CN114181581A - 一种高硬度的涂料组合物及其制备方法 - Google Patents

一种高硬度的涂料组合物及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种高硬度的涂料组合物，以重量份为单位，包括以下原料：丙烯酸酯类树脂40‑100份、辅助成膜树脂5‑10份、有机溶剂50‑200份、引发剂1‑10份、流平剂0.01‑0.5份，通过分别将丙烯酸酯类树脂、辅助成膜树脂溶解后，进行引发反应得到所述涂料组合物。本发明制备得到的涂料组合物，耐磨性佳，耐弯曲强度高，亮度高，可以解决现有同类成膜产品硬度低、耐磨性差及光亮性不佳的问题。

Description

一种高硬度的涂料组合物及其制备方法
技术领域
本发明涉及涂料技术领域，具体是涉及到一种高硬度的涂料组合物及其制备方法。
背景技术
涂料是涂覆在被保护或被装饰的物体表面，并能与被涂物形成牢固附着的连续薄膜，通常是以树脂、或油、或乳液为主，添加或不添加颜料、填料，添加相应助剂，用有机溶剂或水配制而成的粘稠液体。
对于一些塑料薄膜上用的涂料，目前大都使用液型与紫外光固化，且涂层的光亮度与耐磨性往往不能兼顾，导致产品外观或使用性能上往往存在缺陷。
发明内容
为了克服现有技术的不足，本发明提供一种高硬度的涂料组合物及其制备方法，制备得到的涂料组合物，耐磨性佳，耐弯曲强度高，亮度高，可以解决现有同类成膜产品硬度低、耐磨性差及光亮性不佳的问题。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：
一种高硬度的涂料组合物，以重量份为单位，包括以下原料：
丙烯酸酯类树脂40-100份
辅助成膜树脂5-10份
有机溶剂50-200份
引发剂1-10份
流平剂0.01-0.5份
优选的，所述丙烯酸酯类树脂为丙烯酸甲酯树脂、丙烯酸乙酯树脂中的一种或两种。丙烯酸及其酯在化工行业中被称为软单体，这是由于丙烯酸酯聚合后主链可自由旋转；软单体：均聚物Tg低的单体称为软单体，其聚合物成膜柔软，延伸性好，附着力强，耐寒；
优选的，所述辅助成膜树脂为环氧树脂、聚酯树脂、聚氨酯树脂中的任一种或任几种。辅助成膜树脂为硬单体，均聚物Tg高的单体称为硬单体，其聚合物偏硬，耐磨、耐热及拉伸强度高。
优选的，所述有机溶剂包括低沸点有机溶剂A和高沸点有机溶剂B。
更优选的，所述低沸点有机溶剂A为丙酮、丁酮、醋酸甲酯、醋酸乙酯、甲醇、乙醇中的任一种或任几种；
更优选的，所述高沸点有机溶剂B为丙二醇单甲醚、醋酸正丙酯、醋酸丁酯、异丙醇中的任一种或任几种。环氧树脂、聚酯树脂、聚氨酯树脂；
在本发明中，将所述丙烯酸酯类树脂和所述低沸点有机溶剂A混合搅拌，将丙烯酸酯类树脂溶解；在本发明中将所述辅助成膜树脂和高沸点有机溶剂B混合搅拌，有助于将所述辅助成膜树脂溶解。
优选的，所述引发剂为光引发剂，所述光引发剂为自由基聚合光引发剂、阳离子聚合光引发剂中的一种或两种。
更优选的，所述自由基聚合光引发剂为2-羟基-甲基苯基丙烷-1-酮、1-羟基环已基苯基酮、2-甲基-1-(4-甲硫基苯基)-2-吗啉基-1-丙酮、安息香双甲醚、2,4,6(三甲基苯甲酰基)二苯基氧化膦、二甲苯酮、2-异丙基硫杂蒽酮中的任一种。在本发明中，所选用的自由基聚合光引发剂为大分子引发剂，大分子引发剂分子结构特点在于分子量比一般小分子大的多，分子链上带有一个或多个可分解成自由基基团。与小分子引发剂比较，其优点：几乎所有的单体都可以进行自由基聚合；对杂质的敏感性小；嵌段共聚物相对分子质量分布通常比较窄，因为大分子引发剂的扩散和反应性都比较低，使自由基终止反应减少，反应更易操作。
更优选的，所述阳离子聚合光引发剂为二芳基碘鎓盐、三芳基碘鎓盐、烷基碘鎓盐、氟甲磺酸盐(Vicbase TC 3630)中的任一种。在本发明中，阳离子聚合光引发剂是依靠加热后，分子化学重排来实现引发的，阳离子本身在固化过程中没有挥发份，金属离子含量少或者不含金属离子，同时，游离酸的含量低，不会多电子元器件造成腐蚀，固化收缩率远远低于阴离子，耐热性高，在溶剂体系中也能表现出优秀的储存稳定性。
优选的，所述流平剂为有机硅氧烷或丙烯酸流平剂中的任一种，流平剂的加入主要为了提高涂层的平整度。
本发明也提供了一种高硬度的涂料组合物的制备方法，包括以下步骤：
S1、在反应釜中，加入低沸点有机溶剂A和丙烯酸酯类树脂，在65-80℃下保温3-4h；
S2、在另一反应釜中，加入高沸点有机溶剂B和辅助成膜树脂，在140-160℃下保温1-2h；
S3、将步骤S2保温后的物料，降温至65-80℃，加入到步骤S1中的反应釜中，再加入引发剂，在50-60℃下保温反应3-4h；
S4、往步骤S3反应结束后的物料中加入流平剂，在50-60℃下保温1-2h；保温结束，降至室温，得到所述涂料组合物。
溶剂的挥发率决定于溶剂本身的沸点、分子量及分子结构三大因素。一般认为低沸点溶剂在常温时蒸气压力大，挥发快。通常将溶剂划分为低沸点溶剂、中沸点溶剂和高沸点溶剂。低沸点溶剂是指沸点在100℃以下的溶剂；中沸点是在110～145℃之间；高沸点是在145～170℃之间，而170℃以上的则称为特高沸点溶剂。溶剂挥发的速率对漆膜的外观及质量都有极大的影响。在施工过程中首先接触到的是干燥快慢的问题，这和溶剂的挥发速度成正比施工时往往希望漆膜干得快些，但是干燥过快会影响漆膜的流平性、光泽等指标，干得慢些可以保证漆膜的流平及防止桔皮、泛白等。在本发明中，通过使用不同的沸点的溶剂来溶解丙烯酸酯类树脂、辅助成膜树脂，在达到溶解的基础上，也调整了这个溶剂体系的挥发情况，有助于涂料组合物的成膜。
本发明的有益效果为：
1、制备得到的涂料组合物，适用于紫外线进行固化；
2、涂料组合物固化在塑料薄膜，涂层表面性能优异，即涂层表面耐钢丝绒：1500次以上/1Kg；涂层表面耐酒精：2500次以上/1Kg；涂层表面耐EF74型橡皮：2500次以上/1Kg；涂层表面耐弯曲次数：30万次以上；涂层表面耐铅笔硬度：7-9H。
具体实施方式
为了便于本领域技术人员的理解，下面结合实施例对本发明作进一步的说明，实施方式提及的内容并非对本发明的限定。
实施例1
一种高硬度的涂料组合物，以重量份为单位，包括以下原料：
丙烯酸甲酯树脂40份
环氧树脂5份
有机溶剂A：丙酮25份；高沸点有机溶剂B：丙二醇单甲醚、25份
自由基聚合光引发剂：2-羟基-甲基苯基丙烷-1-酮1份
有机硅氧烷流平剂：WA-7333流平剂0.01份
一种高硬度的涂料组合物的制备方法，包括以下步骤：
S1、按照上述原料的重量份进行备料，在反应釜中，加入低沸点有机溶剂A和丙烯酸酯类树脂，在65℃下保温3h；
S2、在另一反应釜中，加入高沸点有机溶剂B和辅助成膜树脂，在140℃下保温1h；
S3、将步骤S2保温后的物料，降温至65℃，加入到步骤S1中的反应釜中，再加入引发剂，在50℃下保温反应3h；
S4、将步骤S3反应结束后的物料中加入流平剂，在50℃下保温1h；保温结束，降至室温，得到所述涂料组合物。
实施例2
一种高硬度的涂料组合物，以重量份为单位，包括以下原料：
丙烯酸乙酯树脂100份
聚酯树脂10份
有机溶剂A：丁酮100份，高沸点有机溶剂B：醋酸正丙酯100份
二芳基碘鎓盐(4,4′-二乙酰胺基苯基碘六氟磷酸盐)10份
丙烯酸流平剂：Levaslip407 0.5份
一种高硬度的涂料组合物的制备方法，包括以下步骤：
S1、按照上述原料的重量份进行备料，在反应釜中，加入低沸点有机溶剂A和丙烯酸酯类树脂，在80℃下保温4h；
S2、在另一反应釜中，加入高沸点有机溶剂B和辅助成膜树脂，在160℃下保温2h；
S3、将步骤S2保温后的物料，降温至80℃，加入到步骤S1中的反应釜中，再加入引发剂，在60℃下保温反应4h；
S4、将步骤S3反应结束后的物料中加入流平剂，在60℃下保温2h；保温结束，降至室温，得到所述涂料组合物。
实施例3
一种高硬度的涂料组合物，以重量份为单位，包括以下原料：
丙烯酸甲酯树脂30份、丙烯酸乙酯树脂40份
聚氨酯树脂8份
有机溶剂A：醋酸甲酯50份；高沸点有机溶剂B：醋酸丁酯50份
自由基聚合光引发剂：2-甲基-1-(4-甲硫基苯基)-2-吗啉基-1-丙酮0.15份；氟甲磺酸盐(Vicbase TC 3630)0.15份
有机硅氧烷：BYK-307流平剂0.25份
一种高硬度的涂料组合物的制备方法，包括以下步骤：
S1、按照上述原料的重量份进行备料，在反应釜中，加入低沸点有机溶剂A和丙烯酸酯类树脂，在70℃下保温3.5h；
S2、在另一反应釜中，加入高沸点有机溶剂B和辅助成膜树脂，在150℃下保温1.5h；
S3、将步骤S2保温后的物料，降温至75℃，加入到步骤S1中的反应釜中，再加入引发剂，在55℃下保温反应3.5h；
S4、将步骤S3反应结束后的物料中加入流平剂，在55℃下保温1.5h；保温结束，降至室温，得到所述涂料组合物。
实施例4
一种高硬度的涂料组合物，以重量份为单位，包括以下原料：
丙烯酸甲酯树脂43份
聚氨酯树脂7份
有机溶剂A：乙醇29份；高沸点有机溶剂B：异丙醇29份
自由基聚合光引发剂：(三芳基碘鎓盐)3-硝基苯基二苯基硫六氟磷酸盐1份、(烷基碘鎓盐)4,4-双十二烷基苯碘鎓六氟锑酸盐0.5份
有机硅氧烷流平剂：WA-7333流平剂0.01份、Levaslip407流平剂0.01份
一种高硬度的涂料组合物的制备方法，包括以下步骤：
S1、按照上述原料的重量份进行备料，在反应釜中，加入低沸点有机溶剂A和丙烯酸酯类树脂，在68℃下保温3.5h；
S2、在另一反应釜中，加入高沸点有机溶剂B和辅助成膜树脂，在145℃下保温1.2h；
S3、将步骤S2保温后的物料，降温至69℃，加入到步骤S1中的反应釜中，再加入引发剂，在50℃下保温反应3.2h；
S4、将步骤S3反应结束后的物料中加入流平剂，在52℃下保温1.3h；保温结束，降至室温，得到所述涂料组合物。
实施例5
一种高硬度的涂料组合物，以重量份为单位，包括以下原料：
丙烯酸乙酯树脂90份
环氧树脂9份
有机溶剂A：醋酸乙酯95份；高沸点有机溶剂B：醋酸丁酯95份
1-羟基环已基苯基酮2份、安息香双甲醚2份、2,4,6(三甲基苯甲酰基)二苯基氧化膦1份、二甲苯酮1份、2-异丙基硫杂蒽酮2份
有机硅氧烷流平剂：WA-7333流平剂0.4份
一种高硬度的涂料组合物的制备方法，包括以下步骤：
S1、按照上述原料的重量份进行备料，在反应釜中，加入低沸点有机溶剂A和丙烯酸酯类树脂，在78℃下保温3.9h；
S2、在另一反应釜中，加入高沸点有机溶剂B和辅助成膜树脂，在156℃下保温1.7h；
S3、将步骤S2保温后的物料，降温至77℃，加入到步骤S1中的反应釜中，再加入引发剂，在58℃下保温反应3.9h；
S4、将步骤S3反应结束后的物料中加入流平剂，在58℃下保温1.7h；保温结束，降至室温，得到所述涂料组合物。
对比例1
未加入丙烯酸酯类树脂，其余条件和实施例3一致；
对比例2
未加入辅助成膜树脂，其余条件和实施例3一致；
将制备得到的涂料组合物涂覆在透明基材上，经紫外光(UV)固化形成，所述的涂覆方式可以采用常规的方法，如棒涂法、刮刀涂布法、Mayer棒涂法、辊涂法、刮板涂布法、条缝涂布法和微凹版涂布法来形成涂层。优选条缝和微凹版涂布法。
作为用于使本发明涂层组合物中的树脂固化的紫外线可从高压汞灯、融合H灯或氙灯获得，通常，用于照射的光量在100mJ/cm2～500mJ/cm2的范围内，优选300mJ/cm2～500mJ/cm2的范围。
本发明的透明基材优选为塑料薄膜，塑料薄膜的可包括：聚酯薄膜，如聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)、聚碳酸酯薄膜(PC)、聚酰亚胺薄膜(PI)、聚甲基丙烯酸甲酯薄膜(PMMA)、ABS与PET复合薄膜、PC与PMMA的复合薄膜等，优选的是聚对苯二甲酸乙二酯(PET)。支持体的厚度没有特别的限制。通常，所述厚度在20μm～300μm，优选在25μm～250μm的范围内，在本次测试中，厚度为100μm。
将上述实施例1-实施例3、对比例1-2制备得到的涂料组合物，进行涂料的性能检测，相关结果汇总至下表1
表1
Figure BDA0003435984590000091
因此本发明制备得到的涂层组合物，表面耐磨性表现优异，具体性能指标如下：
涂层表面耐钢丝绒：1500次以上/1Kg
涂层表面耐酒精：2500次以上/1Kg
涂层表面耐EF74型橡皮：2500次以上/1Kg
涂层表面耐弯曲次数：30万次以上
涂层表面耐铅笔硬度：7-9H
而仅仅包括丙烯酸酯类树脂(对比例2)或辅助成膜树脂(对比例1)的涂层组合物，涂层表面表现均较差，说明在丙烯酸酯类树脂和辅助成膜树脂复配得到的涂层组合物，丙烯酸酯类树脂和辅助成膜树脂发挥了协同增效的作用，有效的增强了涂层组合物的耐磨性。
上述实施例为本发明较佳的实现方案，除此之外，本发明还可以其它方式实现，在不脱离本发明构思的前提下任何显而易见的替换均在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种高硬度的涂料组合物，其特征在于，以重量份为单位，包括以下原料：
丙烯酸酯类树脂40-100份
辅助成膜树脂5-10份
有机溶剂50-200份
引发剂1-10份
流平剂0.01-0.5份。
2.根据权利要求1所述的一种高硬度的涂料组合物，其特征在于，所述丙烯酸酯类树脂为丙烯酸甲酯树脂、丙烯酸乙酯树脂中的一种或两种。
3.根据权利要求1所述的一种高硬度的涂料组合物，其特征在于，所述辅助成膜树脂为环氧树脂、聚酯树脂、聚氨酯树脂中的任一种或任几种。
4.根据权利要求1所述的一种高硬度的涂料组合物，其特征在于，所述有机溶剂包括低沸点有机溶剂A和高沸点有机溶剂B。
5.根据权利要求4所述的一种高硬度的涂料组合物，其特征在于，所述低沸点有机溶剂A为丙酮、丁酮、醋酸甲酯、醋酸乙酯、甲醇、乙醇中的任一种或任几种。
6.根据权利要求4所述的一种高硬度的涂料组合物，其特征在于，所述高沸点有机溶剂B为丙二醇单甲醚、醋酸正丙酯、醋酸丁酯、异丙醇中的任一种或任几种。
7.根据权利要求1所述的一种高硬度的涂料组合物，其特征在于，所述引发剂为自由基聚合光引发剂、阳离子聚合光引发剂中的一种或两种。
8.根据权利要求7所述的一种高硬度的涂料组合物，其特征在于，所述自由基聚合光引发剂为2-羟基-甲基苯基丙烷-1-酮、1-羟基环已基苯基酮、2-甲基-1-(4-甲硫基苯基)-2-吗啉基-1-丙酮、安息香双甲醚、2,4,6(三甲基苯甲酰基)二苯基氧化膦、二甲苯酮、2-异丙基硫杂蒽酮中的任一种。
9.根据权利要求7所述的一种高硬度的涂料组合物，其特征在于，所述阳离子聚合光引发剂为二芳基碘鎓盐、三芳基碘鎓盐、烷基碘鎓盐、氟甲磺酸盐中的任一种。
10.一种制备权利要求1-9任一项所述高硬度的涂料组合物的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、在反应釜中，加入低沸点有机溶剂A和丙烯酸酯类树脂，在65-80℃下保温3-4h；
S2、在另一反应釜中，加入高沸点有机溶剂B和辅助成膜树脂，在140-160℃下保温1-2h；
S3、将步骤S2保温后的物料，降温至65-80℃，加入到步骤S1中的反应釜中，再加入引发剂，在50-60℃下保温反应3-4h；
S4、往步骤S3反应结束后的物料中加入流平剂，在50-60℃下保温1-2h；保温结束，降至室温，得到所述涂料组合物。
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