪酸酯、10‑50份聚氨酯丙烯酸酯、10‑50份活性稀释剂、0.5‑8份光引发剂和0.1‑2份助剂。本发明在提高涂料亲水性时无需引入含腐蚀性的磺酸、羧酸等基团，超支化聚甘油脂肪酸酯含有大量醚键，具有较好的柔韧，通过超支化聚甘油脂肪酸酯和聚氨酯丙烯酸酯协同作用可以提高涂料的亲水性、附着力和耐弯折性。皂化值为50‑300mg/g的超支化聚甘油脂肪酸酯在不影响涂料其它性能的前提下提高涂料的亲水效果。

Description

一种光固化涂料及其制备方法和应用
技术领域
本发明属于涂料制备技术领域，具体涉及一种光固化涂料及其制备方法和应用。
背景技术
紫外光固化涂料由于其高效、节能、经济和环境友好等特点，近年来受到了越来越多的关注，已在木材、油墨、塑料、黏结剂、电子元件封装材料、食品包装、杂志封面、医疗器械和汽车行业等领域取得了广泛的应用。紫外光固化涂料主要是由低聚物、活性稀释剂、光引发剂及助剂组成。紫外光固化的主要反应历程是由辐射引起光引发剂的分解，生成活性自由基并进一步引发活性稀释剂/低聚物发生聚合反应交联。
随着国民经济的不断发展和人民生活水平的日益提高，对各种功能性材料的要求越来越高。例如，空调换热器中的铝翅片，需要采用疏水或者亲水处理；亲水处理高效简单，成为空调翅片采用的基本方法。再有，如防雾玻璃或者眼镜镜片为了达到不起雾的效果，同样需要采用疏水或亲水处理，疏水处理需要采用氟化处理，对工艺和原材料有更高的要求，对环境也会产生污染。因此，亲水处理是成为处理功能材料常用的方法之一。
中国专利文献CN102850897A公开了一种光固化亲水涂料，其组分包括磺酸盐单体、光固化乳液、多官能活性稀释剂、光引发剂、助剂和溶剂，该亲水涂料会将磺酸盐引入涂料中，固化后，这些基团仍然存在涂料中，对基材产生一定的腐蚀作用，影响涂料的使用寿命；此外，在涂料涂覆完成后，需要将涂料中的溶剂烘干才可以形成完整的涂膜，使工艺繁复，影响了涂料的施工效率，若缩短涂料的干燥时间，则需要引入加热设备，不环保且浪费能源。中国专利文献CN105176293A公开的超亲水涂料也存在上述问题。
发明内容
因此，本发明要解决的技术问题在于克服现有技术中的亲水性涂料需要引入对基材具有腐蚀作用的磺酸、羧酸等基团，以及涂料需经高温固化、附着性差、耐弯折性差等缺陷，从而提供了一种光固化涂料及其制备方法和应用。
为此，本发明提供了以下技术方案。
本发明提供了一种光固化涂料，以重量份数计，其原料包括5-20份超支化聚甘油脂肪酸酯、10-50份聚氨酯丙烯酸酯、10-50份活性稀释剂、0.5-8份光引发剂和0.1-2份助剂；
所述超支化聚甘油脂肪酸酯的皂化值为50-300mg/g。
所述超支化聚甘油脂肪酸酯的结构式如下：
Figure BDA0003022267170000021
其中，R为COOCH＝CH2或COOC(CH3)＝CH2。
所述超支化聚甘油脂肪酸酯的原料包括摩尔比为(5-30)：1的丙烯酸甲酯或甲基丙烯酸甲酯与超支化聚甘油脂肪酸酯；
所述超支化聚甘油的分子量为2000-5000。
所述聚氨酯丙烯酸酯为聚醚类聚氨酯丙烯酸酯和/或聚酯类聚氨酯丙烯酸酯。
所述光固化涂料的原料包括10-20份超支化聚甘油脂肪酸酯。
所述光引发剂为2-甲基-2-羟基-1-苯基丙酮、1-羟基环己基苯乙酮、2,4,6-三甲基苯基酰基-二苯基氧化磷和二苯甲酮中的至少一种。
所述活性稀释剂为单甲醚聚乙二醇丙烯酸酯、聚二乙醇二丙烯酸酯、1,6-己二醇二丙烯酸酯、新戊二醇二丙烯酸酯、二缩丙二醇二丙烯酸酯、三缩丙二醇二丙烯酸酯、三羟甲基丙烷二丙烯酸酯、1,4-丁二醇二丙烯酸酯、三羟甲基丙烷三丙烯酸酯、乙氧基1,6-己二醇二丙烯酸酯、乙氧基新戊二醇二丙烯酸酯、乙氧基三羟甲基丙烷三丙烯酸酯、乙氧基季戊四醇三丙烯酸酯和乙氧基季戊四醇四丙烯酸酯中的至少一种。
所述助剂为消泡剂和/或流平剂。
所述光固化涂料的原料还包括0.1-2份润湿分散剂和/或阻聚剂。
本发明还提供了一种上述光固化涂料的制备方法，包括以下步骤，
各原料混合均匀后得到所述光固化涂料；
其中，所述超支化聚甘油脂肪酸酯是通过酯交换反应制备得到。
所述超支化聚甘油脂肪酸酯的制备方法包括，超支化聚甘油与甲基丙烯酸甲酯或丙烯酸甲酯，在80-100℃、催化剂的作用下，通过酯交换反应得到。其中，催化剂为碱性催化剂、有机锡和有机钛催化剂中的至少一种。
本发明还提供了一种上述光固化涂料或上述方法制备得到的光固化涂料在具有亲水性要求的产品中的应用。具有亲水性要求的产品可以是空调换热器中的铝翅片、防雾玻璃、眼镜镜片等。
本发明技术方案，具有如下优点：
1.本发明提供的光固化涂料，该涂料的原料包括5-20份超支化聚甘油脂肪酸酯、10-50份聚氨酯丙烯酸酯、10-50份活性稀释剂、0.5-8份光引发剂和0.1-2份助剂。本发明在提高涂料亲水性时无需引入含腐蚀性的磺酸、羧酸等基团，超支化聚甘油脂肪酸酯含有大量醚键，具有较好的柔韧，但本体强度不够，一般情况不会应用于受力部件，与聚氨酯丙烯酸酯协同作用可以克服超支化聚甘油脂肪酸强度不够的缺点，能够应用于受力部件，通过超支化聚甘油脂肪酸酯和聚氨酯丙烯酸酯协同作用可以提高光固化涂料的亲水性、附着力和耐弯折性。皂化值为50-300mg/g的超支化聚甘油脂肪酸酯在不影响涂料其它性能(耐水性、附着性、柔软性等)的前提下有助于提高涂料的亲水效果。皂化值过高，会影响超支化聚甘油脂肪酸酯的亲水性，皂化值过低，会影响超支化聚甘油脂肪酸酯的附着力以及与其它组分的相容性，使涂料出现分离。
本发明提供的光固化涂料在室温下就可以固化，无需高温操作，减少设备投入，且该涂料的原料可以不用溶剂，固含量高。
2.本发明提供的光固化涂料，通过控制超支化聚甘油的数均分子量为2000-5000，丙烯酸甲酯或甲基丙烯酸甲酯与超支化聚甘油脂肪酸酯的摩尔比，可以保证得到皂化值为50-300mg/g的超支化聚甘油脂肪酸酯，超支化聚甘油的分子量过高会降低超支化聚甘油脂肪酸酯与其它组分的互溶性，分子量过低，得到的超支化聚甘油脂肪酸酯的皂化值高，涂料的亲水性就会变差。
本发明通过采用的聚醚类聚氨酯丙烯酸酯，聚醚类聚氨酯丙烯酸酯与超支化聚甘油脂肪酸酯的相容性较好，大分子可以相互缠绕，能够更好实现各自性能优势，提高光固化涂料的附着性和柔韧性。本发明提供的光固化涂料的性能是由各组分协同作用实现的，是整个涂料体系发挥作用实现的。
聚酯类聚氨酯丙烯酸酯的硬度高、耐磨，有助于提高光固化涂料的附着力和强度等性能。
具体实施方式
提供下述实施例是为了更好地进一步理解本发明，并不局限于所述最佳实施方式，不对本发明的内容和保护范围构成限制，任何人在本发明的启示下或是将本发明与其他现有技术的特征进行组合而得出的任何与本发明相同或相近似的产品，均落在本发明的保护范围之内。
实施例中未注明具体实验步骤或条件者，按照本领域内的文献所描述的常规实验步骤的操作或条件即可进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市购获得的常规试剂产品。
聚氨酯丙烯酸酯是聚醚类聚氨酯丙烯酸酯和/或聚酯类聚氨酯丙烯酸酯，其中，聚醚类聚氨酯丙烯酸酯可以是沙多玛CN966J75，松常SU530，长兴DR-U367-1等；聚酯类聚氨酯丙烯酸酯可以是松常SU5656，五行W300，沙多玛CN965等多个不同厂家生产的不同型号的聚氨酯丙烯酸酯。在以下实施例和对比例中，用到的聚氨酯丙烯酸酯的型号为多玛CN966J75，消泡剂为TEGO1484，流平剂为BYK310。
实施例1
本实施例提供了一种光固化涂料，其原料包括20kg超支化聚甘油丙烯酸酯、30kg聚氨酯丙烯酸酯、20kg三羟甲基丙烷三丙烯酸酯、5kg 1-羟基环己基苯乙酮、0.5kg消泡剂和0.5kg流平剂。
上述光固化涂料的制备方法包括，所有原料混合均匀后得到光固化涂料。
其中，超支化聚甘油丙烯酸酯的制备方法包括，200g分子量为2000的超支化聚甘油、890g丙烯酸甲酯和5.05g钛酸四丁酯混合，在100℃下回流，经精馏柱分馏甲醇，反应6h后蒸馏出多余的丙烯酸甲酯，得到超支化聚甘油丙烯酸酯，其中超支化聚甘油丙烯酸酯的皂化值为83.2mg/g。
实施例2
本实施例提供了一种光固化涂料，其原料包括15kg超支化聚甘油丙烯酸酯、25kg聚氨酯丙烯酸酯、20kg聚乙二醇400二丙烯酸酯、23kg乙氧基三羟甲基丙烷三丙烯酸酯、7kg2-甲基-2-羟基-1-苯基丙酮、0.5kg消泡剂和0.5kg流平剂。
上述光固化涂料的制备方法包括，所有原料混合均匀后得到光固化涂料。
其中，超支化聚甘油丙烯酸酯的制备方法包括，300g分子量为3000的超支化聚甘油、1335g丙烯酸甲酯和6.23g钛酸四丁酯混合，在100℃下回流，经精馏柱分馏甲醇，反应6h后蒸馏出多余的丙烯酸甲酯，得到超支化聚甘油丙烯酸酯，其中超支化聚甘油丙烯酸酯的皂化值为112.3mg/g。
实施例3
本实施例提供了一种光固化涂料，其原料包括15kg超支化聚甘油丙烯酸酯、25kg聚氨酯丙烯酸酯、20kg聚乙二醇400二丙烯酸酯、23kg乙氧基三羟甲基丙烷三丙烯酸酯、7kg1-羟基环己基苯乙酮、0.5kg消泡剂和0.5kg流平剂。
上述光固化涂料的制备方法包括，所有原料混合均匀后得到光固化涂料。
其中，超支化聚甘油丙烯酸酯的制备方法包括，200g分子量为4000的超支化聚甘油、670g丙烯酸甲酯和3.5g三乙胺混合，在100℃下回流，经精馏柱分馏甲醇，反应6h后蒸馏出多余的丙烯酸甲酯，得到超支化聚甘油丙烯酸酯，其中超支化聚甘油丙烯酸酯的皂化值为90.9mg/g。
实施例4
本实施例提供了一种光固化涂料，其原料包括5kg超支化聚甘油丙烯酸酯、45kg聚氨酯丙烯酸酯、20kg乙氧基新戊二醇二丙烯酸酯、23kg乙氧基三羟甲基丙烷三丙烯酸酯、3kg 2-甲基-2-羟基-1-苯基丙酮、4kg 1-羟基环己基苯乙酮、0.5kg消泡剂和0.5kg流平剂。
上述光固化涂料的制备方法包括，所有原料混合均匀后得到光固化涂料。
其中，超支化聚甘油丙烯酸酯的制备方法包括，200g分子量为2000的超支化聚甘油、450g丙烯酸甲酯和3.15g二月桂酸二丁基锡混合，在100℃下回流，经精馏柱分馏甲醇，反应6h后蒸馏出多余的丙烯酸甲酯，得到超支化聚甘油丙烯酸酯，其中超支化聚甘油丙烯酸酯的皂化值为134.9mg/g。
实施例5
本实施例提供了一种光固化涂料，其原料包括20kg超支化聚甘油丙烯酸酯、35kg聚氨酯丙烯酸酯、12kg1,6-己二醇二丙烯酸酯、25kg乙氧基1,6-己二醇二丙烯酸酯、3kg 2,4,6-三甲基苯基酰基-二苯基氧化磷、5kg二苯甲酮、0.5kg消泡剂和0.5kg流平剂。
上述光固化涂料的制备方法包括，所有原料混合均匀后得到光固化涂料。
其中，超支化聚甘油丙烯酸酯的制备方法包括，300g分子量为3000的超支化聚甘油、1000g甲基丙烯酸甲酯和5.75g辛酸亚锡混合，在100℃下回流，经精馏柱分馏甲醇，反应6h后蒸馏出多余的丙烯酸甲酯，得到超支化聚甘油丙烯酸酯，其中超支化聚甘油丙烯酸酯的皂化值为164.9mg/g。
实施例6
本实施例提供了一种光固化涂料，其原料包括20kg超支化聚甘油丙烯酸酯、35kg聚氨酯丙烯酸酯、15kg季戊四醇三丙烯酸酯、25kg乙氧基1,6-己二醇二丙烯酸酯、5kg光引发剂、0.5kg消泡剂、0.5kg流平剂和0.5kg阻聚剂(Effulgence-510)。
上述光固化涂料的制备方法包括，所有原料混合均匀后得到光固化涂料。
其中，超支化聚甘油丙烯酸酯的制备方法包括，200g分子量为4000的超支化聚甘油、900g甲基丙烯酸甲酯和5.35g辛酸亚锡混合，在100℃下回流，经精馏柱分馏甲醇，反应6h后蒸馏出多余的丙烯酸甲酯，得到超支化聚甘油丙烯酸酯，其中超支化聚甘油丙烯酸酯的皂化值为155.7mg/g。
对比例1
本对比例提供了一种光固化涂料，其原料包括30kg聚氨酯丙烯酸酯、20kg三羟甲基丙烷三丙烯酸酯、5kg 1-羟基环己基苯乙酮、0.5kg消泡剂和0.5kg流平剂。
上述光固化涂料的制备方法包括，所有原料混合均匀后得到光固化涂料。
对比例2
本对比例提供了一种光固化涂料，其原料包括20kg PEG2000聚氨酯丙烯酸酯、30kg聚氨酯丙烯酸酯、20kg三羟甲基丙烷三丙烯酸酯、5kg 1-羟基环己基苯乙酮、0.5kg消泡剂和0.5kg流平剂。
上述光固化涂料的制备方法包括，所有原料混合均匀后得到光固化涂料。
对比例3
本对比例提供了一种光固化涂料，其原料包括20kg乙氧基化甘油丙烯酸酯、30kg聚氨酯丙烯酸酯、20kg三羟甲基丙烷三丙烯酸酯、5kg 1-羟基环己基苯乙酮、0.5kg消泡剂和0.5kg流平剂。
上述光固化涂料的制备方法包括，所有原料混合均匀后得到光固化涂料。
其中，乙氧基化甘油丙烯酸酯的制备方法包括，乙氧基化甘油、890g丙烯酸甲酯和5.05g钛酸四丁酯混合，在100℃下回流，经精馏柱分馏甲醇，反应6h后蒸馏出多余的丙烯酸甲酯，得到乙氧基化聚甘油丙烯酸酯，其中乙氧基化聚甘油丙烯酸酯的皂化值为78mg/g。其中，乙氧基化甘油的合成方法包括，以甘油为起始剂，碱性催化剂催化，与环氧乙烷反应得到的乙氧基化甘油，分子量约为2000，羟值约为84mgKOH/g。
对比例4
本对比例提供了一种光固化涂料，其原料包括20kg超支化聚甘油丙烯酸酯、30kg聚氨酯丙烯酸酯、20kg三羟甲基丙烷三丙烯酸酯、5kg 1-羟基环己基苯乙酮、0.5kg消泡剂和0.5kg流平剂。
上述光固化涂料的制备方法包括，所有原料混合均匀后得到光固化涂料。
其中，超支化聚甘油丙烯酸酯的皂化值＞450mg/g。
试验例
本试验例提供了实施例1-6和对比例1-4提供的光固化涂料的性能测试及测试结果，测试方法如下，测试结果见表1。
光固化涂料初期亲水角的测试方法为：将涂料涂覆在铝基材上，在室温、800mj/cm2条件下UV固化，在固化好的试样上滴入0.03ml去离子水滴，在20-25℃内采用接触角测试仪测定水滴与试片的夹角。
涂料的干湿循环角的测试方法为：将涂料涂覆在铝基材上，在室温、800mj/cm2条件下UV固化，将固化好的涂层在纯净水中浸泡2min，提起风干6min，该过程为一个循环，重复该循环300次，取出，测定试样的亲水角，即为涂料的干湿循环角。
光固化涂料的附着力的测试方法：参照GB/T 9286-1998《色漆和清漆漆膜的划格实验》，数字越大，代表附着力越差。
涂料硬度的测试方法：参照GB/T 6739-2006《色漆和清漆铅笔法测定漆膜硬度》。
观察光固化涂料在铝箔、PC板上的适用情况：将涂料分别涂覆在铝箔、PC板上，按照GB/T 9286-1998《色漆和清漆漆膜的划格实验》测试其附着力，附着力为0级、1级、2级时，说明适用。
光固化涂料固化后的外观通过肉眼观察是否均匀；涂膜的气味通过5人嗅觉测评，以少数服从多数为测评原则。
光固化涂料耐弯折性的测试方法为：参照GB/T 1731-1993柔韧性的测试方法，通过在不同直径的轴棒弯曲，观察漆膜是否有裂纹、网纹及剥落等破坏现象，轴棒为1-7，数字越大，代表耐弯折性越好。
表1光固化涂料的性能测试结果
Figure BDA0003022267170000101
Figure BDA0003022267170000111
注：表1中，L、PC板分别代表涂料在铝箔、PC板上的适用情况。
通过实验结果的记载，可以知道的是，本发明提供的光固化涂料具有较好的亲水性、附着力和耐弯折性。通过实施例1和对比例1-4实验结果的记载，本发明光固化涂料采用特定的超支化聚甘油脂肪酸酯可以提高涂料的亲水性、附着性和强度。
显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引申出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。

Claims (10)

1.一种光固化涂料，其特征在于，以重量份数计，其原料包括5-20份超支化聚甘油脂肪酸酯、10-50份聚氨酯丙烯酸酯、10-50份活性稀释剂、0.5-8份光引发剂和0.1-2份助剂；
所述超支化聚甘油脂肪酸酯的皂化值为50-300mg/g。
2.根据权利要求1所述的光固化涂料，其特征在于，所述超支化聚甘油脂肪酸酯的原料包括摩尔比为(5-30)：1的丙烯酸甲酯或甲基丙烯酸甲酯与超支化聚甘油脂肪酸酯；
所述超支化聚甘油的分子量为2000-5000。
3.根据权利要求1或2所述的光固化涂料，其特征在于，所述聚氨酯丙烯酸酯为聚醚类聚氨酯丙烯酸酯和/或聚酯类聚氨酯丙烯酸酯。
4.根据权利要求1-3任一项所述的光固化涂料，其特征在于，其原料包括10-20份超支化聚甘油脂肪酸酯。
5.根据权利要求1-4任一项所述的光固化涂料，其特征在于，所述光引发剂为2-甲基-2-羟基-1-苯基丙酮、1-羟基环己基苯乙酮、2,4,6-三甲基苯基酰基-二苯基氧化磷和二苯甲酮中的至少一种。
6.根据权利要求1-5任一项所述的光固化涂料，其特征在于，所述活性稀释剂为单甲醚聚乙二醇丙烯酸酯、聚二乙醇二丙烯酸酯、1,6-己二醇二丙烯酸酯、新戊二醇二丙烯酸酯、二缩丙二醇二丙烯酸酯、三缩丙二醇二丙烯酸酯、三羟甲基丙烷二丙烯酸酯、1,4-丁二醇二丙烯酸酯、三羟甲基丙烷三丙烯酸酯、乙氧基1,6-己二醇二丙烯酸酯、乙氧基新戊二醇二丙烯酸酯、乙氧基三羟甲基丙烷三丙烯酸酯、乙氧基季戊四醇三丙烯酸酯和乙氧基季戊四醇四丙烯酸酯中的至少一种。
7.根据权利要求1-6任一项所述的光固化涂料，其特征在于，所述助剂为消泡剂和/或流平剂。
8.根据权利要求1-7任一项所述的光固化涂料，其特征在于，还包括0.1-2份润湿分散剂和/或阻聚剂。
9.权利要求1-8任一项所述光固化涂料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤，
各原料混合均匀后得到所述光固化涂料；
其中，所述超支化聚甘油脂肪酸酯是通过酯交换反应制备得到。
10.权利要求1-8任一项所述的光固化涂料或权利要求9所述方法制备得到的光固化涂料在具有亲水性要求的产品中的应用。
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