CN116333568A - 一种无溶剂高剪切强度加色uv涂料及其制备方法和应用 - Google Patents

一种无溶剂高剪切强度加色uv涂料及其制备方法和应用 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种无溶剂高剪切强度加色UV涂料，涉及UV涂料技术领域，其特征在于，按照重量比例各组分组成为：环氧丙烯酸酯30‑40份；羟基丙烯酸酯11‑15份；脂肪族聚氨酯丙烯酸酯28‑38份；环氧丙烯酸酯低聚物14‑19份；光引发剂3‑5份；滑石粉17‑23份；消泡剂0.3‑0.7份；附着力促进剂7‑15份；蓝色色浆0.6‑1.0份；白色色浆3.3‑5.7份。本发明还公开了其制备方法和应用。本发明使用含有磷酸基团的丙烯酸酯作为附着力促进剂，提高了在金属底材上的对拉强度和剪切强度。本专利公布的涂料应用在车床、机械臂上具有不易脱落的特点。

Description

一种无溶剂高剪切强度加色UV涂料及其制备方法和应用
技术领域
本发明涉及无溶剂UV涂料制备领域，具体涉及一种无溶剂高剪切强度加色UV涂料及其制备方法和应用。
背景技术
UV涂料是一类成熟的涂料体系，相比于传统涂料，其固含量高，溶剂含量低，固化时间短，操作方便。不论是从降低成本还是简化工序上都是非常良好的选择。同时，由于不需要加热固化，在热敏感的底材上也可以使用，例如木材，塑料，纸张等，这就促使UV涂料成为这几类底材优选的涂料类型。
在一些频繁震动的应用场景中，例如轮船、车床等，对于涂料的要求除了美观之外，更重要的是具有足够的剪切强度和拉拔强度，避免在使用过程中由于漆膜与底材脱落导致设备金属部件直接暴露在空气中，加速老化，降低使用寿命。本发明使用含有磷酸基团的丙烯酸酯作为附着力促进剂，有效地通过分子间的氢键作用力提高了聚合之后长链结构之间的空间密度，提高了本涂料在金属底材上固化之后的剪切强度和拉拔强度。同时本发明还兼具高光泽度和高硬度的特点，在反复机械运动和震动的应用场景中不易脱落，非常适合作为车床和机械臂表面的涂料。
发明内容
为了使涂料能够在频繁震动的环境中长时间使用，本发明的目的在于提供一种无溶剂高剪切强度加色UV涂料及其制备方法和应用。所制造的涂料具有优秀的剪切强度和拉拔强度，同时表面光滑，无异味。
为了实现本发明的目的，所采用的技术方案是：
一种无溶剂高剪切强度加色UV涂料，其特征在于，按照重量比例各组分原料为：
环氧丙烯酸酯30-40份；
羟基丙烯酸酯11-15份；
脂肪族聚氨酯丙烯酸酯28-38份；
环氧丙烯酸酯低聚物14-19份；
光引发剂3-5份；
滑石粉17-23份；
消泡剂0.3-0.7份；
附着力促进剂7-15份；
蓝色色浆0.2-0.3份；
白色色浆2.5-4份。
所述的一种无溶剂高剪切强度加色UV涂料，其特征在于，所述的环氧丙烯酸酯的官能团度为2。环氧丙烯酸酯中的烯烃会和被激发的光引发剂反应生成自由基，发生链式自由基加成反应，形成链状的树脂结构；而其中的环氧基的碳-氧键也可以被自由基打断，生成新的自由基反应位点，通过该过程形成的自由基可以和其它树脂分子反应，形成网状分子结构，提高涂料固化之后的硬度。
所述的羟基丙烯酸酯为季戊醇三丙烯酸酯、季戊醇二丙烯酸酯、季戊醇二丁烯酸酯中的任意一种或者几种。羟基丙烯酸酯除了和其它树脂分子发生自由基链式反应之外，其羟基上的氧原子可以和底材表面的金属原子形成配位键，增强涂料与底材之间的附着力。
所述的脂肪族聚氨酯丙烯酸酯为湛EBECRYL 8296、EBECRYL 8301R、EBECRYL 8412中的任意一种或者几种。低聚物可以在涂料固化之前提供一定的聚合度，避免在固化过程中固化不足导致附着力较低，而且此类树脂本身具有较高的抗拉强度。
所述的环氧丙烯酸酯低聚物为美源MIRAMER EA2259、MIRAMER EA2280、MIRAMERPE810中的任意一种或者几种。环氧丙烯酸酯低聚物兼具了环氧丙烯酸酯和脂肪族聚氨酯丙烯酸酯的作用。
所述光引发剂为湛新Doublecure BDK、Doublecure 73W中的任意一种。光引发剂在在紫外光区(250-400nm)具有吸收峰，在受到紫外辐射之后其中的化学键会发生均裂产生自由基，进而进攻丙烯酸酯中的碳碳双键，发生自由基的链式传导，实现聚合反应。
所述滑石粉为氧化镁和氧化硅的混合物。滑石粉具有针状结构，在底材表面可以竖直地插入分子之间的空隙，同时滑石粉分子又可以伸入网状树脂的网格中，起到固定的作用。滑石粉通过这种机械固定的方式增加涂料的附着力和强度。其作用方式如图1所示。
所述消泡剂为硅氧化物，其特征在于硅原子和氧原子比例为1:3.5，且为100％固含，无溶剂消泡剂。
所述附着力促进剂为磷酸丙烯酸酯，其特征在于官能团度为1.5。磷酸丙烯酸酯可以在固化过程中通过聚合反应连接到聚合物分子中，磷酸基团上的羟基可以和聚氨酯丙烯酸酯中的氮氧原子形成氢键，使松散的链状分子变得紧密，提高树脂分子的空间密度从而提高涂料的硬度和耐磨性。同时，磷酸基团上的羟基中的氧原子可以和底材表面的金属原子形成配位键，增加涂料的附着力，其作用方式如图2、图3所示。
所述蓝色色浆其特征为在HSV色彩空间中色调为185度，饱和度为47％，明度为65％。
所述白色色浆其特征为色彩分类为WT02的白色色浆。
一种无溶剂高剪切强度加色UV涂料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
在避光条件下依次将环氧丙烯酸酯、羟基丙烯酸酯，脂肪族聚氨酯丙烯酸酯和环氧丙烯酸酯低聚物加入搅拌，在1500-1700rmp的条件下搅拌35分钟；将搅拌速度降低至600-750rmp，向体系中加入光引发剂，滑石粉，消泡剂，附着力促进剂，蓝色色浆，白色色浆和玻璃珠待加入完毕后，将转速调至1820-1960rmp，避光搅拌直至细度≤10微米；停止搅拌后用纱布过滤混合物，滤液即为所述无溶剂高剪切强度加色UV涂料产品。
一种无溶剂高剪切强度加色UV涂料的应用，所述应用具体为：
搅拌均匀后喷涂，在波长300-400nm，光照能量810-950mJ/cm2，光照功率330-450mW/cm2条件下固化40秒，干膜膜厚≤100微米。
在本发明的一个优选实施例中，所述喷涂之前需将底材表面进行除尘、除油处理。
在本发明的一个优选实施例中，所述喷涂为手工喷涂、Spindle喷涂或往复机喷涂；喷涂的环境温度为20℃-30℃，相对湿度为30％-65％；喷涂前涂料需要被加热至60℃。
本发明的有益效果在于：
本发明的无溶剂高剪切强度加色UV涂料在金属底材上应用时通过GBT7124-2008/ISO 458：2003的剪切测试可以得到≥14Mpa的剪切力，同时，通过GB/T6329-1996的拉拔力测试也能达到≥12Mpa的结果。
附图说明
图1滑石粉提高附着力示意图
图2磷酸丙烯酸酯提升涂料强度示意图
图3磷酸丙烯酸酯提升附着力示意图
图4实施例1拉拔力
图5实施例2剪切力
图6对比例1剪切力
图7对比例2拉拔力
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明进行详细说明，但绝不是对本发明的限制(以下各实施例中，各种原料每质量份均为10克)。
以下实施例对本发明进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
实施例1
按照重量比例各组分原料为：环氧丙烯酸酯31份；季戊醇三丙烯酸酯13份；湛新EBECRYL 8296 36份；美源MIRAMER PE810 15份；湛新Doublecure BDK 3.9份；滑石粉22份；消泡剂0.6份；附着力促进剂10份；蓝色色浆0.9份；白色色浆4.0份。
配制步骤为：在避光条件下依次将环氧丙烯酸酯、羟基丙烯酸酯，脂肪族聚氨酯丙烯酸酯和环氧丙烯酸酯低聚物加入搅拌，在1590rmp的条件下搅拌35分钟；将搅拌速度降低至670rmp，向体系中加入光引发剂，滑石粉，消泡剂，附着力促进剂，蓝色色浆，白色色浆和玻璃珠待加入完毕后，将转速调至1900rmp，避光搅拌直至细度≤10微米；搅拌完成后用纱布过滤混合物，得到实施例1涂料。
应用步骤为：将金属底材表面进行除尘、除油处理，将涂料加热至60℃并搅拌均匀进行手工喷涂，喷涂的环境温度为23-26℃，相对湿度为45％-47％。喷涂后在波长300-400nm，光照能量810-950mJ/cm2，光照功率330-450mW/cm2条件下固化40秒。膜厚75-90微米。
实施例2
按照重量比例各组分原料为：环氧丙烯酸酯33份；季戊醇二丁烯酸酯11份；湛新EBECRYL 8301R和EBECRYL 8412的1比1混合物38份；美源MIRAMER EA2280 17份；湛新Doublecure BDK 4.2份；滑石粉19份；消泡剂0.5份；附着力促进剂14份；蓝色色浆0.7份；白色色浆5.1份。
配制步骤为：在避光条件下依次将环氧丙烯酸酯、羟基丙烯酸酯，脂肪族聚氨酯丙烯酸酯和环氧丙烯酸酯低聚物加入搅拌，在1690rmp的条件下搅拌35分钟；将搅拌速度降低至680rmp，向体系中加入光引发剂，滑石粉，消泡剂，附着力促进剂，蓝色色浆，白色色浆和玻璃珠待加入完毕后，将转速调至1910rmp，避光搅拌直至细度≤10微米；搅拌完成后用纱布过滤混合物，得到实施例2涂料。
应用步骤为：将金属底材表面进行除尘、除油处理，将涂料加热至60℃并搅拌均匀进行手工喷涂，喷涂的环境温度为21-23℃，相对湿度为46％-48％。喷涂后在波长300-400nm，光照能量810-950mJ/cm2，光照功率330-450mW/cm2条件下固化40秒。膜厚75-90微米。
实施例3
按照重量比例各组分原料为：环氧丙烯酸酯38份；季戊醇二丁烯酸酯15份；湛新EBECRYL 8412 27份；美源MIRAMER EA2259 18份；湛新Doublecure 73W 3.5份；滑石粉21份；消泡剂0.6份；附着力促进剂9份；蓝色色浆1.0份；白色色浆4.8份。
配制步骤为：在避光条件下依次将环氧丙烯酸酯、羟基丙烯酸酯，脂肪族聚氨酯丙烯酸酯和环氧丙烯酸酯低聚物加入搅拌，在1680rmp的条件下搅拌35分钟；将搅拌速度降低至710rmp，向体系中加入光引发剂，滑石粉，消泡剂，附着力促进剂，蓝色色浆，白色色浆和玻璃珠待加入完毕后，将转速调至1870rmp，避光搅拌直至细度≤10微米；搅拌完成后用纱布过滤混合物，得到实施例3涂料。
应用步骤为：将金属底材表面进行除尘、除油处理，将涂料加热至60℃并搅拌均匀进行手工喷涂，喷涂的环境温度为22-26℃，相对湿度为51％-53％。喷涂后在波长300-400nm，光照能量810-950mJ/cm2，光照功率330-450mW/cm2条件下固化40秒。膜厚75-90微米。
对比例1
原料配方和配制步骤与实施例1相同，只是不加滑石粉。
应用步骤为：将金属底材表面进行除尘、除油处理，将涂料加热至60℃并搅拌均匀进行手工喷涂，喷涂的环境温度为23-26℃，相对湿度为45％-47％。喷涂后在波长300-400nm，光照能量810-950mJ/cm2，光照功率330-450mW/cm2条件下固化40秒。膜厚75-90微米。
对比例2
原料配方和配制步骤与实施例2相同。只是不加附着力促进剂。
应用步骤为：将金属底材表面进行除尘、除油处理，将涂料加热至60℃并搅拌均匀进行手工喷涂，喷涂的环境温度为21-23℃，相对湿度为46％-48％。喷涂后在波长300-400nm，光照能量810-950mJ/cm2，光照功率330-450mW/cm2条件下固化40秒。膜厚75-90微米。
对比例3
某耐磨涂料(专利公开号：CN1740251A)
以上实施例和对比例的投料量见表1
表1实施例和对比例的投料量
组分(份数) 实施例1 实施例2 实施例3 对比例1 对比例2
环氧丙烯酸酯 31 33 38 31 33
羟基丙烯酸酯 13 11 15 13 11
脂肪族聚氨酯丙烯酸酯 36 38 27 36 38
环氧丙烯酸酯低聚物 15 17 18 15 17
光引发剂 3.9 4.2 3.5 3.9 4.2
滑石粉 22 19 21 — 19
消泡剂 0.6 0.5 0.6 0.6 0.5
附着力促进剂 10 14 9 10 —
蓝色色浆 0.9 0.7 1.0 0.9 0.7
白色色浆 4.0 5.1 4.8 4.0 5.1
注：各种原料每份质量均为10克
将实施例1，实施例2，实施例3，对比例1，对比例2，按表2中标准进行测试，测试结果如表3所示。
表2测试内容
项目 性能指标 测试方法
外观 表面颜色均匀，平整无颗粒，无开裂 目视
剪切力 ≥14Mpa GBT 7124-2008/ISO 458：2003
拉拔力 ≥12Mpa GB/T 6329-1996
光泽度 60°角光泽度≥80 GB/T 9754
硬度 ≥2H GB/T 6739-2006
表3测试结果
Figure SMS_1
部分实验结果见附图说明书
从以上结果可以看出，实施例1-3的剪切力和拉拔力均满足要求，而对比例1由于没有添加滑石粉导致树脂之间的物理连接较弱，漆层容易断裂，因此剪切力和拉拔力无法达到要求；而对比例2没有添加附着力促进剂，不仅降低了涂层与金属底材之间的配位作用力无法通过剪切力和拉拔力测试，同时使得聚合链之间变得松散，因此硬度也大为降低。
另外由于滑石粉本身的光泽度较低，而且会影响光线在涂层中的传导，所以未加入滑石粉的对比例1的光泽度最高，而加了滑石粉的实施例1-3和对比例2的光泽度基本相当。
对比例3为某耐磨涂料(专利公开号：CN1740251A)，该篇专利中报道的剪切力测试结果与实施例1-3的测试结果相当。产生该结果有以下几个主要原因：1.其主体树脂为环氧树脂和酰氨基树脂可以和底材形成配位键增加附着力；2.添加了高岭土和重晶石，其中含有的氧化硅、氧化铝等成份与本发明中的滑石粉具有类似的功能。
本发明的应用不限于上述的举例，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，所有这些改进和等同替换都应属于本发明所附权利要求的保护范围。

Claims (10)

1.一种无溶剂高剪切强度加色UV涂料，其特征在于，按照重量比例各组分组成为：
环氧丙烯酸酯30-40份；
羟基丙烯酸酯11-15份；
脂肪族聚氨酯丙烯酸酯28-38份；
环氧丙烯酸酯低聚物14-19份；
光引发剂3-5份；
滑石粉17-23份；
消泡剂0.3-0.7份；
附着力促进剂7-15份；
蓝色色浆0.6-1.0份；
白色色浆3.3-5.7份。
2.如权利要求1所述的一种无溶剂高剪切强度加色UV涂料，其特征在于，所述的环氧丙烯酸酯的官能团度为2。
3.如权利要求1所述的一种无溶剂高剪切强度加色UV涂料，其特征在于，所述的羟基丙烯酸酯为季戊醇三丙烯酸酯、季戊醇二丙烯酸酯、季戊醇二丁烯酸酯中的任意一种或者几种。
4.如权利要求1所述的一种无溶剂高剪切强度加色UV涂料，其特征在于，所述的脂肪族聚氨酯丙烯酸酯为湛新EBECRYL 8296、EBECRYL 8301R、EBECRYL8412中的任意一种或者几种。
5.如权利要求1所述的一种无溶剂高剪切强度加色UV涂料，其特征在于，所述的环氧丙烯酸酯低聚物为美源MIRAMER EA2259、MIRAMER EA2280、MIRAMER PE810中的任意一种或者几种。
6.如权利要求1所述的一种无溶剂高剪切强度加色UV涂料，其特征在于，所述光引发剂为湛新Doublecure BDK、Doublecure 73W中的任意一种；
所述滑石粉为氧化镁和氧化硅的混合物；
所述消泡剂为硅氧化物，其特征在于硅原子和氧原子比例为1:3.5，且为100％固含，无溶剂消泡剂；
所述附着力促进剂为磷酸丙烯酸酯，其特征在于官能团度为1.5；
所述蓝色色浆其特征为在HSV色彩空间中色调为185度，饱和度为47％，明度为65％，且为100％固含，无溶剂UV色浆；
所述白色色浆其特征为色彩分类为WT02的白色色浆，且为100％固含，无溶剂UV色浆。
7.如权利要求1-6所述的一种无溶剂高剪切强度加色UV涂料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
在避光条件下依次将环氧丙烯酸酯、羟基丙烯酸酯，脂肪族聚氨酯丙烯酸酯和环氧丙烯酸酯低聚物加入搅拌，在1500-1700rmp的条件下搅拌35分钟；将搅拌速度降低至600-750rmp，向体系中加入光引发剂，滑石粉，消泡剂，附着力促进剂和玻璃珠待加入完毕后，将转速调至1820-1960rmp，避光搅拌直至细度≤10微米；停止搅拌后用纱布过滤混合物，滤液即为所述无溶剂高剪切强度加色UV涂料产品。
8.如权利要求1-6所述的一种无溶剂高剪切强度加色UV涂料的应用，其特征在于，所述应用为喷涂使用，所述喷涂使用前需将所述无溶剂高剪切强度加色UV涂料搅拌均匀，在波长300-400nm，光照能量810-950mJ/cm2，光照功率330-450mW/cm2条件下固化40秒，干膜膜厚≤100微米。
9.如权利要求7所述的一种无溶剂高剪切强度加色UV涂料的应用，其特征在于，所述喷涂前需将金属底材表面进行除尘、除油处理。
10.如权利要求7所述的一种无溶剂高剪切强度加色UV涂料的应用，其特征在于，所述喷涂为手工喷涂、Spindle喷涂或往复机喷涂；喷涂的环境温度为20-30℃，相对湿度为30％-65％；喷涂前涂料需要被加热至60℃。
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