CN115011175A - 一种稀土颜料光固化色浆及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种稀土颜料光固化色浆及其制备方法,将多元醇A、异氰酸酯B与阳离子亲水性扩链剂C和催化剂D在氮气保护的状态下混合均匀,而后进行预聚反应,然后加入亲稀土型扩链剂E进行扩链反应,而后加入封端剂F,进行封端反应,加入中和剂G进行中和反应,加入去离子水,进行剪切乳化,得到均一稳定的阳离子水性聚氨酯乳液,最后将稀土颜料H加入上述产物中,利用磁力搅拌器分散均匀,得到均一稳定的稀土颜料色浆。本发明增强了稀土颜料色浆交联固化能力,形成相对稳定的稀土颜料色浆,并且实现了制备高硬度,高附着力,色泽鲜艳,色牢度高的聚氨酯膜的目的。

Description

一种稀土颜料光固化色浆及其制备方法
技术领域
本发明属于水性聚氨酯技术及无机颜料技术领域,具体涉及了一种稀土颜料光固化色浆及其制备方法。
背景技术
稀土元素具有特殊的4f电子结构,且具有较强的吸收紫外线和显色能力,以硫化铈为代表的稀土颜料兼有机颜料和无机颜料的优点,解决了传统颜料在应用体现出的结合力不强,团聚等问题,在塑料、陶瓷材料、玻璃制品等领域中得到广泛的应用。
现阶段对于稀土颜料的研究,主要集中在制备以及应用两方面,其中在制备方面,专利CN202010945330.3(CN112063198A)公布了一种稀土红色颜料及其制备方法,该发明先通过可溶性稀土盐、可溶性铁盐、可溶性铝盐和沉淀剂发生液相沉淀反应,再将沉淀物进行煅烧,从而制得一种稀土红色颜料,此类染料可通过稀土离子的掺杂量来调节色度,从而得到从深红到亮红的一系列红色颜料。除此之外,专利CN201710320705.5(CN108659573B)公布了一种稀土颜料混合物及方法,该发明通过将碱土金属氧化物与稀土硫化物颜料混合从而制得一类稀土颜料混合物,寄由此法可抑制稀土硫化物颜料在水中产生的硫化氢气体,从而拓宽稀土硫化物颜料的应用范围。
与传统颜料相比,稀土颜料虽是具有众多优势,但现阶段对其应用仍是处于初步探索阶段,且其在色牢度等性能上仍具有提升空间,尤其是针对纺织印花领域,稀土颜料相关的墨水、色浆等相研究和产品目前较少。阳离子型水性聚氨酯在皮革、涂料、纺织和造纸等领域有着较好的应用,阳离子本身也与稀土颜料中的元素组成拥有较好的亲和力,两者具备复合使用的潜力,但前提是需要重新设计一种适合稀土颜料应用的新型阳离子聚氨酯分散体。
近年来,对阳离子水性聚氨酯研究逐渐受到关注,为解决其耐水性差等理化缺陷,国内学者做出很多尝试,如专利CN111072903A公布了一种阳离子型水性聚氨酯乳液的制备方法,该发明利用醇胺扩链剂N-(2-羟乙基)哌嗪分子中的仲胺基和羟基与端异氰酸酯基预聚体进行扩链反应,将叔胺基引入阳离子型WPU的主链结构中,通过乙醇酸中和可形成两个季铵盐;另一方面在WPU结构中引入适量的蓖麻油或改性蓖麻油增大WPU的交联度。在较低的亲水扩链剂含量下即可制得高分散稳定性的阳离子型WPU乳液。哌嗪环和蓖麻油的交联,以及蓖麻油的疏水脂肪链还可提高胶膜的耐水性和热稳定性。
除去各类改性手段,紫外光固化技术也是提高阳离子水性聚氨酯理化性能的一项重要技术,如专利CN111072903B公布了一种水性光固化聚氨酯树脂及其制备方法,该发明通过一步溶液聚合法或本体聚合法合成高双键密度的水性光固化聚氨酯树脂,制备的树脂可光固化基团及亲水基团密度可调节,所得样品具有优良的亲水性和光固化性,成膜物硬度高。如专利CN105601876A便公布了一种阳离子水性聚氨酯及其制备方法,该发明采用聚(碳酸酯-醚)二元醇作为原料制备聚氨酯树脂,这类二元醇在制备过程中使用了二氧化碳为其重要组分,从而减少了碳排放,且聚(碳酸酯-醚)二元醇同时具有聚酯结构以及聚醚结构,克服了聚酯耐水性差以及聚醚机械性能差的缺点,制备得到的聚氨酯树脂性能优异。但现下所常见的光固化阳离子水性聚氨酯制备工艺仍存在一些弊端,如专利CN1033 33314A公布了一种阳离子光固化含氟聚氨酯树脂及其制备方法,该发明所得样品具有耐刮、耐化学腐蚀性、耐候性、耐水耐溶剂性、耐冲击性优良等优点,且硬度大、附着力强、耐冲击性强。但其所使用的中和剂乃是冰醋酸等易挥发的有机酸,此类酸剂在对环境造成污染的同时也会威胁到科研工作者的身体健康。
发明内容
基于以上问题,本发明通过将稀土颜料与阳离子型水性聚氨酯相结合的方式来充分发挥二者优势,采用具有双键结构的有机酸作为中和剂,使中和剂可参与到光固化反应之中,解决污染问题的同时达到提高成膜物理化性能的效果。采用三羟甲基丙烷三(3-巯基丙酸)酯作为亲稀土型扩链剂,增加乳液与稀土颜料间结合力,使色浆具有更鲜艳的色泽,并提高色牢度等指标,且阳离子的存在,使得二者之间具有牢固的结合能力,从而制得稳定均一的色浆。
本发明提供了一种稀土颜料光固化色浆的制备方法,包括以下步骤:
S1、将定量已经过脱水处理的多元醇、二异氰酸酯、亲水性扩链剂及催化剂加入反应器中,在搅拌状态下加热保温反应制备异氰酸酯的预聚体,按质量份数计,所述多元醇为5~15份,所述二异氰酸酯为5~12份,所述亲水性扩链剂为1~5份,所述催化剂为0.01~1份;
S2、向反应体系中加入定量亲稀土型扩链剂及溶剂,所述溶剂加入量按质量份数计为4~10份;
S3、待扩链反应充分进行后,对反应体系进行降温操作,而后在体系中加入定量封端剂及溶剂,所述封端剂加入量按质量份数计为1-6份;
S4、待封端反应充分进行后,在反应体系中加入定量中和剂;
S5、待中和完毕后,提高转速,将去离子水缓慢加入反应体系中分散均匀,得到乳白色分散液,所述去离子水加入量按质量份数计为30~80份;
S6、在体系中加入添加稀土颜料充分混合,制得稀土颜料色浆;
S7、在所制得稀土颜料色浆中加入定量成膜复配剂及光固化剂,所述光固化剂加入量按质量份数计为0.5~2份,待反应体系混合均匀后,即可制得稀土颜料光固化色浆。
优选的,所述步骤S1中,二异氰酸酯为二官能团及以上的异氰酸酯,多元醇为分子量700以上的聚酯多元醇、聚醚多元醇或二者的混合物,亲水性扩链剂为含氨基或叔胺基的二羟基扩链剂,所述步骤3中封端剂为季戊四醇三丙烯酸酯等丙烯酸酯类单体。
优选的,所述步骤S2中,亲稀土型扩链剂为三羟甲基丙烷三(3-巯基丙酸)酯,加入量按质量份数计为1~5份。
优选的,所述步骤S4中,中和剂为丙烯酸、丁烯酸、丁烯二酸等含双键有机酸中的一种或多种,加入量按质量份数计为1~5份。
优选的,所述步骤S6中,稀土颜料为硫化镧(黄色)、硫化铈(红色)、硫化镨(黄绿色)、硫化钕(亮绿色)、硫化钆(紫色)中的一种或多种,加入量按质量份数计为5~10份。
优选的,所述步骤S7中,成膜复配剂为聚二季戊四醇六丙烯酸酯(DPHA)、甲基丙烯酸甲酯(MMA)、丙烯酸丁酯(BA)等含双键物质中的一种或多种,加入量按质量份数计2~10份。
优选的,所述步骤1中反应条件为温度60~100℃,反应时间为1~2小时,所述步骤3中降温操作应将反应体系温度降为0~40℃,所述步骤5中提高转速操作应将搅拌桨转速调至800-1500r/min,所述步骤S1~S3中反应均应在氮气氛围下进行。
优选的,所述稀土颜料光固化色浆配制方式为在润湿分散剂的润湿、分散作用下利用磁力搅拌机将稀土颜料均匀稳定地分散在乳液中,所制得稀土颜料光固化色浆粒径为50~100nm,固含量为20%~25%,粘度为15~30mpa/s。
一种稀土颜料光固化色浆,使用任一项所述的方法制备。
优选的,稀土颜料光固化色浆加入到电动雾化器中,全部均匀喷涂到物体或织物上,30~50℃烘干后,再将其在紫外光下照射20~50s即可得到稀土颜料光固化色浆涂覆的物体或织物。
与现有技术相比,本发明具有如下优点:
1、本专利所使用中和剂区别于其他专利,通过采用具有双键结构的有机酸,来使得中和剂参与到后续的自由基反应中,从而进一步提高所得产品成膜物的粘接性、硬度等理化性能。
2、本专利采用三羟甲基丙烷三(3-巯基丙酸)酯作为亲稀土型扩链剂,此类扩链剂的添加可增加乳液与稀土颜料之间的结合力,使得稀土颜料具有更鲜艳的色泽,并提高色牢度等指标。
3、本专利采用阳离子水性聚氨酯与稀土颜料结合的方式制备色浆,利用阳离子聚氨酯的所具有的阳离子特性,使得二者之间具有牢固的结合能力,利于制得稳定均一的色浆。
4、本专利具有特殊的后工艺体系,可通过复配不同品类及用量的试剂进行UV光固化反应,以达到调控产品理化性能的目的。
5、本专利所采用的封端剂为丙烯酸酯类单体,此类多双键结构的物质,参与反应后可提供极高的交联密度,且使得产品成膜后具有优良的机械性能。
具体实施方式
需要说明的是,在不冲突的情况下,本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
下面将对本发明的实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述,显然,所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例,而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例,本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动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。
下面结合具体实施例对本发明进行进一步描述,但本发明的保护范围并不限于此,实施例中,百分数如无特别说明,均为质量份数:
表1.各示例组分质量份数
实施例 TMPMP AA DPHA PTMG IPDI MDEA PETA Ce<sub>2</sub>S<sub>3</sub>
1 1份 1份 2份 5份 5份 1份 1份 5份
2 2份 2份 4份 8份 7份 2份 2份 6份
3 3份 3份 6份 11份 9份 3份 3份 8份
4 4份 4份 8份 13份 11份 4份 5份 9份
5 5份 5份 10份 15份 12份 5份 6份 10份
对比例1 8份 3份 6份 11份 9份 3份 3份 8份
对比例2 3份 8份 6份 11份 9份 3份 3份 8份
对比例3 3份 3份 10份 11份 9份 3份 3份 8份
实施例1
(1)将5份聚四氢呋喃醚二醇(PTMG,1000g/mol,上海阿拉丁生化科技股份有限公司)脱水处理后,降温至80℃;在氮气保护下,加入5份异佛尔酮二异氰酸酯(IPDI,上海阿拉丁生化科技股份有限公司),1份N-甲基二乙醇胺(MDEA,上海阿拉丁生化科技股份有限公司)和0.1份二月桂酸二丁基锡(DBTDL,上海阿拉丁生化科技股份有限公司)混合均匀,进行预聚反应2小时,反应温度为80℃;
(2)将1份三羟甲基丙烷三(3-巯基丙酸)酯(TMPMP,上海阿拉丁生化科技股份有限公司)加入步骤(1)产物中进行扩反应时间为1小时,反应温度为80℃,反应结束后将温度冷却至40℃;
(3)将1份季戊四醇三丙烯酸酯(PETA,上海阿拉丁生化科技股份有限公司)加入到步骤(2)产物中进行封端,保持温度40℃不变,反应时间为1小时;
(4)将1份丙烯酸(AA,上海阿拉丁生化科技股份有限公司)加入到步骤(3)的产物中进行中和,调节PH为近中性,中和温度保持40℃不变,中和时间为15分钟;
(5)将79.5份去离子水加入步骤(4)的产物中,将搅拌转速提高至1000r/min,进行高速搅拌乳化30min,即可得到含有支化末端的水性聚氨酯乳液。
(6)将5份硫化铈稀土颜料加入步骤(5)所制得乳液中,添加润湿分散剂,利用磁力搅拌器对其进行充分混合,即可得到稀土颜料色浆。
(7)将2份二季戊四醇六丙烯酸酯(DPHA,上海阿拉丁生化科技股份有限公司)和0.4份1-羟环己基苯酮(光引发剂184,上海阿拉丁生化科技股份有限公司)加入步骤(6)得到的阳离子水性聚氨酯乳液中,搅拌分散30min后,对其进行剪切分散10min(功率250W,超声时间2s,休息时间3s)即可得到稀土颜料光固化色浆。
(8)将步骤(7)得到的稀土颜料光固化色浆加入到电动雾化器中,全部均匀喷涂到长宽约10cm的铁片与织物与织物上,将铁片与织物与织物40℃烘干后,再将其在紫外灯下照射30s,即可得到稀土颜料光固化色浆涂覆的铁片与织物与织物。
本实施例中各组分质量份数均为所探究配方的下极限,在阳离子水性聚氨酯的合成过程中,通过引入阳离子亲水扩链剂、亲稀土型扩链剂以及支化封端剂使水性聚氨酯具有自乳化性能和支化末端,增强了其交联固化能力,随后与稀土颜料、丙烯酸酯单体共混,增加了双键含量,不添加任何乳化剂即可形成相对稳定的稀土颜料色浆,再通过紫外光的照射使其在金属或织物表面快速固化成膜,通过在金属表面使用稀土颜料光固化色浆进行涂覆,实现了制备高硬度,高附着力,色泽鲜艳,色牢度高的聚氨酯膜的目的。
实施例2
(1)将8份聚四氢呋喃醚二醇(PTMG,1000g/mol,上海阿拉丁生化科技股份有限公司)脱水处理后,降温至80℃;在氮气保护下,加入7份异佛尔酮二异氰酸酯(IPDI,上海阿拉丁生化科技股份有限公司),2份N-甲基二乙醇胺(MDEA,上海阿拉丁生化科技股份有限公司)和0.1份二月桂酸二丁基锡(DBTDL,上海阿拉丁生化科技股份有限公司)混合均匀,进行预聚反应2小时,反应温度为80℃;
(2)将2份三羟甲基丙烷三(3-巯基丙酸)酯(TMPMP,上海阿拉丁生化科技股份有限公司)加入步骤(1)产物中进行扩反应时间为1小时,反应温度为80℃,反应结束后将温度冷却至40℃;
(3)将2份季戊四醇三丙烯酸酯(PETA,上海阿拉丁生化科技股份有限公司)加入到步骤(2)产物中进行封端,保持温度40℃不变,反应时间为1小时;
(4)将2份丙烯酸(AA,上海阿拉丁生化科技股份有限公司)加入到步骤(3)的产物中进行中和,调节PH为近中性,中和温度保持40℃不变,中和时间为15分钟;
(5)将67.5份去离子水加入步骤(4)的产物中,将搅拌转速提高至1000r/min,进行高速搅拌乳化30min,即可得到含有支化末端的水性聚氨酯乳液。
(6)将6份硫化铈稀土颜料加入步骤(5)所制得乳液中,添加润湿分散剂,利用磁力搅拌器对其进行充分混合,即可得到稀土颜料色浆。
(7)将4份二季戊四醇六丙烯酸酯(DPHA,上海阿拉丁生化科技股份有限公司)和0.4份1-羟环己基苯酮(光引发剂184,上海阿拉丁生化科技股份有限公司)加入步骤(6)得到的阳离子水性聚氨酯乳液中,搅拌分散30min后,对其进行剪切分散10min(功率250W,超声时间2s,休息时间3s)即可得到光固化自乳化型阳离子水性聚氨酯乳液。
(8)将步骤(7)得到的光固化自乳化型阳离子水性聚氨酯乳液加入到电动雾化器中,全部均匀喷涂到长宽约10cm的铁片与织物上,将铁片与织物40℃烘干后,再将其在紫外灯下照射30s,即可得到光固化自乳化型阳离子水性聚氨酯乳液涂覆的铁片与织物。
本实施例在阳离子水性聚氨酯的合成过程中,通过引入阳离子亲水扩链剂、亲稀土型扩链剂以及支化封端剂使水性聚氨酯具有自乳化性能和支化末端,增强了其交联固化能力,随后与稀土颜料、丙烯酸酯单体共混,增加了双键含量,不添加任何乳化剂即可形成相对稳定的稀土颜料色浆,再通过紫外光的照射使其在金属或织物表面快速固化成膜,通过在金属表面使用稀土颜料光固化色浆进行涂覆,实现了制备高硬度,高附着力,色泽鲜艳,色牢度高的聚氨酯膜的目的。
实施例3
(1)将11份聚四氢呋喃醚二醇(PTMG,1000g/mol,上海阿拉丁生化科技股份有限公司)脱水处理后,降温至80℃;在氮气保护下,加入9份异佛尔酮二异氰酸酯(IPDI,上海阿拉丁生化科技股份有限公司),3份N-甲基二乙醇胺(MDEA,上海阿拉丁生化科技股份有限公司)和0.1份二月桂酸二丁基锡(DBTDL,上海阿拉丁生化科技股份有限公司)混合均匀,进行预聚反应2小时,反应温度为80℃;
(2)将3份三羟甲基丙烷三(3-巯基丙酸)酯(TMPMP,上海阿拉丁生化科技股份有限公司)加入步骤(1)产物中进行扩反应时间为1小时,反应温度为80℃,反应结束后将温度冷却至40℃;
(3)将3份季戊四醇三丙烯酸酯(PETA,上海阿拉丁生化科技股份有限公司)加入到步骤(2)产物中进行封端,保持温度40℃不变,反应时间为1小时;
(4)将3份丙烯酸(AA,上海阿拉丁生化科技股份有限公司)加入到步骤(3)的产物中进行中和,调节PH为近中性,中和温度保持40℃不变,中和时间为15分钟;
(5)将54.5份去离子水加入步骤(4)的产物中,将搅拌转速提高至1000r/min,进行高速搅拌乳化30min,即可得到含有支化末端的水性聚氨酯乳液。
(6)将8份硫化铈稀土颜料加入步骤(5)所制得乳液中,添加润湿分散剂,利用磁力搅拌器对其进行充分混合,即可得到稀土颜料色浆。
(7)将6份二季戊四醇六丙烯酸酯(DPHA,上海阿拉丁生化科技股份有限公司)和0.4份1-羟环己基苯酮(光引发剂184,上海阿拉丁生化科技股份有限公司)加入步骤(6)得到的阳离子水性聚氨酯乳液中,搅拌分散30min后,对其进行剪切分散10min(功率250W,超声时间2s,休息时间3s)即可得到光固化自乳化型阳离子水性聚氨酯乳液。
(8)将步骤(7)得到的光固化自乳化型阳离子水性聚氨酯乳液加入到电动雾化器中,全部均匀喷涂到长宽约10cm的铁片与织物上,将铁片与织物40℃烘干后,再将其在紫外灯下照射30s,即可得到光固化自乳化型阳离子水性聚氨酯乳液涂覆的铁片与织物。
本实施例在阳离子水性聚氨酯的合成过程中,通过引入阳离子亲水扩链剂、亲稀土型扩链剂以及支化封端剂使水性聚氨酯具有自乳化性能和支化末端,增强了其交联固化能力,随后与稀土颜料、丙烯酸酯单体共混,增加了双键含量,不添加任何乳化剂即可形成相对稳定的稀土颜料色浆,再通过紫外光的照射使其在金属或织物表面快速固化成膜,通过在金属表面使用稀土颜料光固化色浆进行涂覆,实现了制备高硬度,高附着力,色泽鲜艳,色牢度高的聚氨酯膜的目的。
实施例4
(1)将13份聚四氢呋喃醚二醇(PTMG,1000g/mol,上海阿拉丁生化科技股份有限公司)脱水处理后,降温至80℃;在氮气保护下,加入11份异佛尔酮二异氰酸酯(IPDI,上海阿拉丁生化科技股份有限公司),4份N-甲基二乙醇胺(MDEA,上海阿拉丁生化科技股份有限公司)和0.1份二月桂酸二丁基锡(DBTDL,上海阿拉丁生化科技股份有限公司)混合均匀,进行预聚反应2小时,反应温度为80℃;
(2)将4份三羟甲基丙烷三(3-巯基丙酸)酯(TMPMP,上海阿拉丁生化科技股份有限公司)加入步骤(1)产物中进行扩反应时间为1小时,反应温度为80℃,反应结束后将温度冷却至40℃;
(3)将5份季戊四醇三丙烯酸酯(PETA,上海阿拉丁生化科技股份有限公司)加入到步骤(2)产物中进行封端,保持温度40℃不变,反应时间为1小时;
(4)将4份丙烯酸(AA,上海阿拉丁生化科技股份有限公司)加入到步骤(3)的产物中进行中和,调节PH为近中性,中和温度保持40℃不变,中和时间为15分钟;
(5)将41.5份去离子水加入步骤(4)的产物中,将搅拌转速提高至1000r/min,进行高速搅拌乳化30min,即可得到含有支化末端的水性聚氨酯乳液。
(6)将9份硫化铈稀土颜料加入步骤(5)所制得乳液中,添加润湿分散剂,利用磁力搅拌器对其进行充分混合,即可得到稀土颜料色浆。
(7)将8份二季戊四醇六丙烯酸酯(DPHA,上海阿拉丁生化科技股份有限公司)和0.4份1-羟环己基苯酮(光引发剂184,上海阿拉丁生化科技股份有限公司)加入步骤(6)得到的阳离子水性聚氨酯乳液中,搅拌分散30min后,对其进行剪切分散10min(功率250W,超声时间2s,休息时间3s)即可得到光固化自乳化型阳离子水性聚氨酯乳液。
(8)将步骤(7)得到的光固化自乳化型阳离子水性聚氨酯乳液加入到电动雾化器中,全部均匀喷涂到长宽约10cm的铁片与织物上,将铁片与织物40℃烘干后,再将其在紫外灯下照射30s,即可得到光固化自乳化型阳离子水性聚氨酯乳液涂覆的铁片与织物。
本实施例在阳离子水性聚氨酯的合成过程中,通过引入阳离子亲水扩链剂、亲稀土型扩链剂以及支化封端剂使水性聚氨酯具有自乳化性能和支化末端,增强了其交联固化能力,随后与稀土颜料、丙烯酸酯单体共混,增加了双键含量,不添加任何乳化剂即可形成相对稳定的稀土颜料色浆,再通过紫外光的照射使其在金属或织物表面快速固化成膜,通过在金属表面使用稀土颜料光固化色浆进行涂覆,实现了制备高硬度,高附着力,色泽鲜艳,色牢度高的聚氨酯膜的目的。
实施例5
(1)将15份聚四氢呋喃醚二醇(PTMG,1000g/mol,上海阿拉丁生化科技股份有限公司)脱水处理后,降温至80℃;在氮气保护下,加入12份异佛尔酮二异氰酸酯(IPDI,上海阿拉丁生化科技股份有限公司),5份N-甲基二乙醇胺(MDEA,上海阿拉丁生化科技股份有限公司)和0.1份二月桂酸二丁基锡(DBTDL,上海阿拉丁生化科技股份有限公司)混合均匀,进行预聚反应2小时,反应温度为80℃;
(2)将5份三羟甲基丙烷三(3-巯基丙酸)酯(TMPMP,上海阿拉丁生化科技股份有限公司)加入步骤(1)产物中进行扩反应时间为1小时,反应温度为80℃,反应结束后将温度冷却至40℃;
(3)将6份季戊四醇三丙烯酸酯(PETA,上海阿拉丁生化科技股份有限公司)加入到步骤(2)产物中进行封端,保持温度40℃不变,反应时间为1小时;
(4)将5份丙烯酸(AA,上海阿拉丁生化科技股份有限公司)加入到步骤(3)的产物中进行中和,调节PH为近中性,中和温度保持40℃不变,中和时间为15分钟;
(5)将31.5份去离子水加入步骤(4)的产物中,将搅拌转速提高至1000r/min,进行高速搅拌乳化30min,即可得到含有支化末端的水性聚氨酯乳液。
(6)将10份硫化铈稀土颜料加入步骤(5)所制得乳液中,添加润湿分散剂,利用磁力搅拌器对其进行充分混合,即可得到稀土颜料色浆。
(7)将10份二季戊四醇六丙烯酸酯(DPHA,上海阿拉丁生化科技股份有限公司)和0.4份1-羟环己基苯酮(光引发剂184,上海阿拉丁生化科技股份有限公司)加入步骤(6)得到的阳离子水性聚氨酯乳液中,搅拌分散30min后,对其进行剪切分散10min(功率250W,超声时间2s,休息时间3s)即可得到光固化自乳化型阳离子水性聚氨酯乳液。
(8)将步骤(7)得到的光固化自乳化型阳离子水性聚氨酯乳液加入到电动雾化器中,全部均匀喷涂到长宽约10cm的铁片与织物上,将铁片与织物40℃烘干后,再将其在紫外灯下照射30s,即可得到光固化自乳化型阳离子水性聚氨酯乳液涂覆的铁片与织物。
本实施例中各组分质量份数均为所探究配方的上极限,在阳离子水性聚氨酯的合成过程中,通过引入阳离子亲水扩链剂、亲稀土型扩链剂以及支化封端剂使水性聚氨酯具有自乳化性能和支化末端,增强了其交联固化能力,随后与稀土颜料、丙烯酸酯单体共混,增加了双键含量,不添加任何乳化剂即可形成相对稳定的稀土颜料色浆,再通过紫外光的照射使其在金属或织物表面快速固化成膜,通过在金属表面使用稀土颜料光固化色浆进行涂覆,实现了制备高硬度,高附着力,色泽鲜艳,色牢度高的聚氨酯膜的目的。
对比例1
(1)将11份聚四氢呋喃醚二醇(PTMG,1000g/mol,上海阿拉丁生化科技股份有限公司)脱水处理后,降温至80℃;在氮气保护下,加入9份异佛尔酮二异氰酸酯(IPDI,上海阿拉丁生化科技股份有限公司),3份N-甲基二乙醇胺(MDEA,上海阿拉丁生化科技股份有限公司)和0.1份二月桂酸二丁基锡(DBTDL,上海阿拉丁生化科技股份有限公司)混合均匀,进行预聚反应2小时,反应温度为80℃;
(2)将8份三羟甲基丙烷三(3-巯基丙酸)酯(TMPMP,上海阿拉丁生化科技股份有限公司)加入步骤(1)产物中进行扩反应时间为1小时,反应温度为80℃,反应结束后将温度冷却至40℃;
(3)将3份季戊四醇三丙烯酸酯(PETA,上海阿拉丁生化科技股份有限公司)加入到步骤(2)产物中进行封端,保持温度40℃不变,反应时间为1小时;
(4)将3份丙烯酸(AA,上海阿拉丁生化科技股份有限公司)加入到步骤(3)的产物中进行中和,调节PH为近中性,中和温度保持40℃不变,中和时间为15分钟;
(5)将48.5份去离子水加入步骤(4)的产物中,将搅拌转速提高至1000r/min,进行高速搅拌乳化30min,即可得到含有支化末端的水性聚氨酯乳液。
(6)将8份硫化铈稀土颜料加入步骤(5)所制得乳液中,添加润湿分散剂,利用磁力搅拌器对其进行充分混合,即可得到稀土颜料色浆。
(7)将6份二季戊四醇六丙烯酸酯(DPHA,上海阿拉丁生化科技股份有限公司)和0.4份1-羟环己基苯酮(光引发剂184,上海阿拉丁生化科技股份有限公司)加入步骤(6)得到的阳离子水性聚氨酯乳液中,搅拌分散30min后,对其进行剪切分散10min(功率250W,超声时间2s,休息时间3s)即可得到光固化自乳化型阳离子水性聚氨酯乳液。
(8)将步骤(7)得到的光固化自乳化型阳离子水性聚氨酯乳液加入到电动雾化器中,全部均匀喷涂到长宽约10cm的铁片与织物上,将铁片与织物40℃烘干后,再将其在紫外灯下照射30s,即可得到光固化自乳化型阳离子水性聚氨酯乳液涂覆的铁片与织物。
本对比例在水性聚氨酯的合成过程中,通过引入亲稀土型扩链剂、水性扩链剂以及支化封端剂使水性聚氨酯具有自乳化性能和支化末端,随后与丙烯酸酯单体共混,再通过紫外光的照射使其在织物表面快速固化成膜,但由于亲稀土型扩链剂用量过多,导致所得成膜物脆性上升,柔韧性、耐乙醇性、耐水性均有所降低。
对比例2
(1)将11份聚四氢呋喃醚二醇(PTMG,1000g/mol,上海阿拉丁生化科技股份有限公司)脱水处理后,降温至80℃;在氮气保护下,加入9份异佛尔酮二异氰酸酯(IPDI,上海阿拉丁生化科技股份有限公司),3份N-甲基二乙醇胺(MDEA,上海阿拉丁生化科技股份有限公司)和0.1份二月桂酸二丁基锡(DBTDL,上海阿拉丁生化科技股份有限公司)混合均匀,进行预聚反应2小时,反应温度为80℃;
(2)将3份三羟甲基丙烷三(3-巯基丙酸)酯(TMPMP,上海阿拉丁生化科技股份有限公司)加入步骤(1)产物中进行扩反应时间为1小时,反应温度为80℃,反应结束后将温度冷却至40℃;
(3)将3份季戊四醇三丙烯酸酯(PETA,上海阿拉丁生化科技股份有限公司)加入到步骤(2)产物中进行封端,保持温度40℃不变,反应时间为1小时;
(4)将8份丙烯酸(AA,上海阿拉丁生化科技股份有限公司)加入到步骤(3)的产物中进行中和,调节PH为近中性,中和温度保持40℃不变,中和时间为15分钟;
(5)将48.5份去离子水加入步骤(4)的产物中,将搅拌转速提高至1000r/min,进行高速搅拌乳化30min,即可得到含有支化末端的水性聚氨酯乳液。
(6)将8份硫化铈稀土颜料加入步骤(5)所制得乳液中,添加润湿分散剂,利用磁力搅拌器对其进行充分混合,即可得到稀土颜料色浆。
(7)将6份二季戊四醇六丙烯酸酯(DPHA,上海阿拉丁生化科技股份有限公司)和0.4份1-羟环己基苯酮(光引发剂184,上海阿拉丁生化科技股份有限公司)加入步骤(6)得到的阳离子水性聚氨酯乳液中,搅拌分散30min后,对其进行剪切分散10min(功率250W,超声时间2s,休息时间3s)即可得到光固化自乳化型阳离子水性聚氨酯乳液。
(8)将步骤(7)得到的光固化自乳化型阳离子水性聚氨酯乳液加入到电动雾化器中,全部均匀喷涂到长宽约10cm的铁片与织物上,将铁片与织物40℃烘干后,再将其在紫外灯下照射30s,即可得到光固化自乳化型阳离子水性聚氨酯乳液涂覆的铁片与织物。
本对比例在水性聚氨酯的合成过程中,通过引入亲稀土型扩链剂、水性扩链剂以及支化封端剂使水性聚氨酯具有自乳化性能和支化末端,但由于弱酸中和剂用量过多,导致季铵阳离子的数量也随之增大,所得到阳离子水性聚氨酯亲水性也随之增强,随后与丙烯酸酯单体共混,再通过紫外光的照射使其在织物表面快速固化成膜,所得成膜物柔韧性、耐乙醇性、耐水性均有所降低。
对比例3
(1)将11份聚四氢呋喃醚二醇(PTMG,1000g/mol,上海阿拉丁生化科技股份有限公司)脱水处理后,降温至80℃;在氮气保护下,加入9份异佛尔酮二异氰酸酯(IPDI,上海阿拉丁生化科技股份有限公司),3份N-甲基二乙醇胺(MDEA,上海阿拉丁生化科技股份有限公司)和0.1份二月桂酸二丁基锡(DBTDL,上海阿拉丁生化科技股份有限公司)混合均匀,进行预聚反应2小时,反应温度为80℃;
(2)将3份三羟甲基丙烷三(3-巯基丙酸)酯(TMPMP,上海阿拉丁生化科技股份有限公司)加入步骤(1)产物中进行扩反应时间为1小时,反应温度为80℃,反应结束后将温度冷却至40℃;
(3)将3份季戊四醇三丙烯酸酯(PETA,上海阿拉丁生化科技股份有限公司)加入到步骤(2)产物中进行封端,保持温度40℃不变,反应时间为1小时;
(4)将3份丙烯酸(AA,上海阿拉丁生化科技股份有限公司)加入到步骤(3)的产物中进行中和,调节PH为近中性,中和温度保持40℃不变,中和时间为15分钟;
(5)将49.5份去离子水加入步骤(4)的产物中,将搅拌转速提高至1000r/min,进行高速搅拌乳化30min,即可得到含有支化末端的水性聚氨酯乳液。
(6)将8份硫化铈稀土颜料加入步骤(5)所制得乳液中,添加润湿分散剂,利用磁力搅拌器对其进行充分混合,即可得到稀土颜料色浆。
(7)将10份二季戊四醇六丙烯酸酯(DPHA,上海阿拉丁生化科技股份有限公司)和0.4份1-羟环己基苯酮(光引发剂184,上海阿拉丁生化科技股份有限公司)加入步骤(6)得到的阳离子水性聚氨酯乳液中,搅拌分散30min后,对其进行剪切分散10min(功率250W,超声时间2s,休息时间3s)即可得到光固化自乳化型阳离子水性聚氨酯乳液。
(8)将步骤(7)得到的光固化自乳化型阳离子水性聚氨酯乳液加入到电动雾化器中,全部均匀喷涂到长宽约10cm的铁片与织物上,将铁片与织物40℃烘干后,再将其在紫外灯下照射30s,即可得到光固化自乳化型阳离子水性聚氨酯乳液涂覆的铁片与织物。
本对比例在水性聚氨酯的合成过程中,通过引入亲稀土型扩链剂、水性扩链剂以及支化封端剂使水性聚氨酯具有自乳化性能和支化末端,但由于丙烯酸酯单体的添加量超过最佳比例,使得水性聚氨酯乳液产生不完全乳化,油水出现分离,水相在上,油相在下出现分层,再通过紫外光的照射使其在织物表面快速固化成膜,所得成膜物硬度、耐乙醇性和耐水等性能下降均有所降低。
以上实施例及对比例所得色浆,均通过电动雾化器喷涂于等规格铁片及织物之上,在紫外光照射下制得成膜涂层。
上述步骤中所制得样品均需进行如下测试:
固含量:采用GB/T 1725-2007标准进行测试。
乳液粒径:采用纳米级激光粒度仪(Nano-90型纳米激光粒度仪,英国马尔文仪器有限公司),对其粒径进行测量,得到乳液的平均粒径。
涂层硬度:采用GB/T 6739-2006进行测试。
附着力:采用GB/T 9286-2021进行测试。
柔韧性:采用GB/T 1731-2020进行测试。
涂层耐乙醇测试:将覆有涂层的金属板材放人装有75份乙醇的烧杯中,8h后观察涂层是否有鼓泡或脱落现象。
耐水性:采用GB/T 1733-1993进行测试。
摩擦色牢度:采用GB/T 29865-2013进行测试。
染色深度测试:以K/S值作为评价指标,采用CE7000A型电脑测色配色仪器对所得产物进行测试。
测试结果如表2所示:
表2
Figure BDA0003627722380000181
由表2可知,本发明实施例1~5得到的稀土颜料光固化色浆喷涂在金属上能够达到较好的硬度、附着力及柔韧性,且所制得产物较为明艳的颜色。
本发明实施例1~5得到的稀土颜料光固化色浆喷涂在织物上能够达到较好的摩擦色牢度,以及较高的K/S值,且所制得产物较为明艳的颜色。
最后应说明的是:以上所述仅为本发明的优选实施例而已,并不用于限制本发明,尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明,对于本领域的技术人员来说,其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改,或者对其中部分技术特征进行等同替换,凡在本发明的精神和原则之内,所作的任何修改、等同替换、改进等,均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种稀土颜料光固化色浆的制备方法,其特征在于包括以下步骤:
S1、将定量已经过脱水处理的多元醇、二异氰酸酯、亲水性扩链剂及催化剂加入反应器中,在搅拌状态下加热保温反应制备异氰酸酯的预聚体,按质量份数计,所述多元醇为5~15份,所述二异氰酸酯为5~12份,所述亲水性扩链剂为1~5份,所述催化剂为0.01~1份;
S2、向反应体系中加入定量亲稀土型扩链剂及溶剂,所述溶剂加入量按质量份数计为4~10份;
S3、待扩链反应充分进行后,对反应体系进行降温操作,而后在体系中加入定量封端剂及溶剂,所述封端剂加入量按质量份数计为1-6份;
S4、待封端反应充分进行后,在反应体系中加入定量中和剂;
S5、待中和完毕后,提高转速,将去离子水缓慢加入反应体系中分散均匀,得到乳白色分散液,所述去离子水加入量按质量份数计为30~80份;
S6、在体系中加入添加稀土颜料充分混合,制得稀土颜料色浆;
S7、在所制得稀土颜料色浆中加入定量成膜复配剂及光固化剂,所述光固化剂加入量按质量份数计为0.5~2份,待反应体系混合均匀后,即可制得稀土颜料光固化色浆。
2.根据权利要求1所述的一种稀土颜料光固化色浆的制备方法,其特征在于:所述步骤S1中,二异氰酸酯为二官能团及以上的异氰酸酯,多元醇为分子量700以上的聚酯多元醇、聚醚多元醇或二者的混合物,亲水性扩链剂为含氨基或叔胺基的二羟基扩链剂,所述步骤3中封端剂为季戊四醇三丙烯酸酯等丙烯酸酯类单体。
3.根据权利要求1所述的一种稀土颜料光固化色浆的制备方法,其特征在于:所述步骤S2中,亲稀土型扩链剂为三羟甲基丙烷三(3-巯基丙酸)酯,加入量按质量份数计为1~5份。
4.根据权利要求1所述的一种稀土颜料光固化色浆的制备方法,其特征在于:所述步骤S4中,中和剂为丙烯酸、丁烯酸、丁烯二酸等含双键有机酸中的一种或多种,加入量按质量份数计为1~5份。
5.根据权利要求1所述的一种稀土颜料光固化色浆的制备方法,其特征在于:所述步骤S6中,稀土颜料为硫化镧(黄色)、硫化铈(红色)、硫化镨(黄绿色)、硫化钕(亮绿色)、硫化钆(紫色)中的一种或多种,加入量按质量份数计为5~10份。
6.根据权利要求1所述的一种稀土颜料光固化色浆的制备方法,其特征在于:所述步骤S7中,成膜复配剂为聚二季戊四醇六丙烯酸酯(DPHA)、甲基丙烯酸甲酯(MMA)、丙烯酸丁酯(BA)等含双键物质中的一种或多种,加入量按质量份数计2~10份。
7.根据权利要求1-6任一项所述的一种稀土颜料光固化色浆的制备方法,其特征在于:所述步骤1中反应条件为温度60~100℃,反应时间为1~2小时,所述步骤3中降温操作应将反应体系温度降为0~40℃,所述步骤5中提高转速操作应将搅拌桨转速调至800-1500r/min,所述步骤S1~S3中反应均应在氮气氛围下进行。
8.根据权利要求7所述的一种稀土颜料光固化色浆的制备方法,其特征在于:所述稀土颜料光固化色浆配制方式为在润湿分散剂的润湿、分散作用下利用磁力搅拌机将稀土颜料均匀稳定地分散在乳液中,所制得稀土颜料光固化色浆粒径为50~100nm,固含量为20%~25%,粘度为15~30mpa/s。
9.一种稀土颜料光固化色浆,其特征在于:使用权利要求1-8任一项所述的方法制备。
10.根据权利要求8所述的一种稀土颜料光固化色浆,其特征在于使用方法为:稀土颜料光固化色浆加入到电动雾化器中,全部均匀喷涂到物体或织物上,30~50℃烘干后,再将其在紫外光下照射20~50s即可得到稀土颜料光固化色浆涂覆的物体或织物。
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