CN113337202A - 一种uv面漆及其制备方法与应用 - Google Patents

一种uv面漆及其制备方法与应用 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种UV面漆及其制备方法与应用，该UV面漆包括以下制备原料：高官能聚氨酯丙烯酸树脂、三官能脂肪族聚氨酯树脂、活性单体、六官能氟硅改性丙烯酸树脂和助剂；本发明的UV面漆，具有极佳的低VOC、耐涂鸦及耐磨性能；其中，三官能脂肪族聚氨酯树脂提高了面漆对中漆的附着力，高官能聚氨酯丙烯酸树脂提高面漆的机械性能；三官能活性单体充分溶解和稀释了面漆中添加的树脂物质，同时还参与了光固化反应，调整了漆膜在固化时的交联程度，降低了漆膜的收缩率；同时还能提高面漆的硬性能；六官能氟硅改性丙烯酸树脂具有抗指纹耐涂鸦同时可明显降低材料表面张力。

Description

一种UV面漆及其制备方法与应用
技术领域
本发明涉及涂料技术领域，具体涉及一种UV面漆及其制备方法与应用。
背景技术
随着人们生活水平的提高，便携式电子产品如手机、数码相机、笔记本电脑、iPad和汽车内饰键等的使用，越来越普遍，光固化哑光UV工艺常用于这些产品外壳或键盘按键，使其具有低VOC、耐涂鸦和耐磨抗划伤等性能。
现代工业涂装在制造业中是最重要的工艺环节之一。它在提高产品的商品性、装饰性、延长产品的使用寿命和提供特殊功能等方面发挥极其重要的作用。随着国家国民经济的高速发展，环保和节能减排的压力越来越大，为持续发展建设环保型和节能资源型社会，进一步降低涂料中VOC具有重要意义。
同时随着移动线上办公、移动线上教育、电竞业的兴起笔记本电脑的使用和频率大幅度提高，对键盘按键的外观、耐涂鸦、高耐磨、手感的综合使用体验越来越高。由于笔记本越来越薄轻便对键盘的要求也越来越高，要求按键柔韧性的同时也要得到硬度的保证，所以对涂料的品质提出了很高的要求。而相关技术中的耐磨哑光UV不能满足涂料的低VOC耐涂鸦耐磨性能。
因此，需要开发一种UV面漆，该面漆的VOC值低且耐磨性能好。
发明内容
为解决现有技术中存在的问题，本发明提供了一种UV面漆，该面漆的VOC值低且耐磨性能好。
本发明还提供了上述面漆的制备方法。
本发明还提供了上述面漆的应用。
本发明第一方面提供了一种UV面漆，包括以下制备原料：高官能聚氨酯丙烯酸树脂、三官能脂肪族聚氨酯树脂、活性单体和六官能氟硅改性丙烯酸树脂。
根据本发明的一些实施方式，所述高官能聚氨酯丙烯酸树脂为九～十五官能聚氨酯丙烯酸树脂。
在本发明中，成膜树脂主要包括高官能聚氨酯丙烯酸树脂、三官能脂肪族聚氨酯树脂、六官能氟硅改性丙烯酸树脂和活性单体。
其中，三官能脂肪族聚氨酯树脂降低了面漆的收缩率，调整了面漆的韧性，保证面漆在对基材良好附着的情况下依然具有很好的耐磨性能，同时还能协同消光，降低消光粉的添加量，当其添加量过低时影响层间附着力及柔韧性降低，当其添加量过高时表面硬度下降耐磨性降低。
高官能聚氨酯丙烯酸树脂官能度高，功能官能团数目较多，而链长相对较短；硬度高，从而延长漆膜的耐磨能。
六官能氟硅改性丙烯酸树脂具有抗指纹耐涂鸦性能；同时还能降低漆膜表面张力，这是因为自然界中已知元素中，氟元素的电负性最大，极化率是最低的；同时，氟原子的范德华半径较小，形成的C-F键十分牢固。所以含有氟碳长链的化合物(聚合物)具有稳定、耐热耐化学腐蚀和疏水疏油等优良性能。
为了达到高耐磨的同时兼顾良好的柔韧性，在官能度搭配上以九官能高官聚氨酯丙烯酸树脂为主体提高硬度及耐磨性，搭配三官能脂肪族聚氨酯树脂兼顾柔韧性及提高附着力，如选用两官能度树脂耐磨性及硬度会明显下降，如选用四官能度树脂柔韧性会下降导致弯折断裂。
根据本发明的一些实施方式，所述活性单体为三官能活性单体。
三官能活性单体能充分溶解和稀释面漆中添加的树脂物质，同时单体还参与光固化反应，通过调整漆膜在固化时的交联程度，在降低面漆收缩率的同时还能增进面漆的硬度，三官能活性单体具有高沸点、高活性、低挥发、低粘度有良好的相溶性，对粉料也有较好的润湿性能有效降低粉料的发花问题。
根据本发明的一些实施方式，所述制备原料包括助剂。
根据本发明的一些实施方式，所述助剂包括消光粉、填料、手感助剂、光引发剂、分散剂、稀释剂和流平剂。
根据本发明的一些实施方式，所述消光粉为二氧化硅消光粉。
根据本发明的一些实施方式，所述填料为玻璃粉。
玻璃粉一种无机类方体硬质超细颗粒粉末，具有高透明、粒径小、分散性好、透明度高和防沉效果好的优势；经过表面改进，具有良好的亲和能力，增加了面漆的硬度和韧度，提高了漆膜的抗刮伤性能，同时还具备消光作用。玻璃粉加入配方体系中为了达到更好的外观效果及性能稳定性。
根据本发明的一些实施方式，所述玻璃粉需研磨处理。
根据本发明的一些实施方法，所述研磨处理的压力为0.02MPa～0.03MPa。
根据本发明的一些实施方式，所述手感助剂为丙烯酸聚氨酯。
手感助剂是一种丙烯酸聚氨酯粉末，具有较好的消光耐磨作用，显著提高了漆膜的丝滑手感，且有良好的漆膜恢复性。
根据本发明的一些实施方式，所述UV面漆包括以下重量份数的制备原料：三官能脂肪族聚氨酯树脂10份～30份、高官能聚氨酯丙烯酸树脂20份～40份、六官能氟硅改性丙烯酸树脂5份～10份、活性单体5份～10份、消光粉5份～7份、玻璃粉15份～25份、手感助剂2份～5份、光引发剂3份～5份、分散剂1份～2份、稀释剂20份～30份和流平剂0.4份～0.8份。
根据本发明的一些实施方式，所述三官能脂肪族聚氨酯树脂的重量份数为10份～20 份。
根据本发明的一些实施方式，所述高官能聚氨酯丙烯酸树脂的重量份数为20份～40 份。
三官能脂肪族聚氨酯树脂和高官能聚氨酯丙烯酸树脂的重量份数在上述范围内，面漆所成漆膜既能保证一定的硬度又不至于硬度过高而导致百格测试偏脆。
根据本发明的一些实施方式，所述光引发剂包括α-羟基环己基苯甲酮和2,4,6-三甲基苯甲酰基二苯基氧化膦中的至少一种。
根据本发明的一些实施方式，所述稀释剂包括甲基异丁基酮、二丙酮醇、乙酸丁酯和丙二酸甲醚中的至少一种。
根据本发明第二方面提供了上述UV面漆的制备方法，包括以下步骤：
S1、将所述三官能脂肪族聚氨酯树脂、所述高官能聚氨酯丙烯酸树脂和所述活性单体预热，再添加部分所述稀释剂，添加完成后；添加所述分散剂混合；得预混物；
S2、将所述填料、所述手感助剂和所述消光粉依次添加至所述预混物中混合，得二次混合物；
S3、将所述光引发剂添加至部分所述稀释剂中，得光引发剂溶液；
S4、将所述六官能氟硅改性丙烯酸树脂、所述流平剂和所述光引发剂溶液添加所述至二次混合物中混合，得三次混合物；
S5、将剩余部分所述稀释剂添加至所述三次混合物中混合，固液分离，收集液相，即得所述UV面漆。
根据本发明的一些实施方式，所述步骤S1中预热的温度为40℃～50℃；所述步骤S1中预热的时间为1h～2h。
根据本发明的一些实施方式，所述步骤S1中混合的速度1000r/min～1500r/min；所述步骤S1中混合的温度为40℃～50℃；所述步骤S1中混合的时间为10min～20min。
根据本发明的一些实施方式，所述步骤S2中混合的速度1000r/min～1500r/min；所述步骤S2中混合的温度为40℃～50℃；所述步骤S2中混合的时间为10min～20min。
根据本发明的一些实施方式，所述步骤S4中混合的速度1000r/min～1500r/min；所述步骤S4中混合的温度为40℃～50℃；所述步骤S4中混合的时间为10min～20min。
根据本发明的一些实施方式，所述步骤S5中混合的速度900r/min～1200r/min；所述步骤S5中混合的时间为10min～20min。
根据本发明第三方面还提供了上述UV面漆在制备电子设备中的应用。
根据本发明的一些实施方式，所述电子设备包括电脑和笔记本中的一种。
本发明至少具有如下有益效果：本发明的UV面漆，具有极佳的低VOC(达到310g/L满足GB/T 38597-2020标准限量值≤350g/L)、耐涂鸦及耐磨性能；其中，三官能脂肪族聚氨酯树脂提高了面漆对中漆的附着力，高官能聚氨酯丙烯酸树脂提高面漆的机械性能(耐磨、表面硬度)；三官能活性单体充分溶解和稀释了面漆中添加的树脂物质，同时还参与了光固化反应，调整了漆膜在固化时的交联程度，降低了漆膜的收缩率；同时还能提高面漆的表面硬度；六官能氟硅改性丙烯酸树脂具有抗指纹耐涂鸦同时可明显降低材料表面张力。
具体实施方式
以下将结合实施例对本发明的构思及产生的技术效果进行清楚、完整地描述，以充分地理解本发明的目的、特征和效果。显然，所描述的实施例只是本发明的一部分实施例，而不是全部实施例，基于本发明的实施例，本领域的技术人员在不付出创造性劳动的前提下所获得的其他实施例，均属于本发明保护的范围。
本发明的具体实施方式中使用的各类树脂均为公知的相应树脂，本文所提到的官能为聚合物或活性单体的官能度，其中官能度是指聚合物或活性单体所含丙烯酸酯基团中不饱和双键的数目。以下实施例中具体使用的原料来源如下：
三官能脂肪族聚氨酯树脂购自中国台湾长兴化学的6172-1，该化合物具有良好的韧性和良好的对中漆的附着力。
九官能聚氨酯丙烯酸树脂购自氰特化工的5129，十五官能聚氨酯丙烯酸树脂购自中国台湾长兴化学的6196-100，该类型树脂功能官能团数目较多，而链长相对较短，因而硬度高且耐磨性能优异。
六官能氟硅改性丙烯酸树脂购自中山杰士达精细化工的M-110，具有良好的抗指纹耐涂鸦同时可明显降低材料表面张力。
三官能丙烯酸酯单体型号为EM231购自中国台湾长兴化学。
玻璃粉购自上海仁谦的B50，具有高透明性高耐磨性。
上述玻璃粉需研磨处理，其中研磨处理的压力约为0.025MPa。
手感助剂购自日本岐阜的BC-06，具有较好的消光耐磨作用，可显著提高漆膜的丝滑手感。
光引发剂中α-羟基环己基苯甲酮购自九日公司的Irgacure 184、2,4,6-三甲基苯甲酰基二苯基氧化膦购自九日公司的Darocur TPO。
流平剂为聚醚改性聚二甲基硅氧烷，购自德国BYK公司的BYK 333，其用于降低涂料的表面张力，因此可以提高润湿性，防止缩孔，同时还可提高表面滑爽性。
分散剂BYK110为溶剂型体系的润湿分散剂，特别适用于稳定二氧化硅消光粉及无机粉料的分散润湿及防止絮凝的作用，购自德国BYK公司。
稀释剂为甲基异丁基酮、二丙酮醇、乙酸丁酯和丙二酸甲醚的混合溶剂，均为市售，分析纯。
本发明实施方式中UV面漆的制备方法，包括以下步骤：
S1、将三官能脂肪族聚氨酯树脂、高官能聚氨酯丙烯酸树脂和三官能活性单体在40℃～50℃下预热1h～2h，再添加1/3体积的稀释剂，添加完成后；在1000r/min～1500r/min 的速度下添加分散剂；添加完成后，在40℃～50℃下继续搅拌10min～20min，得预混物；
S2、将玻璃粉、手感助剂和二氧化硅消光粉依次添加至预混物中，在40℃～50℃下搅拌50min～60min，得二次混合物；其中，搅拌速度为1000r/min～1500r/min；
S3、将光引发剂添加至1/3体积的稀释剂中，得光引发剂溶液；
S4、将六官能氟硅改性丙烯酸树脂、流平剂和光引发剂溶液添加至二次混合物中，在40℃～50℃下搅拌50min～60min，得三次混合物；其中，搅拌速度为1000r/min ～1500r/min；
S5、将剩余部分稀释剂添加至三次混合物中，在900r/min～1200r/min下搅拌10min～20min，再用400目滤布过滤(过滤主要解决生产过程中的颗粒杂质)，收集液相得到UV面漆。
本发明实施方式中UV面漆的涂装固化方法，包括以下步骤：
S1、在塑料PC(聚碳酸酯)基材表面喷涂松井底漆BP380-80278(主要组成：羟基丙烯酸树脂：50％～60％；炭黑：3％～4％；分散剂：2％～3％；二氧化硅消光粉2％～3％；流平剂0.2％～0.5％；混合溶剂：35％～45％)，异氰酸酯固化剂10％～15％；涂装膜厚 15μm～20μm，并在60℃～65℃下红外烘烤60min。
S2、在底漆上喷涂上述UV面漆，涂装膜厚20μm～25μm，在55℃～60℃下流平；在900mJ/cm2～1100mJ/cm2的能量下固化5min～8min，完成涂装。
实施例1
本实施例为一种UV面漆，包括如下表1中所示重量份数的制备原料：
表1.本实施例中UV面漆各制备原料的重量份数
Figure BDA0003141192240000071
本发明实施方式中UV面漆的制备方法，包括以下步骤：
S1、将三官能脂肪族聚氨酯树脂、高官能聚氨酯丙烯酸树脂和三官能活性单体在40℃下预热2h，再添加1/3体积的稀释剂，添加完成后；在1500r/min的速度下添加分散剂；添加完成后，在50℃下继续搅拌10min，得预混物；
S2、将玻璃粉、手感助剂和二氧化硅消光粉依次添加至预混物中，在50℃下搅拌50min，得二次混合物；其中，搅拌速度为1000r/min；
S3、将光引发剂添加至1/3体积的稀释剂中，得光引发剂溶液；
S4、将六官能氟硅改性丙烯酸树脂、流平剂和光引发剂溶液添加至二次混合物中，在40℃下搅拌60min，得三次混合物；其中，搅拌速度为1500r/min；
S5、将剩余部分稀释剂添加至三次混合物中，在900r/min下搅拌20min，再用400目滤布过滤，收集液相得到UV面漆。
本发明实施方式中UV面漆的涂装固化方法，包括以下步骤：
S1、在基材表面喷涂松井底漆BP380-80278(主要组成：羟基丙烯酸树脂：50％～60％；炭黑：3～4％；分散剂：2％～3％；二氧化硅消光粉2％～3％；流平剂0.2％～0.5％；混合溶剂：35％～45％)，异氰酸酯固化剂10％～15％；涂装膜厚20μm，并在60℃下红外烘烤60min。
S2、在底漆上喷涂上述UV面漆，涂装膜厚25μm，在60℃下流平；在1000mJ/cm2的能量下固化5min，完成涂装。
实施例2
本实施例为一种UV面漆，与实施例1的差异在于：包括如下表2中所示重量份数的制备原料：
表2.本实施例中UV面漆各制备原料的重量份数
Figure BDA0003141192240000081
本实施例UV面漆的制备方法和涂装工艺与实施例1相同。
实施例3
本实施例为一种UV面漆，与实施例1的差异在于：包括如下表3中所示重量份数的制备原料：
表3.本实施例中UV面漆各制备原料的重量份数
Figure BDA0003141192240000082
Figure BDA0003141192240000091
本实施例UV面漆的制备方法和涂装工艺与实施例1相同。
实施例4
本实施例为一种UV面漆，与实施例1的差异在于：包括如下表4中所示重量份数的制备原料：
表4.本实施例中UV面漆各制备原料的重量份数
Figure BDA0003141192240000092
本实施例UV面漆的制备方法和涂装工艺与实施例1相同。
实施例5
本实施例为一种UV面漆，与实施例1的差异在于：包括如下表5中所示重量份数的制备原料：
表5.本实施例中UV面漆各制备原料的重量份数
Figure BDA0003141192240000093
Figure BDA0003141192240000101
本实施例UV面漆的制备方法和涂装工艺与实施例1相同。
实施例6
本实施例为一种UV面漆，与实施例1的差异在于：包括如下表6中所示重量份数的制备原料：
表6.本实施例中UV面漆各制备原料的重量份数
Figure BDA0003141192240000102
本实施例UV面漆的制备方法和涂装工艺与实施例1相同。
实施例7
本实施例为一种UV面漆，与实施例1的差异在于：包括如下表7中所示重量份数的制备原料：
表7.本实施例中UV面漆各制备原料的重量份数
Figure BDA0003141192240000111
本实施例UV面漆的制备方法和涂装工艺与实施例1的差异在于：将三官能活性单体替换为双-季戊四醇六丙烯酸酯。
实施例8
本实施例为一种UV面漆，与实施例1的差异在于：包括如下表8中所示重量份数的制备原料：
表8.本实施例中UV面漆各制备原料的重量份数
Figure BDA0003141192240000112
Figure BDA0003141192240000121
本实施例UV面漆的制备方法和涂装工艺与实施例1的差异在于：三官能脂肪族聚氨酯树脂替换为三官能溶剂型聚氨酯丙烯酸树脂。
测试例
将本发明实施例1～8涂装完成后的UV面漆进行性能测试。
耐涂鸦测试是指用ZEBRA(油性笔)在漆膜表面划三条长度3cm的痕迹，放置10min后用无尘布擦拭后无任何油性笔残留痕迹为合格。
橡皮耐磨测试是指用EF74橡皮负重500g力，行程20mm～30mm速度1s/次来回测试2000次，后用无尘布蘸酒精擦拭测试部位，再用BYK小孔光泽仪测试耐磨后的光泽，与耐磨前的光泽对比不可升高1°为合格。
羊毛毡测试是指用美国TABER CS-5羊毛毡负重100g力，行程20mm～30mm速度 1s/次来回测试200000次，后用无尘布蘸酒精擦拭测试部位，再用BYK小孔光泽仪测试耐磨后的光泽，与耐磨前的光泽对比不可升高3°为合格。
本发明实施例1～8涂装完成后的UV面漆进行性能测试见表9。
表9.面漆性能测试结果
Figure BDA0003141192240000122
从表9可见，实施例5和实施例6中制备得到的面漆耐涂鸦耐磨性能最优，光泽变化在1°以内，满足了最佳的耐磨测试的需求。对比例1将三官能活性单体替换为双- 季戍四醇六丙烯酸酯，其制备得到的面漆耐磨性能较差，无法满足使用要求。对比例2 中当三官能脂肪族聚氨酯树脂替换为三官能溶剂型聚氨酯丙烯酸树脂，其制备得到的面漆耐磨性能较差，无法满足使用要求。实例中当三官能脂肪族聚氨酯树脂超过20％时对耐钢丝绒效果明显变差，高官能聚氨酯丙烯酸树脂低于30％对钢丝绒耐磨光泽明显升高，玻璃粉的添加量对钢丝绒的影响最大当低于20％时就会明显变差，其中三官能溶剂型聚氨酯丙烯酸树脂的耐磨性(钢丝绒及羊毛毡)明显比三官能脂肪族聚氨酯树脂要差很多。
综上所述，本发明的实施例5与实施例6中的UV面漆，具有极低VOC(310g/L 满足GB/T 38597-2020标准限量值≤350g/L)，极佳的耐涂鸦及耐磨性能；其中实施例7的VOC与实施例5相接近但耐磨性差，实施例8的VOC值为355g/L，实施例1的 VOC为520g/L，实施例2的VOC为460g/L，实施例3的VOC为400g/L，实施例4的 VOC为320g/L，由实施例1～4的对比得知玻璃粉的比例越高其VOC值越低，且三官能脂肪族聚氨酯树脂的VOC相对值比三官能溶剂型聚氨酯丙烯酸树脂要低；其中，三官能脂肪族聚氨酯树脂提高了面漆对中漆的附着力，高官能聚氨酯丙烯酸树脂提高面漆的机械性能(耐磨和表面硬度)；三官能活性单体充分溶解和稀释了面漆中添加的树脂物质，同时还参与了光固化反应，调整了漆膜在固化时的交联程度，降低了漆膜的收缩率；同时还能提高面漆的表面硬度；六官能氟硅改性丙烯酸树脂具有抗指纹耐涂鸦同时可明显降低材料表面张力。
上面结合说明书内容对本发明实施例作了详细说明，但是本发明不限于上述实施例，在所属技术领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明宗旨的前提下作出各种变化。此外，在不冲突的情况下，本发明的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

Claims (10)

1.一种UV面漆，其特征在于：包括以下制备原料：高官能聚氨酯丙烯酸树脂、三官能脂肪族聚氨酯树脂、活性单体和六官能氟硅改性丙烯酸树脂。
2.根据权利要求1所述的一种UV面漆，其特征在于：所述制备原料包括助剂；优选地，所述助剂包括消光粉、填料、手感助剂、光引发剂、分散剂、稀释剂和流平剂。
3.根据权利要求2所述的一种UV面漆，其特征在于：所述高官能聚氨酯丙烯酸树脂为九～十五官能聚氨酯丙烯酸树脂。
4.根据权利要求2所述的一种UV面漆，其特征在于：包括以下重量份的制备原料：高官能聚氨酯丙烯酸树脂20份～40份、三官能脂肪族聚氨酯树脂10份～30份、活性单体5份～10份、六官能氟硅改性丙烯酸树脂5份～10份、消光粉5份～7份、填料15份～25份、手感助剂2份～5份、光引发剂3份～5份、分散剂1份～2份、稀释剂20份～30份和流平剂0.4份～0.8份。
5.根据权利要求2所述的一种UV面漆，其特征在于：所述活性单体为三官能活性单体。
6.根据权利要求2所述的一种UV面漆，其特征在于：所述光引发剂包括α-羟基环己基苯甲酮和2,4,6-三甲基苯甲酰基二苯基氧化膦中的至少一种。
7.根据权利要求2所述的一种UV面漆，其特征在于：所述稀释剂包括甲基异丁基酮、二丙酮醇、乙酸丁酯和丙二酸甲醚中的至少一种。
8.一种如权利要求2至7任一项所述UV面漆的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：
S1、将所述三官能脂肪族聚氨酯树脂、所述高官能聚氨酯丙烯酸树脂和所述活性单体预热，再添加部分所述稀释剂，添加完成后；添加分散剂混合；得预混物；
S2、将所述填料、所述手感助剂和所述消光粉依次添加至所述预混物中混合，得二次混合物；
S3、将所述光引发剂添加至部分所述稀释剂中，得光引发剂溶液；
S4、将所述六官能氟硅改性丙烯酸树脂、所述流平剂和所述光引发剂溶液添加至所述二次混合物中混合，得三次混合物；
S5、将剩余部分所述稀释剂添加至所述三次混合物中混合，固液分离，收集液相，即得所述UV面漆。
9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于：所述步骤S1中预热的温度为40℃～50℃；所述步骤S1中预热的时间为1h～2h；所述步骤S1中混合的速度1000r/min～1500r/min；所述步骤S1中混合的温度为40℃～50℃；所述步骤S1中混合的时间为10min～20min；优选地，所述步骤S2中混合的速度1000r/min～1500r/min；优选地，所述步骤S2中混合的温度为40℃～50℃；优选地，所述步骤S2中混合的时间为10min～20min；优选地，所述步骤S4中混合的速度1000r/min～1500r/min；优选地，所述步骤S4中混合的温度为40℃～50℃；优选地，所述步骤S4中混合的时间为10min～20min；优选地，所述步骤S5中混合的速度900r/min～1200r/min；优选地，所述步骤S5中混合的时间为10min～20min。
10.一种如权利要求1至7任一项所述的UV面漆在制备电子设备中的应用。
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