CN115960533B - 一种木器用新型哑光肤感光固化涂料及其制备方法与应用 - Google Patents

Abstract

本发明涉及光固化涂料技术领域，尤其涉及IPCC09D175领域，更具体的，涉及一种木器用新型哑光肤感光固化涂料及其制备方法与应用。按重量份计，组分包括：聚氨酯丙烯酸酯预聚物30‑70份，羟基功能单体10‑20份，活性稀释剂30‑50份，光引发剂0.5‑3份，流平剂1‑3份；所述聚氨酯丙烯酸酯预聚物为脂肪族聚氨酯丙烯酸酯和芳香族聚氨酯丙烯酸酯。通过使用不同固化光源并调节组分间的配比，所制得的面漆达到了哑光肤感效果，不用添加哑粉即可达到优异的表面光泽均匀，同时所得到的面漆手感细腻，流平性能以及力学性能极佳。

Description

一种木器用新型哑光肤感光固化涂料及其制备方法与应用

技术领域

本发明涉及光固化涂料技术领域，尤其涉及IPCC09D175领域，更具体的，涉及一种木器用新型哑光肤感光固化涂料及其制备方法与应用。

背景技术

涂料是生活中常见的一种功能性材料，它通常被视为基材表面的保护膜，在恶劣的环境中为产品提供颜色和光泽，并减少其表面缺陷，防止腐蚀和化学损伤等。随着工业技术的迅速发展，单一性能的涂料已满足不了市场需求，所以需对其进行不断改性，以制备综合性能优异的涂料。高光泽涂料因色彩鲜艳、表面光滑、光泽度高等优势，受到较多消费者的青睐。然而，长时间处于高光环境中易造成视觉疲劳，同时，不同的工作环境会使所用涂料的光泽值具有差异，这也进一步限制了高光泽涂料的应用。近年来，由于人们生活水平的提高及审美观念的改变，哑光涂料能更好地减少基材的眩光和掩盖表面缺陷，以及具有独特的触感和自然的外观，从而被广泛应用于纺织、汽车零部件、家用电器等领域。随着装饰木板对油漆表面流平，光泽度，手感的要求增加以及对生产效率的提升，UV哑光肤感面漆的研发也越来越紧迫。

CN107699113A公开了一种高硬度镀膜UV面漆，包括：光敏树脂、光敏剂、交联单体、溶剂和稳定剂组合而成，所制备的面漆具有高硬度和高耐磨性的优点，增强产品表面的耐磨损以及抗刮伤能力。由于含有溶剂，施工过程中不可避免存在VOC气体的排放的问题。

CN107858081B公开了一种可紫外光固化淋涂哑光涂料组合物及其制备方法，该发明提供了可以紫外光固化淋涂施工的哑光涂料组合物，所述涂料是以改性环氧丙烯酸酯为主基料，加入稀释单体、哑光粉、光引发剂、涂料助剂。并且其中所述可紫外光固化光哑光淋涂层组合物的具有395nm的LED UV固化，在不大于450mj/cm2的紫外光固化能量下固化度可达85％，涂膜光泽在20-40度，涂膜硬度大于2H。

CN110420823A公开了一种UV底漆和水性面漆涂装工艺，通过两次喷涂底漆，并且在每次喷涂后均进行砂光处理，为水性面漆的喷涂提供了有利的条件，进而降低了水性面漆的喷涂难度，提高了喷涂效率，降低了喷涂时间。但该水性面漆产品从涂装到期膜成型所需时间过长，且漆膜硬度不够高。

发明内容

现有LED光源紫外(UV)固化面漆消光比较困难且容易出现光泽不均匀的现象，固含越高，发花现象愈加明显。相对于传统聚氨酯(PU)面漆和水性面漆，UV面漆肤感效果不够理想。本发明提供了一种木器用新型哑光肤感光固化涂料及其制备方法与应用，通过使用不同固化光源并调整组分间的配比，所制得的面漆达到了哑光肤感效果，避免了添加哑粉，可达到优异的表面光泽均匀，同时所得到的面漆手感细腻，流平性能以及力学性能极佳。

为达到本发明的目的，本发明第一方面提供了一种木器用新型哑光肤感光固化涂料，按重量份计，组分包括：聚氨酯丙烯酸酯预聚物30-70份，羟基功能单体10-20份，活性稀释剂30-50份，光引发剂0.5-3份，流平剂1-3份；所述聚氨酯丙烯酸酯预聚物为脂肪族聚氨酯丙烯酸酯和芳香族聚氨酯丙烯酸酯。

所述羟基功能单体包括：甲基丙烯酸羟乙酯、丙烯酸羟乙酯、季戊四醇三丙烯酸酯、甲基丙烯酸羟丙酯、丙烯酸羟丙酯及三羟甲基丙烷二丙烯酸酯中的至少一种。

优选的，所述羟基功能单体为甲基丙烯酸羟乙酯、甲基丙烯酸羟丙酯(CAS：27813-02-1)、丙烯酸羟丙酯(CAS：2918-23-2)中的至少一种。

聚氨酯丙烯酸酯预聚物与羟基功能单体重量比为1：(0.2-0.4)时，可提高涂料的附着力，随着羟基单体含量的增加，涂料的附着力增加，这是由于氢键的存在增强了与木制品间的结合力，但羟基含量进一步增大时，涂料耐酸碱性出现降低，可能是羟基的亲水性导致的。进一步研究发现，羟基单体为甲基丙烯酸羟乙酯可提高涂层的力学性能，推测可能是甲基支链的存在，使得空间位阻增大，提高了体系的玻璃化转变温度。

优选的，聚氨酯丙烯酸酯预聚物与羟基功能单体重量比为1：(0.2-0.4)。

进一步优选的，聚氨酯丙烯酸酯预聚物与羟基功能单体重量比为1：0.3。

更进一步优选的，所述羟基功能单体为甲基丙烯酸羟乙酯(CAS：868-77-9)，购自绍兴市正统化工有限公司。

聚氨酯丙烯酸酯其分子中既含有双键又含有氨基甲酸酯键，所以其固化前具有良好的反应活性和卓越的光学性能，固化后具备聚氨酯良好的附着力以及柔韧性。使用脂肪族聚氨酯丙烯酸酯得到的涂层具有良好的柔韧性能和光稳定性，但涂层力学性能不佳特别是涂层硬度较低，提升官能度可改善力学性能，但不可避免地带来体系粘度的增加，使得成膜性能降低，进一步研究发现，脂肪族聚氨酯丙烯酸酯与芳香族聚氨酯丙烯酸酯重量比为1：(0.5-0.75)时，可制备得到兼具光稳定性和力学性能的涂层，可能是烷基链段与苯环链段间的协同作用。

优选的，脂肪族聚氨酯丙烯酸酯与芳香族聚氨酯丙烯酸酯重量比为1：(0.5-0.75)。

进一步优选的，脂肪族聚氨酯丙烯酸酯与芳香族聚氨酯丙烯酸酯重量比为3：2。

更进一步研究发现，脂肪族聚氨酯丙烯酸酯官能度为3，芳香族聚氨酯丙烯酸酯官能度为2时，可进一步降低涂层固化后的体积收缩率，可能是刚性基团苯环位阻较大，一定程度上抵抗了双键聚合的体积收缩。

优选的，所述脂肪族聚氨酯丙烯酸酯官能度为2-6。

进一步优选的，所述脂肪族聚氨酯丙烯酸酯官能度为2-4。

更进一步优选的，所述脂肪族聚氨酯丙烯酸酯官能度为3，购自南雄科田化工有限公司，型号：3340。

优选的，所述芳香族聚氨酯丙烯酸酯官能度为2-6。

进一步优选的，所述芳香族聚氨酯丙烯酸酯官能度为2-3。

更进一步优选的，所述芳香族聚氨酯丙烯酸酯官能度为2，购自天津天鸿科技有限公司，型号：CX-9340。

所述光引发剂包括：1-羟基-环己基-苯甲酮、2，4，6-三甲基苯甲酰基-二苯基氧化膦、2-羟基-2-甲基-苯基丙酮-1、2-羟基-2-甲基-对羟乙基醚基苯基丙酮-1、2-异丙基硫杂蒽酮、安息香双甲醚、4-(N，N-二甲氨基)、苯甲酸乙酯、二苯甲酮、N，N-二甲氨基苯甲酸异辛酯、2，4，6-三甲基苯甲酰二苯氧磷、苯甲酰甲酸甲酯中的至少一种。

2，4，6-三甲基苯甲酰二苯氧磷是一种深层固化光引发剂，与体系相容性良好且固化速度较快，但快速固化带来体积收缩更大，对于本发明体系，涂料固化越快，其硬度越高、柔韧性越差、收缩率越大。而收缩率太大往往导致其附着力下降。进一步研究发现加入另外一种光引发剂苯甲酰甲酸甲酯可改善附着力，可能其带来的固化速率与本体系相匹配，同时还发现苯甲酰甲酸甲酯与2，4，6-三甲基苯甲酰二苯氧磷重量比为1：0.3-0.7时，提高附着力的同时，还提高了表层硬度，推测2，4，6-三甲基苯甲酰二苯氧磷深层固化与苯甲酰甲酸甲酯浅层固化产生协同作用，提高了整体固化效率。

优选的，所述光引发剂为2，4，6-三甲基苯甲酰二苯氧磷，购自上海光易化工有限公司，型号：Omnirad TPO和苯甲酰甲酸甲酯，购自上海光易化工有限公司，型号：OmniradMBF。

进一步优选的，苯甲酰甲酸甲酯与2，4，6-三甲基苯甲酰二苯氧磷重量比为1：0.3-0.7。

更进一步优选的，苯甲酰甲酸甲酯与2，4，6-三甲基苯甲酰二苯氧磷重量比为1：0.5。

所述活性稀释剂包括：二丙二醇类二丙烯酸酯、三丙二醇类二丙烯酸酯、三羟甲基丙烷三丙烯酸酯、二季戊四醇六丙烯酸酯、1，6-己二醇二丙烯酸酯、季戊四醇三丙烯酸酯、双季戊四醇五丙烯酸酯中的一种或几种。

活性稀释剂不仅可以调节体系粘度，多官活性稀释剂还能参与到固化反应中成为聚合物的一部分，随着官能团数量的增加，体系固化速率以及交联程度得到提升，但涂料韧性以及附着力性能会降低，同时官能团的增加，体系粘度增加，流平性能也会降低，进一步研究发现，当活性稀释剂为1，6-己二醇二丙烯酸酯时，可进一步提高附着力，可能是分子中的酯结构与预聚物结构相似，与体系有更好的相容性，更进一步研究发现，聚氨酯丙烯酸酯预聚物与1，6-己二醇二丙烯酸酯重量比为1：(0.6-1)时，所制得的涂料粘度适中，固化速率与交联程度以及附着力之间达到相对均衡状态。

优选的，聚氨酯丙烯酸酯预聚物与活性稀释剂重量比为1：(0.6-1)。

进一步优选的，聚氨酯丙烯酸酯预聚物与活性稀释剂重量比为1：0.8。

更进一步优选的，所述活性稀释剂为1，6-己二醇二丙烯酸酯(CAS：13048-33-4)，购自长兴化学工业股份有限公司。

所述流平剂包括：BYK346、BYK333、BYK301及BYK307中的至少一种；

优选的，所述流平剂为BYK333，购自山东王牌生物科技有限公司。

本发明第二方面提供了一种木器用新型哑光肤感光固化涂料的制备方法，包括以下步骤：将脂肪族聚氨酯丙烯酸酯，芳香族聚氨酯丙烯酸酯，羟基功能单体，活性稀释剂充分搅拌混合均匀，再加入光引发剂和流平剂，充分混合均匀，即得所述光固化涂料。

优选的，所述混合温度为35-45℃，所述搅拌为机械搅拌，搅拌速率为200-400r/min。

进一步优选的，所述混合温度为40℃，所述搅拌为机械搅拌，搅拌速率为300r/min。

本发明第三方面提供了一种新型哑光肤感光固化涂料应用于木器中，所述木器的制备方法包括以下步骤：

S1，将制得的光固化涂料在木器表面滚涂25-30g/m²；

S2，经过40-60℃红外流平段，流平1-2分钟；

S3，依次经过LED光源预固化0.5-1.5min，LED光源固化0.5-2min，汞灯固化0.5-1.5min，得到面漆。

所述步骤S3中总固化时间为2-3min。

优选的，所述步骤S3中总固化时间为2.5min。

本发明涂料固化方法分为三步固化，第一步使用波长405nm LED光源预固化，第二步使用波长254nm LED光源固化，最后经过汞灯完全固化成型。得到全哑肤感的面漆效果，使得该涂料不添加哑粉即可达到哑光的效果，波长405nm LED光源预固化促进深层固化，表层仍然为粘流态，可能是深层固化过程中出现体积收缩，使得内部层间表面张力产生差异而产生一定的分子弯曲，使用波长254nm LED光源完成表层固化后，形成凹凸不平的表面，增强了入射光的漫反射作用，使涂层达到哑光的效果。进一步研究发现，405nm LED光源预固化0.5-1.5min，254nm LED光源固化0.5-2min，汞灯固化0.5-1.5min，不仅可达到优异的哑光效果，还可以消除涂层间的应力，提高涂层的力学性能。

优选的，所述步骤S3中LED光源预固化光源波长为405nm；所述步骤S3中LED光源固化光源波长为254nm。

优选的，所述步骤S3中LED光源预固化光源强度200-300mj/㎡，所述步骤S3中LED光源固化光源强度100-200mj/㎡，所述步骤S3中汞灯光固化光源强度500-800mj/㎡。

进一步优选的，所述步骤S3中LED光源预固化光源强度250mj/㎡，所述步骤S3中LED光源固化光源强度150mj/㎡，所述步骤S3中汞灯光固化光源强度650mj/㎡。

优选的，一种新型哑光肤感光固化涂料应用于木器中，包括以下步骤：

S1，将制得的光固化涂料在木器表面滚涂28g/m²；

S2，经过50℃红外流平段，流平2分钟；

S3，依次经过LED光源预固化1min，LED光源固化0.5min，汞灯固化1min，得到面漆。

有益效果：

1.苯甲酰甲酸甲酯与2，4，6-三甲基苯甲酰二苯氧磷重量比为1：0.3-0.7时，提高附着力的同时，还提高了表层硬度。

2.聚氨酯丙烯酸酯预聚物与活性稀释剂重量比为1：0.6-1时，固化速率与交联程度以及附着力之间达到相对均衡状态。

3.聚氨酯丙烯酸酯预聚物与羟基功能单体重量比为1：(0.2-0.4)时，可提高涂料的附着力。

4.脂肪族聚氨酯丙烯酸酯与芳香族聚氨酯丙烯酸酯重量比为1：(0.5-0.75)时，可制备得到兼具光稳定性和力学性能的涂层。

5.使用三步固化工艺，405nm LED光源预固化0.5-1.5min，254nm LED光源固化0.5-2min，汞灯固化0.5-1.5min，不仅可达到优异的哑光效果，还可以消除涂层间的应力，提高涂层的力学性能。

具体实施方式

实施例1

一种木器用新型哑光肤感光固化涂料，按重量份计，组分包括：聚氨酯丙烯酸酯预聚物50份，羟基功能单体15份，活性稀释剂40份，光引发剂1.5份，流平剂1份。

所述聚氨酯丙烯酸酯预聚物为脂肪族聚氨酯丙烯酸酯30份和芳香族聚氨酯丙烯酸酯20份。

所述脂肪族聚氨酯丙烯酸酯官能度为3，购自南雄科田化工有限公司，型号：3340。

所述芳香族聚氨酯丙烯酸酯官能度为2，购自天津天鸿科技有限公司，型号：CX-9340。

所述羟基功能单体为甲基丙烯酸羟乙酯(CAS：868-77-9)，购自绍兴市正统化工有限公司。

所述光引发剂为苯甲酰甲酸甲酯1份和2，4，6-三甲基苯甲酰二苯氧磷0.5份。

所述2，4，6-三甲基苯甲酰二苯氧磷(CAS：75980-60-8)，购自上海光易化工有限公司，型号：Omnirad TPO。

所述苯甲酰甲酸甲酯(CAS：15206-55-0)，购自上海光易化工有限公司，型号：Omnirad MBF。

所述活性稀释剂为1，6-己二醇二丙烯酸酯(CAS：13048-33-4)，购自长兴化学工业股份有限公司。

所述流平剂为BYK333，购自山东王牌生物科技有限公司。

一种木器用新型哑光肤感光固化涂料的制备方法，包括以下步骤：

将脂肪族聚氨酯丙烯酸酯，芳香族聚氨酯丙烯酸酯，羟基功能单体，活性稀释剂，在40℃下搅拌混合30min，再加入光引发剂和流平剂，40℃下混合30min，即得所述光固化涂料。

所述搅拌为机械搅拌，搅拌速率为300r/min。

一种新型哑光肤感光固化涂料应用于木器中，所述木器的制备方法包括以下步骤：

S1，将制得的光固化涂料在木器表面滚涂28g/m²；

S2，经过50℃红外流平段，流平2分钟；

S3，依次经过LED光源预固化1min，LED光源固化0.5min，汞灯固化1min，得到面漆。

所述步骤S3中LED光源预固化光源波长为405nm；所述步骤S3中LED光源固化光源波长为254nm。

所述步骤S3中LED光源预固化光源强度250mj/㎡，所述步骤S3中LED光源固化光源强度150mj/㎡，所述步骤S3中汞灯光固化光源强度650mj/㎡。

实施例2

具体实施方式同实施例1；不同的是，实施例2中所述聚氨酯丙烯酸酯预聚物为脂肪族聚氨酯丙烯酸酯32份和芳香族聚氨酯丙烯酸酯18份；所述光引发剂为苯甲酰甲酸甲酯1.1份和2，4，6-三甲基苯甲酰二苯氧磷0.4份。

实施例3

具体实施方式同实施例1；不同的是，实施例3中所述羟基功能单体18份，活性稀释剂36份。

对比例1

具体实施方式同实施例1；不同的是，对比例1中所述聚氨酯丙烯酸酯预聚物为脂肪族聚氨酯丙烯酸酯20份和芳香族聚氨酯丙烯酸酯30份；

对比例2

具体实施方式同实施例1；不同的是，对比例2中所述光引发剂为苯甲酰甲酸甲酯1.3份和2，4，6-三甲基苯甲酰二苯氧磷0.2份。

对比例3

具体实施方式同实施例1；不同的是，对比例3中所述羟基功能单体5份，活性稀释剂55份。

对比例4

具体实施方式同实施例1；不同的是，对比例4中所述羟基功能单体30份，活性稀释剂20份。

性能测试方法

将实施例1-3和对比例1-4中所得面漆进行性能测试，测试数据列于表1中。

1)附着力测试参考标准GB/T 9286-1998，使用百格法测试。

2)光泽度测试参考ASTM D523标准，使用BYK Gardner光泽仪进行。在25±2℃环境下，对所形成的漆膜选择60°和85°两种角度测试。

3)铅笔硬度测试按GB/T6739-2006标准测试，负重1000g。

性能测试数据

表1

Claims (7)

1.一种哑光肤感光固化涂料的应用，其特征在于，应用于木器，所述木器的制备方法，包括以下步骤：

S1，将光固化涂料在木器表面滚涂25-30g/m²；

S2，经过40-60℃红外流平段，流平1-2分钟；

S3，依次经过LED光源预固化0.5-1.5min，LED光源固化0.5-2min，汞灯固化0.5-1.5min，得到面漆；

所述光固化涂料，按重量份计，组分包括：聚氨酯丙烯酸酯预聚物30-70份，羟基功能单体10-20份，活性稀释剂30-50份，光引发剂0.5-3份，流平剂1-3份；所述聚氨酯丙烯酸酯预聚物为脂肪族聚氨酯丙烯酸酯和芳香族聚氨酯丙烯酸酯；

所述脂肪族聚氨酯丙烯酸酯与芳香族聚氨酯丙烯酸酯重量比为1：（0.5-0.75）；

所述光引发剂为苯甲酰甲酸甲酯和2，4，6-三甲基苯甲酰二苯氧磷，所述苯甲酰甲酸甲酯与2，4，6-三甲基苯甲酰二苯氧磷重量比为1：（0.3-0.7）。

2.根据权利要求1所述哑光肤感光固化涂料的应用，其特征在于，所述聚氨酯丙烯酸酯预聚物与活性稀释剂重量比为1：（0.6-1）。

3.根据权利要求1所述哑光肤感光固化涂料的应用，其特征在于，所述聚氨酯丙烯酸酯预聚物与羟基功能单体重量比为1：（0.2-0.4）。

4.根据权利要求1所述哑光肤感光固化涂料的应用，其特征在于，所述光固化涂料制备包括以下步骤：将脂肪族聚氨酯丙烯酸酯，芳香族聚氨酯丙烯酸酯，羟基功能单体，活性稀释剂充分搅拌混合均匀，再加入光引发剂和流平剂，充分混合均匀，即得所述光固化涂料。

5.根据权利要求1所述哑光肤感光固化涂料的应用，其特征在于，所述步骤S3中LED光源预固化光源波长为405nm。

6.根据权利要求1所述哑光肤感光固化涂料的应用，其特征在于，所述步骤S3中LED光源固化光源波长为254nm。

7.根据权利要求1所述哑光肤感光固化涂料的应用，其特征在于，所述步骤S3中总固化时间为2-3min。