CN115109510A

CN115109510A - 一种耐脏污水性uv涂料及其制备方法和应用

Info

Publication number: CN115109510A
Application number: CN202210789635.9A
Authority: CN
Inventors: 刘唐辉; 曾煜; 符饶生; 孙润鹤
Original assignee: Hunan Sokan New Materials Co ltd
Current assignee: Hunan Sokan New Materials Co ltd
Priority date: 2022-07-06
Filing date: 2022-07-06
Publication date: 2022-09-27
Anticipated expiration: 2042-07-06
Also published as: CN115109510B

Abstract

本发明公开了一种耐脏污水性UV涂料及其制备方法和应用，按重量份计，本发明公开的耐脏污水性UV涂料的制备原料包括：有机硅改性聚氨酯丙烯酸酯低聚物UV固化乳液45～65份；氟硅改性的聚氨酯乳液20～40份；防涂鸦助剂；防涂鸦助剂包括含丙烯酸酯官能团的聚醚改性聚二甲基硅氧烷。各制备原料及其用量之间相互协同，可提升水性UV涂料的耐脏污性能，以及耐脏污性能的持久性。本发明还提供了上述耐脏污水性UV涂料的制备方法和应用。

Description

一种耐脏污水性UV涂料及其制备方法和应用

技术领域

本发明涉及涂料技术领域，尤其是涉及一种耐脏污水性UV涂料及其制备方法和应用。

背景技术

越来越多的家用电器和电子产品进入人们的生活，在使用过程中不可避免的会沾上油污、手汗等其他污染物；这就要求其表面的涂料具有耐脏污、易清洁的特点。但是目前的水性UV涂料特别是哑光涂料表面张力较高，污染物附着后很难清洁，不能满足人们的要求。

发明内容

本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本发明提出一种耐脏污水性UV涂料，能够有效提高水性UV涂料的耐脏污性能，以及耐脏污性能的持久性。

本发明还提供了上述耐脏污水性UV涂料的制备方法。

本发明还提供了上述耐脏污水性UV涂料的应用。

根据本发明的第一方面实施例，提供了一种耐脏污水性UV涂料，按重量份计，所述耐脏污水性UV涂料的制备原料包括：

有机硅改性聚氨酯丙烯酸酯低聚物UV固化乳液45～65份；

氟硅改性的聚氨酯乳液20～40份；

防涂鸦助剂；

所述防涂鸦助剂包括含丙烯酸酯官能团的聚醚改性聚二甲基硅氧烷。

根据本发明实施例的耐脏污水性UV涂料(即耐脏污水性紫外光固化涂料)，至少具有如下有益效果：

(1)本发明提供的耐脏污水性UV涂料，主体组分由有机硅改性聚氨酯丙烯酸酯低聚物UV固化乳液和氟硅改性的聚氨酯乳液两种不同类型的树脂组成，每种树脂各有特点，其中：

有机硅改性聚氨酯丙烯酸酯低聚物UV固化乳液作为最主要的成膜物质，具有水煮好、高硬度高耐磨、耐化学性好、耐候性好、划伤性好，水接触角大(表面张力低)，耐脏污非常好等特点，为漆膜提供强度和耐脏污性；但其腐蚀性较强，容易咬蚀素材或者底层涂料；

氟硅改性的聚氨酯乳液具有容易表干、附着力好、易消光、耐脏污、滑爽性好、施工性好等特点；

两种主体树脂结合后，可在保证耐脏污性能的基础上，避免基材被咬伤。

(2)含丙烯酸酯官能团的聚醚改性聚二甲基硅氧烷作为防涂鸦助剂用于提高体系的防粘连性和防涂鸦性能，能强烈降低表面张力，提高水接触角，其中的丙烯酸酯的双键能参与耐脏污水性UV涂料中的UV交联，将防涂鸦助剂中的聚而甲基硅氧烷(有机硅)锚定在耐脏污水性UV涂料形成的涂层中，防止其有效成分的迁移，保证防涂鸦效果的长期性。

上述三者制备原料分别为耐脏污水性UV涂料形成的涂层提供不同的特性，使涂层在各项性能之间达到平衡，得到不咬底、硬度高、耐磨性好、滑爽性好、耐脏污性能优异且持久的耐脏污水性UV涂料，极大的拓宽了水性UV涂料在电器、电子领域的应用。

根据本发明的一些实施例，所述有机硅改性聚氨酯丙烯酸酯低聚物UV固化乳液，为聚二甲基硅氧烷改性聚氨酯丙烯酸酯低聚物UV固化乳液。

根据本发明的一些实施例，所述有机硅改性聚氨酯丙烯酸酯低聚物UV固化乳液选自九维UAW-7010SF、九维UAW-7011SF和润澳LuCure5190中的至少一种。

根据本发明的一些实施例，所述有机硅改性聚氨酯丙烯酸酯低聚物UV固化乳液的固含量为45～50wt％。

在上述参数范围内，所述有机硅改性聚氨酯丙烯酸酯低聚物UV固化乳液的优点中，固化速度快，对素材的附着好，水煮好，硬度高，划伤性好，水接触角高，耐脏污非常好等方面格外突出。

根据本发明的一些实施例，所述氟硅改性的聚氨酯乳液，为三氟丙基和硅氧烷基改性的聚氨酯乳液。

根据本发明的一些实施例，所述氟硅改性的聚氨酯乳液选自海豚新材料Dolphin-1089R、Dolphin-1189R7和Dolphin-1486R中的至少一种。

根据本发明的一些实施例，所述氟硅改性的聚氨酯乳液的固含量为35～45wt％。

在上述参数范围内，所述氟硅改性的聚氨酯乳液的特点中，对素材附着力好，可表干，耐脏污性能好，滑爽性非常好等优点格外突出。

根据本发明的一些优选的实施例，按重量份计，所述耐脏污水性UV涂料的制备原料包括：

有机硅改性聚氨酯丙烯酸酯低聚物UV固化乳液 45～55份；

氟硅改性的聚氨酯乳液 30～40份；

防涂鸦助剂 1～4份。

根据本发明的一些优选的实施例，所述有机硅改性聚氨酯丙烯酸酯低聚物UV固化乳液和氟硅改性的聚氨酯乳液的重量比约为11:6。

根据本发明的一些实施例，所述氟硅改性的聚氨酯乳液和防涂鸦助剂的重量比为5～40:1。

根据本发明的一些实施例，所述氟硅改性的聚氨酯乳液和防涂鸦助剂的重量比为20～40:1～4。

根据本发明的一些优选的实施例，所述氟硅改性的聚氨酯乳液和防涂鸦助剂的重量比约为15:1。

根据本发明的一些实施例，所述耐脏污水性UV涂料的制备原料还包括光引发剂和有机胺pH调节剂。

根据本发明的一些实施例，所述氟硅改性的聚氨酯乳液和光引发剂的重量比为4～20:1。

根据本发明的一些优选的实施例，所述氟硅改性的聚氨酯乳液和光引发剂的重量比约为150:13。

根据本发明的一些实施例，所述光引发剂包括羟基环己基苯基酮(CAS：947-19-3)、苯甲酰甲酸甲酯(CAS：15206-55-0)和2,4,6-三甲基苯甲酰基-二苯基氧化膦(CAS：75980-60-8)中的至少一种。

根据本发明的一些实施例，所述光引发剂选自巴斯夫IRGACURE 184和巴斯夫TPO中的至少一种。

根据本发明的一些实施例，所述氟硅改性的聚氨酯乳液和有机胺pH调节剂的重量比为100～400:1。

根据本发明的一些实施例，所述氟硅改性的聚氨酯乳液和有机胺pH调节剂的重量比约为300:1。

根据本发明的一些实施例，所述有机胺pH调节剂包括二甲基乙醇胺(CAS：108-01-0)和三乙胺(CAS：121-44-8)中的至少一种。

根据本发明的一些实施例，所述耐脏污水性UV涂料的制备原料还包括助剂。

根据本发明的一些实施例，所述助剂包括基材润湿剂、分散剂、消泡剂、增稠剂、流平剂、防沉剂、消光粉和助溶剂中的至少一种。

根据本发明的一些实施例，所述氟硅改性的聚氨酯乳液和消光粉的重量比为4～40:1。

根据本发明的一些优选的实施例，所述氟硅改性的聚氨酯乳液和消光粉的重量比约为12:1。

根据本发明的一些实施例，所述消光粉为六甲基二硅胺烷改性气相二氧化硅。

根据本发明的一些实施例，所述六甲基二硅胺烷改性气相二氧化硅的制备方法包括凝胶法。

由于在二氧化硅的表面采用了有机处理(六甲基二硅胺烷)，其与主体树脂之间的相溶性较好，同时消光粉表面滑爽性增加，可以进一步减少外力与所述耐脏污水性UV涂料形成涂层之间的摩擦系数，提升所得涂层的耐磨性能；

同时消光粉的颗粒性，还可提升所得涂层的疏水、耐脏污性能。

根据本发明的一些实施例，所述氟硅改性的聚氨酯乳液和基材润湿剂的重量比为10～58:1。

根据本发明的一些优选的实施例，所述氟硅改性的聚氨酯乳液和基材润湿剂的重量比为20～40:0.7～1.9。

根据本发明的一些优选的实施例，所述氟硅改性的聚氨酯乳液和基材润湿剂的重量比约为25:1。

根据本发明的一些实施例，所述基材润湿剂选自不饱和多羧酸聚合物和聚醚硅氧烷共聚物。

根据本发明的一些实施例，所述基材润湿剂选自毕克BYK346和迪高化学DEGOWET280中的至少一种。

根据本发明的一些实施例，所述氟硅改性的聚氨酯乳液和分散剂的重量比为25～135:1。

根据本发明的一些优选的实施例，所述氟硅改性的聚氨酯乳液和分散剂的重量比为20～40:0.3～0.7。

根据本发明的一些优选的实施例，所述氟硅改性的聚氨酯乳液和分散剂的重量比约为50:1。

根据本发明的一些实施例，所述分散剂包括聚醚改性聚甲基二硅氧烷、聚醚硅氧烷共聚物中的一种或几种。

根据本发明的一些实施例，所述氟硅改性的聚氨酯乳液和消泡剂的重量比为100～800:1。

根据本发明的一些优选的实施例，所述氟硅改性的聚氨酯乳液和消泡剂的重量比约为300:1。

根据本发明的一些实施例，所述消泡剂包括聚醚硅氧烷共聚物和聚二甲基硅氧烷中的至少一种。

根据本发明的一些实施例，所述氟硅改性的聚氨酯乳液和增稠剂的重量比为15～80:1。

根据本发明的一些优选的实施例，所述氟硅改性的聚氨酯乳液和增稠剂的重量比为20～40:0.5～1.3。

根据本发明的一些优选的实施例，所述氟硅改性的聚氨酯乳液和增稠剂的重量比约为100:3。

根据本发明的一些实施例，所述增稠剂包括非离子型疏水基团改性的乙氧基聚氨酯聚合物和非缔合型碱溶胀增稠剂中的至少一种。

根据本发明的一些实施例，所述氟硅改性的聚氨酯乳液和流平剂的重量比为20～80:1。

根据本发明的一些优选的实施例，所述氟硅改性的聚氨酯乳液和流平剂的重量比为300:7。

根据本发明的一些实施例，所述流平剂包括聚醚硅氧烷共聚物和乙氧基聚二甲基硅氧烷中的至少一种。

根据本发明的一些实施例，所述氟硅改性的聚氨酯乳液和防沉剂的重量比为50～200:1。

根据本发明的一些优选的实施例，所述氟硅改性的聚氨酯乳液和防沉剂的重量比约为100:1。

根据本发明的一些实施例，所述防沉剂包括聚酰胺腊的胺盐。

根据本发明的一些实施例，所述氟硅改性的聚氨酯乳液和助溶剂的重量比为2.5～40:1。

根据本发明的一些优选的实施例，所述氟硅改性的聚氨酯乳液和助溶剂的重量比约为7.5:1。

根据本发明的一些实施例，所述助溶剂包括二乙二醇丁醚(DPNB)和乙二醇丁醚(BCS)中的至少一种。

根据本发明的一些实施例，按重量份计，所述耐脏污水性UV涂料的制备原料包括：

根据本发明的第二方面实施例，提出了一种所述耐脏污水性UV涂料的制备方法，所述制备方法包括将所述耐脏污水性UV涂料的制备原料混合。

根据本发明实施例的制备方法，至少具有如下有益效果：

本发明提供的制备方法简单，易于商业化推广。

根据本发明的一些优选的实施例，所述制备方法包括以下步骤：

S1.搅拌状态下，将所述有机硅改性聚氨酯丙烯酸酯低聚物UV固化乳液依次和所述基材润湿剂、有机胺pH调节剂、增稠剂、分散剂、消泡剂以及消光粉混合；之后继续分散；

S2.将步骤S1所得混合物和所述流平剂、防沉剂、防涂鸦助剂、氟硅改性的聚氨酯乳液混合；

之后将所得混合物，与光引发剂和助溶剂的混合物混合分散。

由此，通过限定制备原料的添加顺序，使制备过程的操作更加简便，更有助于获取一致性良好的耐脏污水性UV涂料。例如步骤S2中，氟硅改性的聚氨酯乳液会降低制备过程中的体系粘度，可能会影响其他制备原料的分散，本发明调整其添加顺序后，所得耐脏污水性UV涂料的均匀性提升。

根据本发明的一些实施例，步骤S1中，所述搅拌状态，搅拌的转速为600～800rpm。

根据本发明的一些实施例，步骤S1中，所述继续分散的转速为1200～1500rpm。

根据本发明的一些实施例，步骤S1中，所述继续分散的时长为20～30min。

根据本发明的一些实施例，步骤S1所得混合物的细度≤10μm(固体颗粒粒径≤10μm)。

根据本发明的一些实施例，步骤S2中，所述混合分散的在搅拌状态下进行，用于所述混合分散的搅拌转速为800～1000rpm。

所述制备方法中，多次调整分散/搅拌转速的原因是：获取分散更加均匀的耐脏污水性UV涂料，一般分散采用较低的搅拌速度，以避免破坏制备原料的分子结构；但是消光粉等填料较难以分散，因此需要提升搅拌速度。

根据本发明的一些实施例，步骤S2中，所述光引发剂和助溶剂的混合物制备方法为，先将所述光引发剂加热溶解至所述助溶剂中，之后将所得混合物冷却。所述光引发剂的溶解，温度为40～45℃。所述冷却后的温度为10～25℃。

根据本发明的一些实施例，所述制备方法还包括在步骤S2之后对所得混合物进行过筛，并对所得筛下物进行包装。

根据本发明的一些实施例，所述过筛所用筛网的目数为250～350目。

根据本发明的第三方面实施例，提出了一种所述耐脏污水性UV涂料在制备汽车内饰、仪器表盘和3C电子产品中的应用。

由于所述应用采用了上述实施例的耐脏污水性UV涂料的全部技术方案，因此至少具有上述实施例的技术方案所带来的所有有益效果。

根据本发明的一些实施例，所述汽车内饰、仪器表盘和3C电子产品的基材材质包括塑胶。

根据本发明的一些实施例，所述应用中，所述耐脏污水性UV涂料可直接作为涂料应用，也可以稀释后直接喷涂应用；由此操作简便，提高了施工过程中工作效率，降低施工成本。

所述稀释的方法为以水稀释；所述稀释后耐脏污水性UV涂料的粘度为10～20s/蔡恩3号杯。

根据本发明的一些实施例，所述应用中，所述耐脏污水性UV涂料还可以与其他涂料搭配使用。

根据本发明的一些实施例，所述其他涂料包括水性光固化涂料和水性热固化涂料中的至少一种；优选的，所述其他涂料包括单组份水性涂料和双组份水性涂料中的至少一种；优选的，所述其他涂料包括水性PU涂料和水性丙烯酸涂料中的至少一种。

根据本发明的一些优选的实施例，所述应用包括将所述耐脏污水性UV涂料喷涂在基材表面，之后进行流平和固化；

所述基材为汽车内饰、仪器表盘外壳和3C电子产品外壳中的至少一种。

根据本发明的一些实施例，所述喷涂形成涂层厚度为15～20μm(干膜厚度)。

根据本发明的一些实施例，所述流平的温度约为60℃；优选的，所述流平的温度来源为红外灯。

根据本发明的一些实施例，所述流平的时长为8～10min；以挥发所述耐脏污水性UV涂料中的溶剂(水和助溶剂)。特别是在氟硅改性的聚氨酯乳液具有表干快的基础上，该过程可促进所得涂层的快速表干，减少灰尘等杂质对涂层沾污，有利于生产时提高良率。

根据本发明的一些实施例，所述固化的能量为800～1000mJ/cm²(紫外光的能量)。

若无其他说明，本发明中的“约”表示允许误差在±2％之间，例如约100表示的含义是100±2％×100，即98～102。

本发明的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。

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。

若无特殊说明，具体实施方式中的试剂均为市售试剂，具体来源、型号等选择如下：

有机硅改性聚氨酯丙烯酸酯低聚物紫外光固化乳液可以为九维UAW-7010SF；

氟硅改性的聚氨酯乳液可以为海豚新材料Dolphin-1089R；

润湿剂可以为毕克BYK346；

光引发剂可以为巴斯夫的IRGACURE 184和巴斯夫TPO按1:1混合。

实施例1

本实施例制备了一种耐脏污水性UV涂料，具体制备方法为：

D1.将有机硅改性聚氨酯丙烯酸酯低聚物UV固化乳液(表1中简称UV固化乳液)投入分散容器，并以600～800rpm的转速搅拌(设定值为700rpm，但是仪器会在该范围内浮动，且不影响产物性能)；

维持转速依次加入润湿剂、有机胺pH调节剂、增稠剂、分散剂、消泡剂、消光粉；

加料完毕后以1200～1500rpm(设定值为1350rpm)的转速分散25min至浆料细度小于10μm(可通过10μm筛孔)；

D2.向步骤D1所得混合物中加入流平剂、防沉剂、防涂鸦助剂和氟硅改性的聚氨酯乳液；

之后加入光引发剂和助溶剂的混合物，并以800～1000rpm(设定值为900rpm)的转速搅拌混合均匀；

300目筛网过滤所得混合物，并包装即得；

本步骤中，光引发剂和助溶剂的混合物的制备方法为先加热至42℃溶解后降温冷却至20℃。

本实施例中耐脏污水性UV涂料的制备原料如表1所示。

实施例2～5和对比例1～2分别制备了一种耐脏污水性UV涂料，具体与实施例1的区别在于：

制备原料的种类和用量不同，制备原料的具体种类和用量如表1所示。

表1实施例1～5和对比例1～2中耐脏污水性UV涂料的制备原料(重量份)

试验例

本试验例测试了实施例1～5和对比例1～2所得耐脏污水性UV涂料性能，具体测试方法为：

T1.将实施例1～5和对比例1～2所得耐脏污水性UV涂料添加适量水混合均匀，添加水后耐脏污水性UV涂料的粘度为15s/蔡恩3号杯；

T2.将步骤T1所得混合物喷涂在塑胶素材表面，控制干膜膜厚为15～20μm(设定值为17μm，不同位置膜厚度可能会有一定的偏差)；

T3.将步骤T2所得湿膜先在60℃温度条件下烘烤10min，再用800mJ/cm²的能量固化(UVA波段)。

之后，测试步骤T3所得涂层的外观性能、附着力、硬度、耐磨性、水煮性能、疏水性、达因值和耐化妆品性能。具体测试方法和测试结果如表2所示。

表2实施例1～5和对比例1～2所得耐脏污水性UV涂料形成涂层的性能

表2中，RCA耐磨的标准为，涂层未透底，例如＞500表示摩擦500次后，漆膜仍未透底；

水煮性能OK的标准是：水煮后，外观无异常，且附着力≥4B(测试方法GB9286-98)。

达因值采用达因笔测试，具体的数值为达因笔划痕收缩的临界值。

耐化妆品的测试方法为涂抹化妆品后放置在65℃/90％(湿度)中72小时后，观测外观。

表2测试结果说明：

结果表明，在本发明提供的参数范围内，得到的耐脏污水性UV涂料形成的涂层，光泽均匀不发花，手感滑爽细腻，化妆品无印痕，水煮性能5B，硬度为2H，RCA耐磨>500，静摩擦系数≤0.2，接触角≥110°，达因值≤30。根据耐化妆品性、水接触角和达因值的测试结果可知，其具备良好的耐脏污性能，且手感良好。适用于汽车内饰、3C电子产品和仪器仪表的表面涂覆装饰。

实施例3和实施例2的结果对比说明，若氟硅改性的聚氨酯乳液添加量减少，则可能会降低对消光粉的包裹性，表面出现轻微发花，但仍满足较高的耐脏污性以及涂料其他性能的要求。

实施例4和其他实施例2对比可知，若防涂鸦助剂的使用比例较小时，耐脏污水性UV涂料形成的涂层的水接触角变小，静摩擦系数和达因值变大；但仍满足较高的耐脏污性要求。

实施例5和实施例2对比可知，若防涂鸦助剂的添加比例增大，对所得涂层的水接触角、静摩擦系数、达因值变化不明显；均可获得具有较高耐脏污性的疏水性涂层。

对比例1和其他实施例相比，若有机硅改性聚氨酯丙烯酸酯低聚物UV固化乳液和氟硅改性的聚氨酯乳液的用量不在本发明要求的范围内，即减少了前者的用量，则所得耐脏污水性UV涂料形成的涂层，硬度、耐磨及化妆品较差，达因值和静摩擦系数较大，水接触角较低，表明其耐脏污性能较差。

对比例2和其他实施例相比，若缺省了氟硅改性的聚氨酯乳液，则耐脏污水性UV涂料形成的涂层，水纹印明显，喷涂过程中对素材有较大的腐蚀性。

上面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

1.一种耐脏污水性UV涂料，其特征在于，按重量份计，所述耐脏污水性UV涂料的制备原料包括：

有机硅改性聚氨酯丙烯酸酯低聚物UV固化乳液45～65份；

氟硅改性的聚氨酯乳液20～40份；

防涂鸦助剂；

2.根据权利要求1所述的耐脏污水性UV涂料，其特征在于，所述有机硅改性聚氨酯丙烯酸酯低聚物UV固化乳液，为聚二甲基硅氧烷改性聚氨酯丙烯酸酯低聚物UV固化乳液；优选地，所述有机硅改性聚氨酯丙烯酸酯低聚物UV固化乳液的固含量为45～50wt％。

3.根据权利要求1所述的耐脏污水性UV涂料，其特征在于，所述氟硅改性的聚氨酯乳液，为三氟丙基和硅氧烷基改性的聚氨酯乳液；优选地，所述氟硅改性的聚氨酯乳液的固含量为35～45wt％。

4.根据权利要求1所述的耐脏污水性UV涂料，其特征在于，按重量份计，所述氟硅改性的聚氨酯乳液和防涂鸦助剂的重量比为5～40:1。

5.根据权利要求1～4任一项所述的耐脏污水性UV涂料，其特征在于，所述耐脏污水性UV涂料的制备原料还包括光引发剂和有机胺pH调节剂。

6.根据权利要求1～4任一项所述的耐脏污水性UV涂料，其特征在于，所述耐脏污水性UV涂料的制备原料还包括助剂。

7.根据权利要求6所述的耐脏污水性UV涂料，其特征在于，所述助剂包括基材润湿剂、分散剂、消泡剂、增稠剂、流平剂、防沉剂、消光粉和助溶剂中的至少一种。

8.根据权利要求7所述的耐脏污水性UV涂料，其特征在于，所述消光粉为六甲基二硅胺烷改性气相二氧化硅。

9.一种如权利要求1～8任一项所述耐脏污水性UV涂料的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括将所述耐脏污水性UV涂料的制备原料混合。

10.一种如权利要求1～8任一项所述耐脏污水性UV涂料在制备汽车内饰、仪器表盘和3C电子产品中的应用。