CN114773983B - 一种uv固化的耐磨涂料 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种UV固化的耐磨涂料，涉及涂料技术领域；该UV固化的耐磨涂料按照重量份数计，包括如下组分：丙烯酸树脂50～80份；活性单体10～20份；光引发剂3～5份；纳米粒子5～20份；流平剂0.1～0.5份；分散剂0.1～0.5份；消泡剂0.2～0.8份；其中所述纳米粒子以KH590为原料制备。本发明提供的UV固化的耐磨涂料，通过在涂料体系中引入纳米粒子来提高耐磨性能，同时，引入的纳米粒子以硅烷偶联剂KH590为原料自制，与传统的无机纳米粒子相比，与涂料体系具有更好的相容性；并且，该自制的纳米粒子能够通过化学键充分键合于涂层中，从而在提高涂层耐磨性的同时，还能够提高涂层耐磨性能的持久性。
Description
技术领域
本发明涉及涂料技术领域，尤其涉及一种UV固化的耐磨涂料。
背景技术
目前通常通过涂覆含有高官树脂、表面助剂的漆膜来提高聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)等基材的硬度；但是由于高官树脂含量会使漆膜的性能偏脆，容易造成基材的变形；减少高官树脂的含量又会使得漆膜的耐磨性能不足；为提高漆膜的耐磨性，目前通常在漆膜中加入无机纳米粒子；由于无机纳米粒子表面与涂料体系通过表面缠绕来进行结合，相容性有限，导致涂料的耐磨性不持久。
发明内容
本发明要解决的技术问题是：为了解决现有技术中涂料的耐磨性不持久的问题，本发明提供一种UV固化的耐磨涂料，该UV固化的耐磨涂料通过引入以硅烷偶联剂为原料制备的纳米粒子来提高涂料耐磨性的同时，使得纳米粒子能够迁移到涂层的表面，解决了现有技术中涂料的耐磨性不持久的问题。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：
一种UV固化的耐磨涂料，按照重量份数计，包括如下组分：
其中所述纳米粒子以KH590为原料制备。
可选地，所述纳米粒子的制备方法如下：
S1：将KH590、乙醇、水混合，用冰醋酸将PH值调节在3～6，在惰性气体保护以及60℃条件下搅拌，除去溶剂，干燥得固体产物A；
S2：将所述固体产物A和甲苯混合，滴加光引发剂，温度升至50℃，在惰性气体保护下，滴加三羟甲基丙烷三丙烯酸酯，边搅拌边用LED灯照射，除去溶剂，得到固体产物B；
S3：将所述固体产物B和甲苯混合，滴加光引发剂，温度升至50℃，在惰性气体保护下，滴加全氟烷基硫醇，边搅拌边用LED灯照射，通过FTIR测量监测反应，反应物中-HS吸收峰消失，为止，停止滴加所述三羟甲基丙烷三丙烯酸酯，除去溶剂，得到所述纳米粒子。
可选地，步骤S1中所述KH590、所述乙醇、所述水的质量比为2:1:5。
可选地，步骤S2中所述固体产物A与所述甲苯的质量比为1:4；所述光引发剂与所述固体产物A的质量比为1:50。
可选地，步骤S3中所述固体产物B与所述甲苯的质量比为1：6；所述光引发剂与所述固体产物B的质量比为1：50；所述全氟烷基硫醇与所述固体产物B的质量比为1:25。
可选地，所述丙烯酸树脂选自环氧丙烯酸树脂、聚氨酯改性丙烯酸树脂、聚酯改性丙烯酸树脂、硅改性丙烯酸酯中的至少一种。
可选地，所述活性单体选自季戊四醇四丙烯酸酯、1,6-乙二醇二丙烯酸酯、三丙二醇二丙烯酸酯中的至少一种。
可选地，所述流平剂为有机硅类流平剂；所述分散剂为高分子分散剂。
可选地，所述消泡剂为有机硅消泡剂或聚醚消泡剂。
可选地，所述光引发剂选自184、TPO、1173、819中的至少一种。
本发明的有益效果是：
本发明提供的UV固化的耐磨涂料，通过在涂料体系中引入纳米粒子来提高耐磨性能，同时，本发明中引入的纳米粒子以硅烷偶联剂KH590为原料自制，因此，该纳米粒子为有机纳米粒子，与传统的无机纳米粒子相比，与涂料体系具有更好的相容性；并且，该自制的纳米粒子能够通过化学键充分键合于涂层中，从而在提高涂层耐磨性的同时，还能够提高涂层耐磨性能的持久性。
具体实施方式
现在对本发明作进一步详细的说明。下面描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制，基于本发明的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
为解决现有涂料耐磨性不持久的问题，本发明提供一种UV固化的耐磨涂料，按照重量份数计，该涂料包括如下组分：
其中纳米粒子以KH590为原料制备，即本发明中的纳米粒子为自制的纳米粒子。
本发明通过在涂料体系中引入纳米粒子来提高耐磨性能，同时，本发明中引入的纳米粒子以硅烷偶联剂KH590为原料自制，因此，该纳米粒子为有机纳米粒子，与传统的无机纳米粒子相比，与涂料体系具有更好的相容性；并且，该自制的纳米粒子能够通过化学键充分键合于涂层中，从而在提高涂层耐磨性的同时，还能够提高涂层耐磨性能的持久性。
具体的，本发明中纳米粒子的制备方法如下：
S1：将KH590、乙醇、水混合，用冰醋酸将PH值调节在3～6，在惰性气体保护以及60℃条件下搅拌，除去溶剂，干燥得固体产物A；本发明优选惰性气体为氮气，搅拌时间为1小时；并优选通过真空旋蒸的方式来除去溶剂；
S2：将固体产物A和甲苯混合，滴加光引发剂，温度升至50℃，在惰性气体保护下，滴加三羟甲基丙烷三丙烯酸酯(TMTPA)，边搅拌边用LED灯照射，除去溶剂，得到固体产物B；本发明优选该步骤中的光引发剂为1173，惰性气体为氮气；优选用波长为365nm的LED灯进行照射；并优选通过FTIR测量监测反应的进行，当监测到反应物中-HS吸收峰消失时，停止滴加三羟甲基丙烷三丙烯酸酯，通过真空旋蒸的方式除去溶剂，得到固体产物B；
S3：将固体产物B和甲苯混合，滴加光引发剂，优选该光引发剂为1173，温度升至50℃，在惰性气体保护下，滴加全氟烷基硫醇(CAS号:34451-28-0)，边搅拌边用LED灯照射，除去溶剂，得到纳米粒子；优选该步骤中的惰性气体为氮气，用波长为365nm的LED灯进行照射；并优选通过FTIR测量监测反应的进行，当监测到反应物中-HS吸收峰消失时，通过真空旋蒸的方式除去溶剂，得到纳米粒子。
本发明中的纳米粒子通过硅烷偶联剂KH590缩聚水解得到，该纳米粒子为粒径约40nm的球状粒子，该球状粒子的表面有很多-HS，-HS通过与TMTPA表面的双键反应，使得粒子的表面覆盖有许多双键，然后用带-HS的全氟硫醇继续与部分的双键反应，使得该粒子带上部分的长碳链氟，从而使得制备的纳米粒子同时富含大量的双键和长碳链氟；大量的双键能够使该纳米粒子充分键合在涂层中，增加交联密度，提高涂层的强度和耐磨性；同时，长碳链氟能够将纳米粒子迁移至涂层的表面，从而在提高涂层耐磨性的同时，提高涂层耐磨性能的持久性。
本发明中的纳米粒子是通过KH590自身缩聚成球状粒子，无需引入无机粒子；同时该纳米粒子表面的双键以及长碳链氟均通过化学键结合，与通过硅烷偶联剂改性后的无机纳米粒子相比，结构更加稳定，从而有利于提高涂层性能的稳定性。
为保证纳米粒子的性能，本发明优选步骤S1中KH590、乙醇、水的质量比为2:1:5；步骤S2中固体产物A与甲苯的质量比为1:4；光引发剂与固体产物A的质量比为1:50；步骤S3中固体产物B与甲苯的质量比为1：6；光引发剂与固体产物B的质量比为1：50；全氟烷基硫醇与固体产物B的质量比为1:25。
本发明中的树脂可以为韧性树脂，以便于使涂层更加坚韧，耐磨更持久，减少基材变形；本发明优选丙烯酸树脂选自环氧丙烯酸树脂、聚氨酯改性丙烯酸树脂、聚酯改性丙烯酸树脂、硅改性丙烯酸酯中的至少一种；优选活性单体选自季戊四醇四丙烯酸酯、1,6-乙二醇二丙烯酸酯、三丙二醇二丙烯酸酯中的至少一种；优选流平剂为有机硅类流平剂；分散剂为高分子分散剂；消泡剂为有机硅消泡剂或聚醚消泡剂；并优选光引发剂选自184、TPO、1173、819中的至少一种。
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更为明显易懂，下面对本发明的具体实施例做详细的说明。
实施例1
纳米粒子的制备：
S1：将KH590、乙醇、水以质量比2:1:5的比例混合于三口烧瓶中，用冰醋酸调节PH值在3～6，氮气保护，60℃搅拌1个小时，然后真空旋蒸去除溶剂，干燥得固体产物A；
S2：将固体产物A和甲苯以质量比1:4的比例于烧瓶中混合，滴加相对固体产物A质量2％的1173，温度升至50℃，在氮气保护下，将TMTPA滴加到烧瓶中，边搅拌边用波长365nm的LED灯照射，通过FTIR测量监测反应，反应物中-HS吸收峰消失，旋蒸除去溶剂，得到产物B；
S3：将固体产物B和甲苯以质量比1:6的比例于烧瓶中混合，滴加相对固体产物B质量2％的1173，温度升至50℃，在氮气保护下，将相对于固体产物B质量4％的全氟烷基硫醇(CAS号:34451-28-0)滴加到烧瓶中，边搅拌边用波长365nm的LED灯照射，通过FTIR测量监测反应，反应物中-HS吸收峰消失，旋蒸除去溶剂，得到自制球形的纳米粒子，该纳米粒子的粒径约40nm。
实施例2
本实施例提供一种UV固化耐磨涂料，按照重量份数计，该UV固化耐磨涂料包括如下组分：
本实施例中的纳米粒子为实施例1自制的纳米粒子。
实施例3
本实施例提供一种UV固化耐磨涂料，按照重量份数计，该UV固化耐磨涂料包括如下组分：
本实施例中的纳米粒子为实施例1自制的纳米粒子。
实施例4
本实施例提供一种UV固化耐磨涂料，按照重量份数计，该UV固化耐磨涂料包括如下组分：
本实施例中的纳米粒子为实施例1自制的纳米粒子。
实施例5
本实施例提供一种UV固化耐磨涂料，按照重量份数计，该UV固化耐磨涂料包括如下组分：
本实施例中的纳米粒子为实施例1自制的纳米粒子。
实施例6
本实施例提供一种UV固化耐磨涂料，按照重量份数计，该UV固化耐磨涂料包括如下组分：
本实施例中的纳米粒子为实施例1自制的纳米粒子。
实施例7
本实施例提供一种UV固化耐磨涂料，按照重量份数计，该UV固化耐磨涂料包括如下组分：
本实施例中的纳米粒子为实施例1自制的纳米粒子。
实施例8
本实施例提供一种UV固化耐磨涂料，按照重量份数计，该UV固化耐磨涂料包括如下组分：
本实施例中的纳米粒子为实施例1自制的纳米粒子。
实施例9
本实施例提供一种UV固化耐磨涂料，按照重量份数计，该UV固化耐磨涂料包括如下组分：
本实施例中的纳米粒子为实施例1自制的纳米粒子。
对比例1
本对比例提供一种UV固化的耐磨涂料，该UV固化的耐磨涂料中加入KH590改性的纳米粒子。
KH590改性纳米粒子的制备：将纳米二氧化硅、乙醇、水以3:1:5的比例混合于三口烧瓶中，用冰醋酸调节PH值在3～6，氮气保护，60℃搅拌10min，然后缓慢滴加KH590，KH590与纳米二氧化硅的物质的量比为0.5:3，继续搅拌1h，旋蒸除去溶剂，得到KH590改性纳米二氧化硅粒子，粒径约40nm。
按照重量份数计，该对比例提供的涂料包括如下组分：
对比例2
本对比例提供一种UV固化的耐磨涂料，该UV固化的耐磨涂料中加入市售的纳米二氧化硅粒子(广州宏武材料科技有限公司，型号为M600)。
按照重量份数计，该UV固化的耐磨涂料包括如下组分：
实施例2～实施例9以及对比例1、对比例2中的组分参见表1所示。
表1
对实施例2～实施例9以及对比例1、对比例2制备的涂料进行性能测试，性能测试过程如下：
将实施例2～9以及对比例1～2所获得的涂料涂敷在PET膜材表面，涂覆厚度为10μm，然后将涂覆有涂料的基材置于高压汞灯下进行照射，涂层固化后，即得到耐磨涂层。
对实施例2～9以及对比例1～2所获耐磨涂层进行相关性能测试：
耐磨性：根据标准GB/T1768-2006进行测试，100r；
耐钢丝绒：钢丝绒型号：日本邦士达0000#；
测试方法：耐磨测试仪，测试面1cm*1cm，负重1KG，测试距离4CM，频率1分钟50次来回摩擦，直到表面有划痕为止；
柔韧性：180°对折观察爆裂情况；
硬度：根据标准GB/T6739-2006进行测试；
涂膜的附着力按照GB/T9286-1998，ISO2409:1992方法测定。
具体测试数据详见表2所示。
表2
| 测试项 | 耐钢丝绒 | 附着力 | 耐磨性(g) | 硬度 | 柔韧性 |
| 实施例2 | 8000 | 0 | 0.017 | 3H | 不爆裂 |
| 实施例3 | 10000 | 0 | 0.012 | 3H | 不爆裂 |
| 实施例4 | 7500 | 0 | 0.020 | 3H | 不爆裂 |
| 实施例5 | 8500 | 0 | 0.018 | 3H | 不爆裂 |
| 实施例6 | 7000 | 0 | 0.018 | 3H | 不爆裂 |
| 实施例7 | 7000 | 0 | 0.019 | 3H | 不爆裂 |
| 实施例8 | 7300 | 0 | 0.019 | 3H | 不爆裂 |
| 实施例9 | 7800 | 0 | 0.019 | 3H | 不爆裂 |
| 对比例1 | 4000 | 0 | 0.038 | 2H | 不爆裂 |
| 对比例2 | 4000 | 0 | 0.042 | 2H | 不爆裂 |
从上述数据看出，本发明提供的UV固化的耐磨涂料，通过添加自制的纳米粒子，在提高涂层耐磨性的同时，还明显提高了涂层耐磨性能的持久性，耐钢丝绒可达10000，并且以丙烯酸树脂选用聚氨酯改性丙烯酸树脂时，涂层性能的提升更为明显。
以上述依据本发明的理想实施例为启示，通过上述的说明内容，相关工作人员完全可以在不偏离本项发明技术思想的范围内，进行多样的变更以及修改。本项发明的技术性范围并不局限于说明书上的内容，必须要根据权利要求范围来确定其技术性范围。
Claims (9)
1.一种UV固化的耐磨涂料，其特征在于，按照重量份数计，包括如下组分：
其中所述纳米粒子以KH590为原料制备；
所述纳米粒子的制备方法如下：
S1：将KH590、乙醇、水混合，用冰醋酸将PH值调节在3～6，在惰性气体保护以及60℃条件下搅拌，除去溶剂，干燥得固体产物A；
S2：将所述固体产物A和甲苯混合，滴加光引发剂，温度升至50℃，在惰性气体保护下，滴加三羟甲基丙烷三丙烯酸酯，边搅拌边用LED灯照射，通过FTIR测量监测反应，反应物中-HS吸收峰消失，为止，停止滴加所述三羟甲基丙烷三丙烯酸酯，除去溶剂，得到固体产物B；
S3：将所述固体产物B和甲苯混合，滴加光引发剂，温度升至50℃，在惰性气体保护下，滴加全氟烷基硫醇，边搅拌边用LED灯照射，除去溶剂，得到所述纳米粒子。
2.如权利要求1所述的UV固化的耐磨涂料，其特征在于，步骤S1中所述KH590、所述乙醇、所述水的质量比为2:1:5。
3.如权利要求1所述的UV固化的耐磨涂料，其特征在于，步骤S2中所述固体产物A与所述甲苯的质量比为1:4；所述光引发剂与所述固体产物A的质量比为1:50。
4.如权利要求1所述的UV固化的耐磨涂料，其特征在于，步骤S3中所述固体产物B与所述甲苯的质量比为1：6；所述光引发剂与所述固体产物B的质量比为1：50；所述全氟烷基硫醇与所述固体产物B的质量比为1:25。
5.如权利要求1～4任一项所述的UV固化的耐磨涂料，其特征在于，所述丙烯酸树脂选自环氧丙烯酸树脂、聚氨酯改性丙烯酸树脂、聚酯改性丙烯酸树脂、硅改性丙烯酸酯中的至少一种。
6.如权利要求1～4任一项所述的UV固化的耐磨涂料，其特征在于，所述活性单体选自季戊四醇四丙烯酸酯、1,6-己二醇二丙烯酸酯、三丙二醇二丙烯酸酯中的至少一种。
7.如权利要求1～4任一项所述的UV固化的耐磨涂料，其特征在于，所述流平剂为有机硅类流平剂；所述分散剂为高分子分散剂。
8.如权利要求1～4任一项所述的UV固化的耐磨涂料，其特征在于，所述消泡剂为有机硅消泡剂或聚醚消泡剂。
9.如权利要求1所述的UV固化的耐磨涂料，其特征在于，所述光引发剂选自184、TPO、1173、819中的至少一种。
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