CN113278355B - 一种水性uv光固化涂料及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本申请涉及光固化涂料的领域，具体公开了一种水性uv光固化涂料及其制备方法。水性uv光固化涂料，按重量份计，包括以下组分：水性脂肪族聚氨酯丙烯酸酯低聚物乳液70‑90份、成膜助剂6‑10份、光敏引发剂1‑3份、改性助剂1‑4份、助溶剂3‑5份、强化纤维10‑12份、去离子水6‑10份；其制备方法为：按配比将改性助剂、助溶剂与70%配方份的去离子水混合，加入强化纤维，搅拌均匀，接着加入水性脂肪族聚氨酯丙烯酸酯低聚物乳液，搅拌均匀，并混入配方份的光敏引发剂、成膜助剂与剩余配方量的去离子水，调节pH和粘度，即得成品。本申请的水性uv光固化涂料具有不易开裂的优点。

Description

一种水性uv光固化涂料及其制备方法

技术领域

本申请涉及光固化涂料的领域，更具体地说，它涉及一种水性uv光固化涂料及其制备方法

背景技术

光固化涂料又称光敏涂料，是以紫外光为涂料固化能源，又称紫外光固化涂料。不需加热，可在纸张、塑料、皮革和木材等易燃底材上迅速固化成膜。水性UV光固化涂料综合了水性及紫外光固化技术的优点，解决了水性涂料固有的低硬度、低附着力的缺点，实现了水性环保化、低成本化和高效率应用

水性光固化涂料在干燥的过程中，首先要使用热风，红外，微波等方式烘干水分，对涂料进行预干燥；然后再通过紫外光辐射进行光固化干燥。

然而在进行预干燥阶段中，涂料表层快速失水，容易导致涂料膜层开裂，从而影响涂料的成型效果。

发明内容

为了较少涂料膜层开裂，本申请提供一种水性uv光固化涂料及其制备方法。

第一方面，本申请提供一种uv光固化涂料，采用如下的技术方案：

一种水性uv光固化涂料，按重量份计，包括以下组分：水性脂肪族聚氨酯丙烯酸酯低聚物乳液70-90份、成膜助剂6-10份、光敏引发剂1-3份、改性助剂1-4份、助溶剂3-5份、强化纤维10-12份、去离子水6-10份。

通过以上技术方案，当涂料涂覆在板材表面时，工作人员首先使用热风机吹扫涂料表面，使得涂料表面升温，从而加快了涂料中水分的挥发，当涂料中水分挥发完全后，工作人员可以使用紫外灯对涂料进行照射，此时光敏引发剂受到紫外线的照射后，产生自由基，进而促进水性脂肪族聚氨酯丙烯酸酯低聚物之间发生聚合，使涂料固化。

本申请发明人发现，涂料在预干燥阶段容易发生开裂，可能是因为预干燥过程中，涂料内部的结合强度不够；涂料在预干燥过程水分流失过快，涂料来不及通过自身的流动填补水分流失时产生的空隙；涂料表层与涂料内部的失水速度差异过大，从而涂料表层与涂料内部的收缩程度差异明显等原因。

强化纤维的加入，提高了涂料内部的凝聚力，从而在预干燥步骤中，提高了涂料内部的内结合力，减少了由于涂料失水速度过快而导致涂料开裂的情况，提高了涂料涂抹在板材表面的平整性，提高了涂料的成膜效果。

助溶剂的加入，可以替代部分去离子水起到溶剂的作用，并且提高了水性脂肪族聚氨酯丙烯酸酯乳液的稳定性。助溶剂选沸点高于水的脂肪醇，一方面可以与去离子水以任意比互溶，从而在预干燥步骤中，去去离子水可以优先蒸出，此时助溶剂仍然可以保持涂料缓慢的流动性。涂料可以通过自身的缓慢流动，从而填补涂料内部由于失水而产生的微小裂缝，从而减少了涂料经过预干燥后开裂的情况。

可选的，所述助溶剂为乙二醇、丙醇中的一种或几种。

通过以上技术方案，乙二醇、丙醇均可以与水一任意比例互溶并且降低预干燥期间溶剂的挥发的速度，从而减少了涂料层的开裂。

可选的，按重量份计，所述强化纤维包括木质纤维20-25份，玻璃纤维12-15份。

通过以上技术方案，木质纤维分布在涂料层内，第一方面提高了涂料面各处相互连接的紧密性，第二方面，由于木质纤维素内部多孔的构造，使其可以吸附大量的水分，从而减少了涂料的失水速率。第三方面涂料表层的水份被烘干后，涂料内部的水分通过毛细作用在木质纤维内部通道中流向涂料表层，并对涂料表层的水分进行补充，减少了由于涂料表层干燥过快，而造成的涂料内外收缩程度不同，涂料表层开裂的情况。

玻璃纤维的加入，提高了涂料各处的抗拉强度，从而当断裂发生时，一方面位于裂缝两端的玻璃纤维可以阻断裂缝的延长，另一方面横跨在裂缝处的玻璃纤维为裂缝的两侧提供拉力，从而减小了裂缝的变宽，抑制了微型裂缝的成长，提高了涂料的整体的平整性。

可选的，所述木质纤维平均直径为25-30μm，木质纤维长度为200-300μm。

通过以上技术方案，木质纤维的直径小于25μm，容易导致木质纤维内部的空隙率降低，并且水分在内部通道内通过毛细作用的传导速度变慢；木质纤维的直径过大时，如大于30μm，会导致涂料不易拌和，并且涂料层涂覆厚度过后，影响涂料平整性。木质纤维长度过长容易导致木质纤维在搅拌过程中发生团聚，从而影响木质纤维在涂料中的分散性，而木质纤维过短，则会影响对涂料的加强效果。

可选的，所述木质纤维使用前需要经过活化处理，

将木质纤维浸泡在pH为13的氢氧化钠溶液中24h。

通过以上技术方案，木质纤维经过碱液活化后，碱液将木质纤维表面的油脂的杂质溶解，并使得木质纤维软化，木质纤维内部通道空隙变大，有利于水分在木质纤维内部流通，木质纤维在经过碱液浸泡后，质地变软，从而可以更好的分散在涂料内部。

可选的，所述玻璃纤维的直径为10-15μm，长度为400-500μm。

通过以上技术方案，由于玻璃纤维具有良好的抗拉强度，从而玻璃纤维填充在涂料内部后，可以提高涂料的抗拉性能，本申请发明人发现，当玻璃纤维的长度大于木质纤维长度时，涂料断裂伸长率更高，进而涂料的抗开裂能力更好，其原因可能是当玻璃纤维长度大于木质纤维时，每根玻璃纤维分布在涂料层内的有效面积增大，从而每根玻璃纤维可以为更大面积的涂料层提供拉力支持。玻璃纤维长度大于木质纤维后，玻璃纤维的两端更容易与不同的木质纤维相互缠绕，从而木质纤维与玻璃纤维之间相互配合，提高了涂料的断裂伸长率。玻璃纤维长于木质纤维的设置，使得涂料在受到拉伸时，玻璃纤维在涂料内部抵抗拉力起到了主要的作用，从而进一步的减少了涂料开裂的情况。

可选的，所述光敏引发剂型号为1173和/或2959。

通过以上技术方案，通过选择合适的光敏引发剂，从而便于控制链反应的速率，进而调节固化速率以及固化程度。

可选的，所述改性助剂包括湿润剂、流平剂、消泡剂；

湿润剂、流平剂、消泡剂的重量比为2:1:1。

通过以上技术方案，湿润剂，流平剂，消泡剂的加入，提高了涂料性能，降低了涂料内部的气泡，从而提高了涂料涂覆后的平整性。

第二方面，本申请提供一种光敏引发剂制备方法，采用如下技术方案：

一种水性uv光固化涂料的制备方法，包括以下步骤：

S1，按配比将改性助剂、助溶剂与70％配方份的去离子水混合，加入强化纤维，搅拌均匀，得到调节剂；

S2，将水性脂肪族聚氨酯丙烯酸酯低聚物乳液加入调节剂中，搅拌10min，搅拌速度800r/min；得到涂料主剂A；

S3，将配方份的光敏引发剂、成膜助剂与剩余配方量的去离子水混合，均匀后得到涂料主剂B；

S4，将涂料主剂A与B相互混合，搅拌10min，搅拌速度为800r/min得到涂料粗成品；

S5，使用酸碱调节剂组调节涂料粗成品至pH为8.0-8.5；得到涂料半成品；

S6，使用增稠剂调节涂料半成品至粘度为60KU。

通过以上技术方案，工作人员分别配置涂料主剂A与涂料主剂B，并且涂料主剂A与涂料主剂B配置的先后顺序不影响最后所得涂料的性能，工作人员接着将涂料主剂A与涂料主剂B相互混合，调节pH并调节粘度后，即为成品。上述制备方法操作简答，调节pH后提高了固化时的活性，促进了固化反应的进行，增稠剂调节粘度为60KU后，涂料更容易涂覆在板材表面，并且提高了涂料的挂覆性能。

可选的，所述酸碱调节剂组包括醋酸溶液和氨水溶液。

进一步的醋酸溶液的浓度可以优选为0.1mol/L，氨水的浓度可以优选为0.1mol/L。

通过采用以上技术方案，使用醋酸溶液和氨水溶液作为酸碱调节剂，在调节pH的同时，还可以引入极性基团羧酸根和氨基，从而提高了涂料的水溶性，由于调节终点为弱碱性(pH为8.0-8.5)，酸碱中和终点，有少量氨水留存。随着预干燥的进行，多余的氨水挥发，从而不影响涂料的正常使用。

综上所述，本申请具有以下有益效果：

1、由于本申请采用强化纤维和助溶剂，一方面减少了水的用量，并降低了涂料的失水速率，另一方面提高了涂料的内部结合强度，从而减少了涂料在预干燥阶段开裂的情况，提高了涂料的涂覆效果；

2、本申请中优选采用玻璃纤维与木质纤维进行复配，从而提高了涂料内部结合强度，并且提高了涂料内部到涂料表层的透水性能，从而加快了涂料干燥速度，减少了涂料内外干燥速度差距过大而导致涂料易开裂的情况；

3、本申请的方法，制备的涂料，经过调节pH以及粘度的调节，具有良好的挂覆能力，从而可以稳定的涂覆在板材表面上，提高了施工的便捷性。

具体实施方式

以下原料均可通过市售获得：

水性脂肪族聚氨酯丙烯酸酯低聚物乳液购买自珠海市金团化学品有限公司的HOMAAP-8103(PUA乳液)；

本申请实施例中助溶剂选用丙三醇；在其他的实施方案中助溶剂还可以选用乙二醇或乙二醇与丙三醇组合使用。

成膜助剂购买自美国伊士曼化工公司的成膜助剂OE-300；

湿润剂购买自广州厚洹化学助剂有限公司的HD4406；

流平剂购买自黄山奥盛源新材料科技有限公司LAG-925；

光敏引发剂选用光敏引发剂2959；

消泡剂购买自德国毕克化学公司的byk025；

增稠剂购买自北京麦尔化工科技有限公司HY302。

本申请实施例中使用的酸碱调节剂组包括0.1mol/L的醋酸溶液和0.1mol/L的氨水溶液。

实施例

实施例1

一种水性uv光固化涂料，包括水性脂肪族聚氨酯丙烯酸酯低聚物乳液80kg，成膜助剂8kg，光敏引发剂2kg，流平剂1kg、湿润剂2kg、消泡剂1kg、丙三醇3kg，强化纤维10kg、去离子水8kg。

强化纤维包括木质纤维6.25kg，玻璃纤维3.75kg。木质纤维平均直径为25μm，木质纤维平均长度为200μm；玻璃纤维的平均直径为10μm，平均长度为400μm。

实施例1采用如下方法制备：

木质纤维的活化：将木质纤维浸泡在pH为13的氢氧化钠溶液中浸泡24小时。

调节剂的制备:按配比将流平剂、湿润剂、消泡剂、丙三醇与70％配方份的去离子水混合得到混合液，将配方份的木质纤维从氢氧化钠溶液中捞出，沥干水分至含水量为200％后，与配方份的玻璃纤维一同加入到混合液中，搅拌均匀，得到调节剂。

涂料主剂A的制备:将水性脂肪族聚氨酯丙烯酸酯低聚物加入调节剂中，搅拌10min，搅拌速度800r/min，得到涂料主剂A。

涂料主剂B的制备：将配方份的光敏引发剂、成膜助剂与30％配方量的去离子水混合均匀后得到涂料主剂B；

涂料粗成品的制备，将涂料主剂A和涂料主剂B混合，搅拌10min，搅拌速度800r/min，得到涂料粗成品。

涂料半成品的制备，使用醋酸溶液和氨水溶液调节涂料粗成品的pH至8，得到涂料半成品；

涂料半成品粘度的调节，通过加入增稠剂，调节液体粘度至60KU，得到涂料。

实施例2

与实施例1的不同之处在于本申请所使用强化纤维用量不同，本实施例所使用的木质纤维为6.76kg，玻璃纤维为3.24kg。

实施例3

与实施例1的不同之处在于本申请所使用强化纤维用量不同，本实施例所使用的木质纤维为5.41kg，玻璃纤维为4.59kg。

实施例4

与实施例1的不同之处在于，本实施例中丙三醇用量为3kg，强化纤维用量为12kg，其中木质纤维的重量为7.5kg，玻璃纤维的重量为4.5kg。

实施例5

与实施例1的不同之处在于，本实施例中丙三醇用量为5kg，强化纤维用量为12kg，其中木质纤维的重量为7.5kg，玻璃纤维的重量为4.5kg。

实施例6

与实施例1的不同之处在于，本实施例中木质纤维平均直径为25μm，木质纤维平均长度为300μm；玻璃纤维的平均直径为10μm，平均长度为500μm。

实施例7

与实施例1的不同之处在于，本实施例中木质纤维平均直径为25μm，木质纤维平均长度为300μm；玻璃纤维的平均直径为10μm，平均长度为400μm。

对比例

对比例1

与实施例1的不同之处在于，本对比例中未添加强化纤维，并使用与助溶剂等重量的去离子水替代助溶剂。

对比例2

与实施例1的不同之处在于，本对比例中使用与助溶剂等重量的去离子水替代助溶剂。

对比例3

与实施例1的不同之处在于，本对比例中木质纤维未经过活化处理。

对比例4

与实施例1的不同之处在于，本对比例中木质纤维的平均长度为500μm，玻璃纤维的平均长度为600μm。

对比例5

与实施例5的不同之处在于，本对比例中强化纤维强化纤维用量为15kg，其中木质纤维的重量为9.375kg，玻璃纤维的重量为5.625kg。

对比例6

于是实施例1的不同之处在于，木质纤维平均长度为200μm；玻璃纤维的平均长度为200μm。

性能检测试验

检测实施例1-7对比例1-6所得的涂料性能，包括预干燥时间、涂料厚度、涂料开裂情况、涂料柔韧性

预干燥时间测试实验的具体测量操作以实施例1的测量为例：

取实施例1的涂料作为样品，涂覆在板材上，涂覆厚度为30μm，50℃环境下烘干至重量不再变化，记为此时重量减少为满额重量损失。当在测试实施例1涂料预干燥时间时，同样取实施例1的涂料涂覆在板材上，涂覆厚度为15μm，50℃环境下烘干同时称重，当重量损失达到满额重量损失的80％时，记录时间，为预干燥时间。

测定涂料在正常使用时的涂覆厚度，涂料厚度根据GB/T13452.2-2008公开的机械法进行检测。

涂料开裂情况测试，涂料涂覆后，在1m²的涂料区域内，随机选取5个1dm²的取样区，统计取样区内的裂缝数，并计算平均值，对于横跨在取样区边界处的裂缝，采用“记上不记下，记左不记右”的方式进行取样。

2、根据GB1731—79公开的漆膜圆柱弯曲测试器测试漆膜柔韧性

检测方法/试验方法

表1实施例1-6与对比例1-5的漆膜性能检测

结合实施例1-3和对比例1可以看出，强化纤维和助溶剂的加入可以有效的延长于涂料在预干燥过程中的失水速率，从而延长预干燥时间。另一方面还可以提高涂料的内结合强度，提高涂料的柔韧性。

玻璃纤维与木质纤维相互配合，一方面木质纤维内部具有丰富的空隙，可以吸附去离子水，从而降低了去离子水的挥发速度，由于预干燥过程中，涂料表层的去离子水损失速度较快，此时涂料内部的去离子水可以通过毛细作用在木质纤维内部空隙中快速传导至涂料表层，从而补充涂料表层失水，进而使得涂料表层与内部失水速度相近，减少了由于涂料外层与内部收缩不均而造成的开裂现象，玻璃纤维素的加入，提高了涂料内部的抗拉强度，从而提高了涂料的柔韧性。当开裂发生时，玻璃纤维提供的拉力可以阻止微小裂缝的延长和变宽，从而减小了开裂的发生。

结合实施例1、4和对比例5可以看出，适当增加强化纤维的用量，可以提高涂料的柔韧性，但是强化纤维用量过多会使涂料各组分的分散性与流动性明显下降，强化纤维之间容易发生团聚，从而导致涂料涂覆后各处性能不均匀，涂料容易开裂。

结合实施例1和对比例2.结合实施例4、5可以看出，助溶剂(丙三醇)的加入，可以降低涂料在预干燥过程中的失水速度，从而减小预干燥过程中，由于溶剂(去离子水与助溶剂)流失速度过快，而造成涂料易开裂的情况。

结合实施例1和对比例3可以看出，木质纤维经过活化后，可以减小涂料的开裂情况。

结合实施例1、6、7和对比例4可以看出，木质纤维与玻璃纤维的直径对于减小涂料开裂具有影响，木质纤维直径在200-300μm范围内木质纤维直径的增大，使得木质纤维内部空隙变大，从而提高了木质纤维吸附水分数量，以及通过毛细作用运输水分的速率，从而使得涂料表层和内侧可以更加均匀的干燥。而玻璃纤维在400-500μm时，玻璃纤维可以增强涂料内部的内结合力。当玻璃纤维和/或木质纤维的直径过大时，容易导致纤维在涂料中不易拌和均匀，从而影响纤维在涂料中分散的稳定性。

结合实施例1和对比例6，玻璃纤维的长度应该长于木质纤维，从而使得一个玻璃纤维可以同时与多个木质纤维相互缠绕，从而可以提高涂料整体的柔韧性。

本具体实施例仅仅是对本申请的解释，其并不是对本申请的限制，本领域技术人员在阅读完本说明书后可以根据需要对本实施例做出没有创造性贡献的修改，但只要在本申请的权利要求范围内都受到专利法的保护。

Claims (1)

1.一种水性uv光固化涂料，其特征在于，包括水性脂肪族聚氨酯丙烯酸酯低聚物乳液80kg，成膜助剂8kg，光敏引发剂2kg，流平剂1kg、湿润剂2kg、消泡剂1kg、丙三醇3kg，强化纤维10kg、去离子水8kg；

所述强化纤维包括木质纤维6.25kg，玻璃纤维3.75kg；

所述木质纤维的平均直径为25μm，平均长度为200μm；

所述玻璃纤维的平均直径为10μm，平均长度为400μm；

所述木质纤维素使用前需要经过活化处理；

所述水性uv光固化涂料采用如下方法制备：

木质纤维的活化：将木质纤维浸泡在pH为13的氢氧化钠溶液中浸泡24小时；

调节剂的制备:按配比将流平剂、湿润剂、消泡剂、丙三醇与70％配方份的去离子水混合得到混合液，将配方份的木质纤维从氢氧化钠溶液中捞出，沥干水分至含水量为200％后，与配方份的玻璃纤维一同加入到混合液中，搅拌均匀，得到调节剂；

涂料主剂A的制备:将水性脂肪族聚氨酯丙烯酸酯低聚物加入调节剂中，搅拌10min，搅拌速度800r/min，得到涂料主剂A；

涂料主剂B的制备：将配方份的光敏引发剂、成膜助剂与30％配方量的去离子水混合均匀后得到涂料主剂B；

涂料粗成品的制备，将涂料主剂A和涂料主剂B混合，搅拌10min，搅拌速度800r/min，得到涂料粗成品；

涂料半成品的制备，使用醋酸溶液和氨水溶液调节涂料粗成品的pH至8，得到涂料半成品；

涂料半成品粘度的调节，通过加入增稠剂，调节液体粘度至60KU，得到涂料。