CN113845835A - 一种涂料及其制备方法与应用 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种涂料及其制备方法与应用，该涂料由以下制备原料制备得到：A组分和B组分；所述A组分包括以下制备原料：水性紫外光固化聚氨酯树脂、基材润湿剂、助溶剂Ⅰ和光引发剂；所述B组分包括以下制备原料：清洁助剂和助溶剂Ⅱ。本发明利用清洁助剂和水性紫外光固化聚氨酯树脂在形成涂层的过程中发生交联反应，将清洁助剂永久的固定在涂层上，从而实现持久的易清洁效果。
Description
技术领域
本发明涉及涂料技术领域，具体涉及一种涂料及其制备方法与应用。
背景技术
水性高光UV涂料具备光泽高、丰满度好和透明度好等特点被广泛应用于3C电子产品和汽车内饰部件等；相关技术中水性高光UV不具备耐污或易清洁功能，在实际使用过程中，涂膜极易沾上手汗、和污渍等，给使用者带来一定的不良体验；且不易清洁，无法用干布或沾水的布擦拭，必须使用沾有酒精或异丙醇的布才能擦拭掉，影响清洁的方便简易和健康性。
相关技术中解决高光UV涂层易清洁的方案时效性都较短，一般只能维持几周或者几个月，不能长久的维持易清洁或镜面流平的效果。
因此，需要开发一种涂料，该涂料的易清洁效果持久且镜面流平效果好。
发明内容
为解决现有技术中存在的问题，本发明提供了一种涂料，该涂料的易清洁效果持久且镜面流平效果好。
本发明还提供了上述涂料的制备方法。
本发明还提供了一种涂层，该涂层由上述涂料制备得到。
本发明还提供了上述涂层的制备方法。
本发明第一方面提供了一种涂料，由以下制备原料制备得到：A组分和B组分；
所述A组分包括以下制备原料：水性紫外光固化聚氨酯树脂、基材润湿剂、助溶剂Ⅰ和光引发剂；
所述B组分包括以下制备原料：清洁助剂和助溶剂Ⅱ。
本发明利用清洁助剂和水性紫外光固化聚氨酯树脂在形成涂层的过程中发生交联反应，将清洁助剂永久的固定在涂层上，从而实现持久的易清洁效果。
根据本发明的一些实施方式，所述涂料，由以下重量百分数的制备原料制得：85％～90％的水性紫外光固化聚氨酯树脂；0.2％～0.5％的基材润湿剂；2％～5％的助溶剂Ⅰ、2％～4％的光引发剂、0.2％～0.5％的清洁助剂、0.2％～0.5％的助溶剂Ⅱ，余量为水。
根据本发明的一些实施方式，所述水性紫外光固化聚氨酯树脂的粘度为10s～20s(采用Zahn-3#杯在25℃测量)。
根据本发明的一些实施方式，所述水性紫外光固化聚氨酯树脂的官能度为4～8。
根据本发明的一些实施方式，所述水性紫外光固化聚氨酯树脂的官能度为4～6。
根据本发明的一些实施方式，所述水性紫外光固化聚氨酯树脂的官能度为6。
根据本发明的一些实施方式，所述水性紫外光固化聚氨酯树脂的pH≤7。
根据本发明的一些实施方式，所述水性紫外光固化聚氨酯树脂的pH为3～7。
根据本发明的一些实施方式，所述水性紫外光固化聚氨酯树脂的固含在50％以上。
水性紫外光固化聚氨酯树脂的官能度4～8之间，保持较好的交联密度，提升了漆膜的附着力、硬度、耐磨和耐化学性能。
水性紫外光固化聚氨酯树脂的pH≤7，在弱酸性或中性环境下稳定存储好，且在施工过程中无需调节pH。
水性紫外光固化聚氨酯树脂的固含在50％以上，在施工时，在较少次数的喷涂即可达到既定的膜厚；同时因固含较高，其VOC低。
根据本发明的一些实施方式，所述水性紫外固化聚氨酯树脂为湛新的IRR1104、湛新的IRR1080、五行化工的WU3604、五行化工的WU3601-1和五行化工的WU3601中的至少一种。
上述水性紫外固化聚氨酯树脂本身粘度较低(10s～20s)，施工时固体分可以≥45％，方便喷涂应用；涂料经过紫外固化成膜后具有极佳的镜面流平效果和丰满度，光泽≥90°以上，高光效果优异。
同时上述水性紫外固化聚氨酯树脂具有较高的交联密度，物理和化学性能优异，且对塑胶基材和木材等材质都具有极佳的附着力；同时上述水性紫外固化聚氨酯聚树脂有较好的触变性，无需额外添加触变助剂也有较好的施工性，降低了引入触变助剂带来的存储后出现流平不佳的异常现象。
本发明的水性紫外固化聚氨酯树脂在搅拌时产生的泡沫较少，不会影响使用，同时在施工时，喷涂后的湿膜快速消泡，不会对干膜涂层产生气泡或者颗粒等外观异常。
根据本发明的一些实施方式，所述基材润湿剂为聚醚改性聚硅氧烷表面活性剂。
根据本发明的一些实施方式，所述基材润湿剂为聚醚改性聚硅氧烷表面活性剂。
根据本发明的一些实施方式，所述聚醚改性聚硅氧烷表面活性剂的降低静态表面张力的等级为3级(参照ISO 4311-1979国际标准测试，国标GB/T 11278-1989)。
根据本发明的一些实施方式，所述聚醚改性聚硅氧烷表面活性剂为赢创化学的TegoWet270、赢创化学的Twin4100、桑井化工的ST-1070、桑井化工的ST-1075中的至少一种。
根据本发明的一些实施方式，所述助溶剂Ⅰ和所述助溶剂Ⅱ均独立选自丙二醇甲醚、二丙二醇甲醚和二丙二醇丁醚中的至少一种。
本发明的助溶剂对光引发剂和清洁助剂都具有较好的溶解性能，帮助光引发剂和清洁助剂更好的溶解在涂料中；同时助溶剂具有较慢的挥发速率，有利于湿膜的流平，提升涂层的镜面流平效果。
根据本发明的一些实施方式，所述光引发剂为1-羟基-环己基苯甲酮(CAS号：947-19-3)、2，4，6-三甲基苯甲酰基-乙氧基-苯基氧化膦(CAS号：75980-60-8)、2-羟基-2-甲基-苯基丙酮(CAS号：7473-98-5)和苯基双(2,4,6-三甲基苯甲酰基)氧化膦(CAS号：162881-26-7)中的至少一种。
上述光引发剂在湿膜涂层进行紫外固化过程中快速固化树脂形成固态涂膜；同时该光引发剂不会引起黄变，且兼顾吸收紫外光区不同波长的能力，使涂层固化的更全面和彻底，提升涂层的耐温耐水性。
根据本发明的一些实施方式，所述清洁助剂为多丙烯酸酯官能团改性聚二甲基硅氧烷。
根据本发明的一些实施方式，所述多丙烯酸酯官能团改性聚二甲基硅氧烷的丙烯酸酯官能团≥2。
根据本发明的一些实施方式，所述清洁助剂为BYK-UV 3575和TEGO Rad 2200N中的至少一种。
多丙烯酸酯官能团改性聚二甲基硅氧烷极强的降低了涂层表面张力和提高了涂层的易清洁效果，同时增进涂层表面滑爽性和抗划伤，由于含有多丙烯酸酯官能团与水性紫外固化聚氨酯树脂在光引发剂的作用下发生固化交联反应，且不会迁移，从而产生持久的易清洁效果；同时本发明的清洁助剂与水性紫外固化聚氨酯树脂混合配制后具有一定的稳定性，不会引起涂层流平不佳导致的橘皮或大波纹。
本发明第二方面提供了上述涂料的制备方法，包括以下步骤：
将所述A组分和所述B组分混合，即得。
根据本发明的一些实施方式，所述A组分的制备方法，包括以下步骤：
将所述光引发剂添加至助溶剂Ⅰ中加热溶解，得光引发剂溶液；
将所述基材润湿剂、所述光引发剂溶液和所述水依次添加至所述水性紫外光固化聚氨酯树脂中，即得。
根据本发明的一些实施方式，所述A组分，制备方法包括以下步骤：
S1、将所述水性紫外光固化聚氨酯树脂在600rpm～800rpm的速度搅拌下分散3min～5min；
将光引发剂添加至助溶剂Ⅰ中，在60℃～80℃温度下加热溶解至光引发剂全部溶解，在400rpm～500rpm搅拌分散5min～10min，冷却后得光引发剂溶液；
S2、将所述基材润湿剂在800rpm～1000rpm搅拌速率下添加至步骤S1中处理后的水性紫外光固化聚氨酯树脂中，分散2min～3min，得水性紫外光固化聚氨酯树脂分散液；
S3、将所述光引发剂溶液添加至所述水性紫外光固化聚氨酯树脂分散液中，分散8min～10min后，再在400rpm～600rpm搅拌速率下添加水，分散8min～10min，即得。
根据本发明的一些实施方式，所述B组分，制备方法包括以下步骤：将所述助溶剂Ⅱ添加至所述清洁助剂中，即得。
根据本发明的一些实施方式，所述B组分，制备方法包括以下步骤：将所述助溶剂Ⅱ在600rpm～800rpm的搅拌速度下添加至所述清洁助剂中，分散3min～5min，即得。
根据本发明的一些实施方式，所述加热溶解的温度为60℃～80℃。
本发明第三方面提供了一种涂层，由上述涂料制备得到。
本发明第四方面提供了上述涂层的制备方法，包括以下步骤：将所述涂料涂覆于基材表面，加热，光固化，即得。
根据本发明的一些实施方式，所述基材包括塑料基材、木材、金属和纸张中的一种。
根据本发明的一些实施方式，所述涂层的制备方法，包括以下步骤：将所述涂料涂覆于基材表面，在60℃～70℃下烘烤8min～12min后，在能量600mj/cm2～1000mj/cm2，光强90mw/cm2～125mw/cm2条件下，固化后即得。
根据本发明的至少一种实施方式，具备如下有益效果：
本发明的通过将清洁助剂与水性紫外固化聚氨酯树脂发生交联反应永久的固定在涂层上；使涂层具有持久的易清洁效果，不会只有几个月的易清洁效果或者清洁效果逐渐降低，只要涂层没有被破坏，易清洁效果会持久保持。
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。
本发明的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示意性实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
根据本发明的一些实施方式，所述聚醚改性聚硅氧烷表面活性剂的降低静态表面张力的等级为3级(参照ISO 4311-1979国际标准测试，国标GB/T 11278-1989)。
本发明实施方式中部分制备原料的性能如下：
湛新的IRR1104的主要性能数据如下：
官能度为6；固含为55％～60％；pH为3～5。
湛新的IRR1080的主要性能数据如下：
官能度为6；固含为60％～65％；pH为3～5。
五行化工的WU3604的主要性能数据如下：
官能度为6；固含为50％～54％；pH为6～7。
五行化工的WU3601-1的主要性能数据如下：
官能度为6；固含为58％～62％；pH为5～6。
五行化工的WU3601的主要性能数据如下：
官能度为6；固含为58％～62％；pH为5～6。
赢创化学的TegoWet270、赢创化学的Twin4100、桑井化工的ST-1070和桑井化工的ST-1075的降低静态表面张力的等级为3级(参照ISO 4311-1979国际标准测试，国标GB/T11278-1989)。
具体评级信息如下：
0级:降低静态表面张力的程度＜10％；
1级:降低静态表面张力的程度10％～20％；
2级:降低静态表面张力的程度20％～30％；
3级:降低静态表面张力的程度＞30％。
BYK-UV3575和TEGO Rad 2200N：为多丙烯酸酯官能团的改性聚二甲基硅氧烷，丙烯酸酯官能团为2。
BYK-SILCLEAN 3720：为含羟基的聚醚改性聚二甲基硅氧烷溶液，羟值为29mgKOH/g，不参与光固化反应。
BYK-UV3500：为含丙烯酸酯官能团的聚醚改性聚二甲基硅氧烷，丙烯酸酯官能团为1。
下面详细描述本发明的具体实施例。
实施例1
本实施例的涂料，由表1所示的制备原料制备得到：
表1本实施例涂料的制备原料
实施例2
本实施例的涂料，由表2所示的制备原料制备得到：
表2本实施例涂料的制备原料
实施例3
本实施例的涂料，由表3所示的制备原料制备得到：
表3本实施例涂料的制备原料
对比例1
本对比例的涂料，由表4所示的制备原料制备得到：
表4本对比例涂料的制备原料
对比例2
本对比例的涂料，由表5所示的制备原料制备得到：
表5本对比例涂料的制备原料
对比例3
本对比例的涂料，由表6所示的制备原料制备得到：
表6本对比例涂料的制备原料
对比例4
本对比例的涂料，由表7所示的制备原料制备得到：
表7本对比例涂料的制备原料
对比例5
本对比例的涂料，由表8所示的制备原料制备得到：
表8本对比例涂料的制备原料
本发明实施例1～3和对比例1～5中涂料的制备方法，包括以下步骤：
将A组分和B组分混合，即得。
A组分的制备方法，包括以下步骤：
S1、将水性紫外光固化聚氨酯树脂在700rpm的速度搅拌下分散4min；
将光引发剂添加至A组分的助溶剂中，在80℃温度下加热溶解至光引发剂全部溶解，在500rpm搅拌分散5min，冷却后得光引发剂溶液；
S2、将基材润湿剂在1000rpm搅拌速率下添加至步骤S1中处理后的水性紫外光固化聚氨酯树脂中，分散2min，得水性紫外光固化聚氨酯树脂分散液；
S3、将光引发剂溶液添加至水性紫外光固化聚氨酯树脂分散液中，分散10min后，再在500rpm搅拌速率下添加水，分散10min，即得。
B组分，制备方法包括以下步骤：将B组分的助溶剂在800rpm的搅拌速度下添加至清洁助剂中，分散5min，即得。
将本发明实施例1～3和对比例1～5对应的涂料制备涂层的方法，包括以下步骤：
将对应涂料喷涂于塑胶基材表面，在60℃烘烤10min后，在能量800mj/cm2，光强100mw/cm2条件下经过UV紫外固化即得对应涂层。
本发明实施例1～3和对比例1～5制得的涂料及涂层的性能测试方法如下：
涂料VOC测试方法：GB30981-2020中规定的扣水法；测试结果见表9。
涂层常温性能、高温高湿环境(65℃*95％湿度，处理时间为144h)和高温烘烤(60℃*180天)后性能测试结果见表10，测试方法和判断标准如下：
常温(约25℃)环境下：
外观：测试方法为：肉眼观察；判断标准为：无明显针孔、颗粒等不良外观，外观流平镜面效果；
光泽：光泽仪；60°角测量；光泽≥90°；
水滴角：测试方法为：水滴角仪；判断标准为：水滴角≥90°；
达因笔：测试方法为：用28#达因笔画线条；判断标准为：线条收缩，不成线；
马克笔：测试方法为：锐意Shanpie红色马克笔画线；判断标准为：静置5min后，用干布擦拭，干布擦拭不留马克笔痕迹；
手汗：测试方法为：滴上人工汗液，并用手指涂膜均匀，静置30min后，用干布擦拭；判断标准为：干布擦拭不留手汗痕迹；
高温高湿环境(65℃*95％湿度，处理时间为144h)：
外观：测试方法为：肉眼观察；判断标准为：相对常温下涂层无明显变化；
光泽：测试方法为：光泽仪；60°角测量；光泽≥90°；
水滴角：测试方法为：水滴角仪；判断标准为：水滴角≥90°；
达因笔：测试方法为：用28#达因笔画线条；判断标准为：线条收缩，不成线；
马克笔：测试方法为：锐意Shanpie红色马克笔画线，静置5min后，用干布擦拭；判断标准为：干布擦拭不留马克笔痕迹；
手汗：测试方法为：滴上人工汗液，并用手指涂膜均匀，静置30min后，用干布擦拭；判断标准为：干布擦拭不留手汗痕迹；
外观：测试方法为：肉眼观察；判断标准为：相对常温下涂层无明显变化；
光泽：测试方法为：光泽仪；60°角测量；光泽≥90°；
水滴角：测试方法为：水滴角仪；判断标准为：水滴角≥90°；
达因笔：测试方法为：用28#达因笔画线条；判断标准为：线条收缩，不成线；
马克笔：测试方法为：锐意Shanpie红色马克笔画线，静置5min后，用干布擦拭；判断标准为：干布擦拭不留马克笔痕迹；
手汗：测试方法为：滴上人工汗液，并用手指涂膜均匀，静置30min后，用干布擦拭；判断标准为：干布擦拭不留手汗痕迹。
表9本发明实施例1～3和对比例1～5对应的涂料的VOC测试结果
表10发明实施例1～3和对比例1～5对应的涂料制得的涂层性能测试结果
实施例1与对比例1比较，对比例1中树脂IRR1104添加量为75％；低于实施例1中为85％，对比例1相比实施例1固化后的涂层外观有少量颗粒针孔；影响正常的涂层装饰外观效果功能。
实施例2与对比例2比较，对比例2无清洁助剂，而实施例二有0.2％的清洁助剂Tego Rad 2200N，相比实施例2固化后的涂层水滴角只有79.5°，小于标准的＞90°；同时达因笔、马克笔、手汗等测试均不满足标准要求，易清洁效果较差.
实施例3与对比例3比较，对比例3清洁助剂添加量高于实施例3中(对比例3为1％，实施例1为0.5％)，相比实施例3固化后的涂层外观轻微橘皮，影响正常的涂层装饰外观效果功能。
实施例3与对比例4比较，对比例4清洁助剂为毕克化学的BYK-UV3500(与本发明实施例中的多丙烯酸酯官能团改性聚二甲基硅氧烷有区别，本发明实施例中的清洁助剂丙烯酸酯官能团为2，与树脂交联程度更大，而BYK-UV3500的丙烯酸酯官能团为1，其次本发明实施例中的清洁助剂亲水性更好，不会因疏水导致缩孔)，而实施例3的清洁助剂TEGO Rad2200N，相比实施例3的清洁助剂虽然成分都是多丙烯酸酯官能团改性聚二甲基硅氧烷溶液，但实施例3的清洁助剂与水性紫外固化聚氨酯树脂混合配制后具有一定的稳定性，而对比例4的清洁助剂与体系的相容性和稳定性不佳，导致固化后的涂层外观有缩孔，严重橘皮；影响正常的涂层装饰外观效果功能。
实施例3与对比例5比较，对比例5清洁助剂为毕克化学的BYK-3720，而实施例三的清洁助剂TEGO Rad 2200N，相比实施例3的清洁助剂，对比例5的清洁助剂成分为聚醚改性羟基官能性聚二甲基硅氧烷溶液与本发明的水性紫外聚氨酯不发生交联固化反应，所以固化后的涂层经过高温高湿(65℃*95％湿度，144H)或高温烘烤(60℃*180天)处理后，水滴角、达因笔、马克笔测试均达不到标准要求，易清洁效果降低。
本发明的易清洁水性高光UV涂料固化后的涂层具有持久的易清洁效果，不会只有几个月的易清洁效果或者清洁效果逐渐降低，只要涂层没有被破坏，易清洁效果会持久保持。
本发明的易清洁效果从水滴角、达因笔、马克笔、手汗等多方面角度去验证易清洁效果，全面而完整的评价了易清洁效果(相关技术中只从水滴角来表述，但水滴角仅能部分代表易清洁效果)。
综上所述，本发明的涂料中的有机溶剂含量≤10％，施工时VOC含量≤200g/L，对环境比较友好；涂料本身粘度不高，添加5％以内的水就可以稀释至合适的喷涂粘度范围，不会降低涂膜的性能。该涂料在保持极佳的流平、丰满和高光效果的基础上具备一定的耐脏污功能，即使涂膜被沾上污渍、手汗等都可以用干无尘布轻易的擦除，不影响涂膜的高光特性，清洁方便简单，无需使用液体内清洁剂有损涂膜的表面效果。利用本发明涂料制得的涂层易清洁效果能够持久保持，且易清洁特性保持不变，不会只维持短期的几个月时间后易清洁特效就会衰弱或消失。
上面结合具体实施方式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)
1.一种涂料，其特征在于：由以下制备原料制备得到：A组分和B组分；
所述A组分包括以下制备原料：水性紫外光固化聚氨酯树脂、基材润湿剂、助溶剂Ⅰ和光引发剂；
所述B组分包括以下制备原料：清洁助剂和助溶剂Ⅱ。
2.根据权利要求1所述的一种涂料，其特征在于：所述涂料，由以下重量百分数的制备原料制得：85％～90％的水性紫外光固化聚氨酯树脂；0.2％～0.5％的基材润湿剂；2％～5％的助溶剂Ⅰ、2％～4％的光引发剂、0.2％～0.5％的清洁助剂、0.2％～0.5％的助溶剂Ⅱ，余量为水。
3.根据权利要求1所述的一种涂料，其特征在于：所述水性紫外光固化聚氨酯树脂的粘度为10s～20s(Zahn-3#杯，25℃)；优选地，所述水性紫外光固化聚氨酯树脂的官能度为4～8；优选地，所述水性紫外光固化聚氨酯树脂的pH≤7；优选地，所述水性紫外光固化聚氨酯树脂的固含在50％以上。
4.根据权利要求1所述的一种涂料，其特征在于：所述基材润湿剂为聚醚改性聚硅氧烷表面活性剂。
5.根据权利要求1所述的一种涂料，其特征在于：所述助溶剂Ⅰ和所述助溶剂Ⅱ均独立选自丙二醇甲醚、二丙二醇甲醚和二丙二醇丁醚中的至少一种；优选地，所述光引发剂为1-羟基-环己基苯甲酮、2，4，6-三甲基苯甲酰基-乙氧基-苯基氧化膦、2-羟基-2-甲基-苯基丙酮-1和双(2，4，6-三甲基苯甲酰基)苯基氧化膦中的至少一种；优选地，所述清洁助剂为多丙烯酸酯官能团改性聚二甲基硅氧烷。
6.一种制备如权利要求2至5任一项所述的涂料的方法，其特征在于：包括以下步骤：
将所述A组分和所述B组分混合，即得。
7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于：所述A组分的制备方法，包括以下步骤：
将所述光引发剂添加至助溶剂Ⅰ中加热溶解，得光引发剂溶液；
将所述基材润湿剂、所述光引发剂溶液和所述水依次添加至所述水性紫外光固化聚氨酯树脂中，即得；优选地，所述B组分，制备方法包括以下步骤：将所述助溶剂Ⅱ添加至所述清洁助剂中，即得。
8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于：所述加热溶解的温度为60℃～80℃。
9.一种涂层，其特征在于：由权利要求1至5任一项所述的涂料制备得到。
10.一种制备如权利要求9所述涂层的方法，其特征在于：包括以下步骤：将所述涂料涂覆于基材表面，加热，光固化，即得。
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