CN116693938A - 反应型复合光稳定剂及其应用、光稳定改性高分子材料 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种反应型复合光稳定剂及其应用、光稳定改性高分子材料。该反应型复合光稳定剂,其包括反应型紫外线吸收剂和反应型受阻胺光稳定剂,且反应型紫外线吸收剂为反应型三嗪类紫外线吸收剂。反应型三嗪类紫外线吸收剂与反应型受阻胺光稳定剂组合具有更高的吸收率,复配效果更好,而且其挥发性更低、耐光降解的稳定性也更高。且由于同为反应型组分,能够在高分子材料中以化学链接的形式存在,因此具有更好的长效性。
Description
技术领域
本发明涉及高分子材料改性技术领域,具体而言,涉及一种反应型复合光稳定剂及其应用、光稳定改性高分子材料。
背景技术
随着材料科技的日益进步,各种高分子材料带来的独特且优异的性能,拓展了现代社会的巨大的发展空间。高分子材料在国计民生的各个领域都发挥着重要作用,但其老化特性是一个非常严重的限制因素。高分子的老化必然会影响到其使用性能,导致寿命降低和资源浪费。引起高分子老化的因素主要是光和热,其中自然界日光中的紫外线对高分子的长效性能影响尤为重大。目前,防止户外光老化主要是通过添加光稳定剂来解决。这类光稳定剂包括紫外线吸收剂、受阻胺光稳定剂。紫外光吸收剂能吸收或屏蔽能对高分子造成损害的紫外线,受阻胺光稳定剂则能清除导致高分子降解的自由基。受阻胺光稳定剂能显著缓解高分子材料的老化过程,是高分子抗老化领域重要的产品类别。
紫外线吸收剂(简称UVA)与受阻胺光稳定剂(简称HALS)具有协同效果,对高分子的抗老化效果会有明显的提升。因此,UVA配合HALS在众多高分子材料领域已有成功应用。目前常规的UVA与HALS的组合可能会遇到如下问题:
一、材料适用性问题:表现在两个方面。一是由于HALS碱性带来的问题,碱性的强弱由哌啶环中氮原子所连接的基团直接确定。一般的规律是(碱性由强到弱):N-H>N-R>N-OR>N-COR。碱性高的HALS会与材料体系中的不利物料,如酸催化剂、催干剂等相互作用,导致最终制品的性能不及预期。因此,低碱性HALS具有更宽容的使用场景,是未来发展的趋势。二是材料与光稳定产品相容性带来的问题,根据“相似相容”原则,材料体系的极性可能影响到助剂产品(含HALS)的相容问题,出现析出等问题。(注:本处所说的相容性是指高分子材料在生产制作过程中即时出现的相容现象,与下文中的缓慢迁移相区分。)
二、长效性,虽然在一般的使用条件下HALS能正常发挥作用,通过捕获自由基而减缓老化最终保护材料。但是,在高温、以及环境物质侵蚀的情况下,传统HALS会通过物理方式(挥发、迁移、溶出)产生损失,最终无法达到保护材料的作用。一个典型的应用场景是塑料涂料,当高分子的涂料涂布于塑料制品表面后,涂料中的小分子如光稳定剂会缓慢迁移到同样是高分子的塑料底材中。随着时间推移,涂料中的光稳定剂浓度将越来越低,以至于无法达到保护效果,导致涂料中高分子基质提前老化降解。
如果将紫外线吸收剂(简称UVA)或受阻胺光稳定剂(简称HALS)设计为反应型,那么通过化学交联将光稳定剂连接到上面提及的高分子链上,能解决上述提到的材料适用性问题,以及达到长期的保护效果。然而,目前虽然有单独具有反应型的UVA(如UV-400,液体)、反应型HALS(如Tinuvin 152,粉末),但很少有将反应型UVA和反应型HALS复配的产品,以达到更好的抗老化效果。这一方面是由于现有反应型UVA和反应型HALS无法形成稳定均匀的复配物,另一方面是由于材料面临的适用性和长效性问题是随着材料本身的进步及产品升级而产生,目前还没有引起足够的重视。而且,大部分反应性UVA和反应型HALS复配使用,效果改善也不明显,还可能存在挥发性高等问题。
发明内容
本发明的主要目的在于提供一种反应型复合光稳定剂及其应用、光稳定改性高分子材料,以解决现有技术中的光稳定剂在高分子材料中的挥发性高、长效性欠佳的问题。
为了实现上述目的,根据本发明的一个方面,提供了一种反应型复合光稳定剂,其包括反应型紫外线吸收剂和反应型受阻胺光稳定剂,且反应型紫外线吸收剂为反应型三嗪类紫外线吸收剂。
进一步地,反应型紫外线吸收剂选自2-[4-[2-羟基-3-十三烷氧基丙基]氧基-2-羟基苯基]-4,6-双(2,4-二甲基苯基)-1,3,5-三嗪和2-[4-[2-羟基-3-十二烷氧基丙基]氧基]-2-羟基苯基]-4,6-双(2,4-二甲基苯基)-1,3,5-三嗪的混合物,和/或2-[2-羟基-4-[3-(2-乙基己氧基)-2-羟基丙氧基]苯基]-4,6-双(2,4-二甲基苯基)-1,3,5-三嗪;反应型受阻胺光稳定剂选自和/或2,4-二[N-丁基-(1-环己氧基-2,2,6,6-四甲基哌啶-4-基)氨]-6-(2-羟乙胺)-1,3,5-三嗪中;优选地,反应型紫外线吸收剂和反应型受阻胺光稳定剂在20~30℃的室温下均为液态或者均为固态。
进一步地,反应型紫外线吸收剂为2-[4-[2-羟基-3-十三烷氧基丙基]氧基-2-羟基苯基]-4,6-双(2,4-二甲基苯基)-1,3,5-三嗪和2-[4-[2-羟基-3-十二烷氧基丙基]氧基]-2-羟基苯基]-4,6-双(2,4-二甲基苯基)-1,3,5-三嗪的混合物,且反应型受阻胺光稳定剂为或者,反应型紫外线吸收剂为2-[2-羟基-4-[3-(2-乙基己氧基)-2-羟基丙氧基]苯基]-4,6-双(2,4-二甲基苯基)-1,3,5-三嗪,且反应型受阻胺光稳定剂为2,4-二[N-丁基-(1-环己氧基-2,2,6,6-四甲基哌啶-4-基)氨]-6-(2-羟乙胺)-1,3,5-三嗪。
进一步地,反应型紫外线吸收剂和反应型受阻胺光稳定剂之间的重量比为(0.1~10):1,优选为(1~5):1,更优选为2:1。
根据本发明的另一方面,还提供了一种上述反应型复合光稳定剂在高分子材料中的应用。
根据本发明的又一方面,还提供了一种反应型受阻胺光稳定剂在高分子材料中的应用,其中,反应型受阻胺光稳定剂为优选地,高分子材料为涂料。
根据本发明的又一方面,还提供了一种光稳定改性高分子材料,包括高分子材料和光稳定剂,其中,光稳定剂为上述反应型复合光稳定剂。
进一步地,高分子材料为聚氨酯材料、氨基树脂材料、丙烯酸树脂材料和环氧树脂材料中的一种或多种;优选地,高分子材料为涂料、胶粘剂、发泡材料或弹性体。
进一步地,高分子材料为氨基丙烯酸树脂涂料、丙烯酸聚氨酯清漆或聚氨酯粉末涂料。
进一步地,高分子材料为氨基丙烯酸树脂涂料或丙烯酸聚氨酯清漆时,反应型复合光稳定剂中的反应型紫外线吸收剂为2-[4-[2-羟基-3-十三烷氧基丙基]氧基-2-羟基苯基]-4,6-双(2,4-二甲基苯基)-1,3,5-三嗪和2-[4-[2-羟基-3-十二烷氧基丙基]氧基]-2-羟基苯基]-4,6-双(2,4-二甲基苯基)-1,3,5-三嗪的混合物,反应型受阻胺光稳定剂为高分子材料为聚氨酯粉末涂料时,反应型复合光稳定剂中的反应型紫外线吸收剂为2-[2-羟基-4-[3-(2-乙基己氧基)-2-羟基丙氧基]苯基]-4,6-双(2,4-二甲基苯基)-1,3,5-三嗪,反应型受阻胺光稳定剂为2,4-二[N-丁基-(1-环己氧基-2,2,6,6-四甲基哌啶-4-基)氨]-6-(2-羟乙胺)-1,3,5-三嗪。
进一步地,反应型复合光稳定剂在高分子材料中的添加量为0.1~5wt%,更优选为1~2%。
相比与其他类型的反应型紫外线吸收剂诸如反应型苯并三氮唑类而言,反应型三嗪类紫外线吸收剂与反应型受阻胺光稳定剂组合具有更高的吸收率,复配效果更好,而且其挥发性更低、耐光降解的稳定性也更高。且由于同为反应型组分,能够在高分子材料中以化学链接的形式存在,因此具有更好的长效性。
附图说明
构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解,本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明,并不构成对本发明的不当限定。在附图中:
图1示出了本发明实施例A-1和对比例A-1中涂料固化后漆膜的照片,其中图1a为对比例A-1,图1b为实施例A-1;
图2示出了本发明实施例A-2、对比例A-2和对比例A-3中涂料固化后漆膜的照片,其中图2a为对比例A-2,图2b为对比例A-3,图2c为实施例A-2;
图3示出了实施例B-1和对比例B-1至B-3中的涂料的QUV老化测试过程中的色差变化曲线;
图4示出了实施例B-2至B-3和对比例B-4至B-7中的涂料的QUV老化测试过程中的色差变化曲线。
图5示出了实施例B-4、对比例B-8和对比例B-9中的涂料的QUV老化测试过程中的色差变化曲线。
具体实施方式
需要说明的是,在不冲突的情况下,本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将结合实施例来详细说明本发明。
本发明提供了一种反应型复合光稳定剂,其包括反应型紫外线吸收剂和反应型受阻胺光稳定剂,且所述反应型紫外线吸收剂为反应型三嗪类紫外线吸收剂。
本发明提供的反应型复合光稳定剂,其包括反应型紫外线吸收剂和反应型受阻胺光稳定剂,且反应型紫外线吸收剂为反应型三嗪类紫外线吸收剂。相比与其他类型的反应型紫外线吸收剂诸如反应型苯并三氮唑类而言,反应型三嗪类紫外线吸收剂与反应型受阻胺光稳定剂组合具有更高的吸收率,复配效果更好,而且其挥发性更低、耐光降解的稳定性也更高。且由于同为反应型组分,能够在高分子材料中以化学链接的形式存在,因此具有更好的长效性。
更优选地,反应型紫外线吸收剂选自2-[4-[2-羟基-3-十三烷氧基丙基]氧基-2-羟基苯基]-4,6-双(2,4-二甲基苯基)-1,3,5-三嗪和2-[4-[2-羟基-3-十二烷氧基丙基]氧基]-2-羟基苯基]-4,6-双(2,4-二甲基苯基)-1,3,5-三嗪的混合物(比如UV-400),和/或2-[2-羟基-4-[3-(2-乙基己氧基)-2-羟基丙氧基]苯基]-4,6-双(2,4-二甲基苯基)-1,3,5-三嗪(UV-405);反应型受阻胺光稳定剂选自(简称RLHA)和/或2,4-二[N-丁基-(1-环己氧基-2,2,6,6-四甲基哌啶-4-基)氨]-6-(2-羟乙胺)-1,3,5-三嗪中;优选地,反应型紫外线吸收剂和反应型受阻胺光稳定剂在20~30℃的室温下均为液态或者均为固态。
反应型紫外线吸收剂和反应型受阻胺光稳定剂在20~30℃的室温下均为液态或者均为固态。基于同样的形态,反应型紫外线吸收剂和反应型受阻胺光稳定剂之间能够形成更好的复配,在高分子材料中的相容性更佳,比如在一些极性较高的、酸性较高的、需大量添加光稳定剂的高分子材料中具有显著的相容性改善。且由于同为反应型组分,能够在高分子材料中以化学链接的形式存在,能够更显著降低因物理方式(挥发、迁移、溶出等)产生的光稳定剂损失,因此具有更好的长效性,能够对高分子材料进行长期有效的保护。
在一种优选的实施方式中,反应型紫外线吸收剂为2-[4-[2-羟基-3-十三烷氧基丙基]氧基-2-羟基苯基]-4,6-双(2,4-二甲基苯基)-1,3,5-三嗪和2-[4-[2-羟基-3-十二烷氧基丙基]氧基]-2-羟基苯基]-4,6-双(2,4-二甲基苯基)-1,3,5-三嗪的混合物(比如UV-400),且反应型受阻胺光稳定剂为(简称RLHA);或者,反应型紫外线吸收剂为2-[2-羟基-4-[3-(2-乙基己氧基)-2-羟基丙氧基]苯基]-4,6-双(2,4-二甲基苯基)-1,3,5-三嗪(UV-405),且反应型受阻胺光稳定剂为2,4-二[N-丁基-(1-环己氧基-2,2,6,6-四甲基哌啶-4-基)氨]-6-(2-羟乙胺)-1,3,5-三嗪(UV-152)。RLHA在室温下为液体形态,具有很高的操作便利性,且能与液体的紫外线吸收剂如UV-400形成更加均匀稳定的复合物。其结构保留了低碱性N-OR型的主体,在其另一端引入可参与反应的羟基基团。羟基基团能与高分子材料中的官能团,如聚氨酯材料的异氰酸基团、氨基树脂上的游离胺或醚键,以及环氧材料中的环氧基团发生化学交联,最终小分子的受阻胺光稳定剂被键合到基质高分子链上。利用RLHA的这些特性达到广泛相容性。搭配反应型的UV-400达到更优异的长期抗老化性能。UV-405和UV-152均为粉末形态的反应型试剂,也具有良好的复配效果,在高分子材料中具有良好的相容性,二者形成的复合光稳定剂同样能够发挥更好的长期抗老化性能。
更优选地,反应型紫外线吸收剂和反应型受阻胺光稳定剂之间的重量比为(0.1~10):1,优选为(1~5):1,更优选为2:1。将二者的重量比控制在上述范围内,除了具有更好的复配效果以外,应用于高分子材料之后能够发挥更显著的协同增效效果。
根据本发明的另一方面,还提供了一种上述反应型复合光稳定剂在高分子材料中的应用。该反应型复合光稳定剂包括反应型紫外线吸收剂和反应型受阻胺光稳定剂,且反应型紫外线吸收剂为反应型三嗪类紫外线吸收剂。相比与其他类型的反应型紫外线吸收剂诸如反应型苯并三氮唑类而言,反应型三嗪类紫外线吸收剂与反应型受阻胺光稳定剂组合具有更高的吸收率,复配效果更好,而且其挥发性更低、耐光降解的稳定性也更高。且由于同为反应型组分,能够在高分子材料中以化学链接的形式存在,因此具有更好的长效性。
此外,介于目前现有技术中还未有将作为高分子材料抗老化改性剂的实践,本发明还提供了/>作为反应型受阻胺光稳定剂在高分子材料中的应用。除了与前文所述反应型紫外线吸收剂联合应用于高分子材料中具有的有益效果以外,单独使用/>也能够在起到抗老化作用,在长效性等方面尽管不如本发明前文所述的反应型复合光稳定剂,但效果相比与现在常规使用的受阻胺光稳定剂,也具有明显改善。特别是该受阻胺光稳定剂还在相容性、涂料固化方面,比常规产品具有更优异的兼容性。
根据本发明的又一方面,还提供了一种光稳定改性高分子材料,包括高分子材料和光稳定剂,其中,光稳定剂为上述反应型复合光稳定剂。
在一种优选的实施方式中,高分子材料为聚氨酯材料、氨基树脂材料、丙烯酸树脂材料和环氧树脂材料中的一种或多种。以上类型的高分子材料中,大分子链上均携带了诸如异氰酸基团、氨基、醚键、环氧基团的官能团,反应型复合光稳定剂用于其中后一方面能够与这些材料之间形成更好的相容,另一方面也能够与这些基团发生交联反应从而以化学链接形式更好的固定在大分子链上,因此能够在高分子材料成品中更长久的保持,物理损失更低,功效更持久。
上述高分子材料的产品形式没有特殊限制,比如包括但不限于涂料、胶粘剂、发泡材料或弹性体等。弹性体优选为聚氨酯弹性体。
在一些极性较高的、酸性较高的、需大量添加光稳定剂的高分子材料中,本发明反应型复合光稳定剂的应用效果更显著,优选的,高分子材料为的氨基丙烯酸树脂涂料、丙烯酸聚氨酯清漆或聚氨酯粉末涂料。具体的涂料固含量可以是本领域惯常的固含量,比如20~100%,液体涂料固含量通常为20~70wt%,粉末涂料固含量为100%。尤其是对于高固含涂料,如固含量在45~70wt%,本发明的反应型复合光稳定剂仍旧具有较佳效果。
为了促使光稳定剂与高分子材料之间更好的相容,以便进一步提高材料抗老化性能,在一种优选的实施方式中,高分子材料为氨基丙烯酸树脂涂料或丙烯酸聚氨酯清漆时,反应型复合光稳定剂中的反应型紫外线吸收剂为2-[4-[2-羟基-3-十三烷氧基丙基]氧基-2-羟基苯基]-4,6-双(2,4-二甲基苯基)-1,3,5-三嗪和2-[4-[2-羟基-3-十二烷氧基丙基]氧基]-2-羟基苯基]-4,6-双(2,4-二甲基苯基)-1,3,5-三嗪的混合物(UV-400),反应型受阻胺光稳定剂为高分子材料为聚氨酯粉末涂料时,反应型复合光稳定剂中的反应型紫外线吸收剂为2-[2-羟基-4-[3-(2-乙基己氧基)-2-羟基丙氧基]苯基]-4,6-双(2,4-二甲基苯基)-1,3,5-三嗪(UV405),反应型受阻胺光稳定剂为2,4-二[N-丁基-(1-环己氧基-2,2,6,6-四甲基哌啶-4-基)氨]-6-(2-羟乙胺)-1,3,5-三嗪(UV-152)。
更优选地,反应型复合光稳定剂在高分子材料中的添加量为0.1~5wt%,进一步更优选为1~2%。
总之,本发明将具有相同形态的反应型紫外线吸收剂和反应型受阻胺光稳定剂配制成均匀稳定的复合光稳定剂,方便添加、简化使用过程。该反应型复合光稳定剂在满足常规高分子材料应用时,还能同时满足紫外线吸收剂和受阻胺光稳定剂与特殊高分子体系相容性,以及在高添加量时的相容性。具有目前最广泛的材料适用范围。该反应型复合光稳定剂相对于常规非反应型复合光稳定剂,或仅含单独一类反应型复合光稳定剂,在长期的抗老化效果方面更加优异。
以下结合具体实施例对本申请作进一步详细描述,这些实施例不能理解为限制本申请所要求保护的范围。
材料适用性验证试验
(1)反应型受阻胺光稳定剂以及和紫外线吸收剂的复配产品对高极性体系相容性改善效果
高固体份涂料体系趋于更高的极性,并且用强酸催化。这种涂料体系需要同时添加紫外线吸收剂和受阻胺光稳定剂,常规的受阻胺光稳定剂有室温下呈液态的UV-292和UV-123,以这两种受阻胺光稳定剂作为参照,对于本发明反应型受阻胺光稳定剂为(RLHA)在高固体份涂料体系中的相容性。
选取典型的单组份高固含涂料(组成配方见下表1,固含量为62wt%):
表1
物料名称 | 添加比例(重量份) |
Setalux 1795 | 25.3 |
Setal 168 | 3.2 |
Cymel 303 | 4.2 |
Cymel 1168 | 1 |
BYK 378 | 0.42 |
BYK 306 | 0.25 |
气相二氧化硅 | 0.5 |
颜料 | 24 |
甲基戊基酮 | 10 |
乙酸丁酯 | 16 |
100#溶剂油 | 15 |
Nacure 5225 | 0.13 |
Setalux 1795、Setal 168:羟基丙烯酸树脂,购于湛新树脂(中国)有限公司;Cymel 303、Cymel 1168:氨基树脂,购于长新树脂(广东)有限公司;
气相二氧化硅:购于赢创德固赛,AEROSIL R972;
BYK 378、BYK 306:有机硅流平剂,购于毕克助剂(上海)有限公司;
Nacure 5225:酸催化剂,购于美国King Industries Inc。
实施例A-1
在以上单组份高固含涂料中添加3wt%的RLHA,配制成测试涂料样品。
实施例A-2
在以上未加稳定剂的单组份高固含涂料中添加2wt%的RLHA和5wt%UV-400(注:UV-400有效含量为85%,其余部分为15%的丙二醇单甲醚溶剂,下同),配制成测试涂料样品。
对比例A-1
在以上未加稳定剂的单组份高固含涂料中添加1%的UV-123(非反应型,常温为液体)配制成测试涂料样品。
对比例A-2
在以上未加稳定剂的单组份高固含涂料中添加1wt%的UV-123和4.25%UV-1164(非反应型,常温为固体),配制成测试涂料样品。
对比例A-3
在以上未加稳定剂的单组份高固含涂料中添加1wt%的UV-152(购自巴斯夫,Tinuvin 152)和4.25%UV-1164(非反应型,常温为固体),配制成测试涂料样品。
检测过程:
将上述涂料喷涂在铁板上,流平10分钟后观察表面有无析出;
进入烘箱烘烤固化,固化条件为140℃烘烤30分钟,固化后膜厚为30微米。烘烤完成后,观察表面有无析出,用手指擦拭有无析出物。
实施例A-1和对比例A-1的测试结果如表2所示:
表2
光稳定剂在高固含涂料中的相容性问题是行业内比较突出的问题,图1中a和b分别为对比例A-1和实施例A-1中固化后漆膜的照片,从照片中也可以看出,对比例A-1的漆膜表面出现了一层油状的析出物(图中周围发白部分),中间区域是用手指擦拭后露出的原本颜色。实施例A-1中的漆膜体系均一无析出,表明本发明上述光稳定剂具有与涂料体系更好的相容性,经检测,对比例1的油状析出物为UV-123。
实施例A-2、对比例A-2和对比例A-3的测试结果如表3所示:
表3
图2中a、b和c分别为对比例A-2、对比例A-3和实施例A-2中固化后漆膜的照片,从照片中也可以看出,对比例A-2的漆膜表面出现了一层油状的析出物,且有一些明显的颗粒状析出物(图中周围发白部分及点状部分),经分析油状析出物为UV123,颗粒状析出物为UV-1164。实施例A-2中的漆膜体系均一无析出,表明本发明上述复配型光稳定剂具有与涂料体系更好的相容性。
(2)反应型光稳定剂以及和紫外线吸收剂的复配产品对涂料固化的改善:
测试同样基于上述表1所示的高固含涂料,该涂料在烘烤不足的条件下,碱性对涂料固化成膜的影响尤为明显。在略低于正常烘烤状态的条件下(130度烘烤20分钟),涂膜中树脂反应受到影响最终硬度也会有较大差异,甚至无法达到使用要求。以下实施例和对比例中分别考察不同光稳定剂对该涂料的固化性能的影响:
实施例A-3
在以上未加稳定剂的单组份高固含涂料中添加1wt%的RLHA,配制成测试涂料样品。
实施例A-4
在以上未加稳定剂的单组份高固含涂料中添加1wt%的RLHA和2wt%UV-400,配制成测试涂料样品。
对比例A-3
在以上未加稳定剂的单组份高固含涂料中添加1%的UV-292,配制成测试涂料样品。
对比例A-4
在以上未加稳定剂的单组份高固含涂料中添加1wt%的UV-292(非反应型)和2wt%UV-400,配制成测试涂料样品。
对比例A-5
未添加光稳定剂的上述单组份高固含涂料作为空白对比。
检测过程:
将上述涂料喷涂在铁板上,流平10分钟后进入烘箱烘烤固化。正常固化条件为140度烘烤30分钟,烘烤不足的条件为130度烘烤20分钟。固化后膜厚为30微米。
烘烤完成后,室温放置三天。然后测试固化后漆膜的硬度。K摆测试仪器为BYK摆杆硬度计,型号为5861。马氏硬度测试仪器为HM2000系列微纳米硬度计。
结果如表4所示:
表4
K摆硬度(s) | 马氏硬度(N/mm2) | |
对比例A-3 | 134 | 51.5 |
对比例A-4 | 132 | 50.2 |
对比例A-5 | 171 | 70.7 |
实施例A-3 | 168 | 70.4 |
实施例A-4 | 170 | 70.5 |
由表中硬度数据可知,采用本发明的反应型复配光稳定剂,在涂料烘烤不足的条件下对于其固化性能不会造成影响,硬度值与空白涂料相比基本没有变化。然而,对比例中的光稳定剂在涂料烘烤不足情况下对其固化性能产生了严重影响,造成漆膜硬度的显著下降。
总之,由以上相容性判断数据可知,常规复配产品在高固体份涂料中出现了很大的局限性:(1)常规HALS(UV-123)在案例中的高固涂料即便很低的添加量也会出现析出,无法成为复配;(2)常规HALS(UV-292)在案例中的高固涂料会影响固化,特别是实际中会出现的烘烤不足情况;(3)常规UVA(UV-1164)在极性高固涂料中,如添加量过高会出现析出。而本发明的反应型复配光稳定剂用在高固体份涂料中后,涂料的色差变化明显较低,能保证涂膜长期的抗老化性能。
长期耐候效果评估试验
(1)反应型复合光稳定剂在高固体份涂料中耐候提升
基于上述高固体份涂料体系,常规HALS无法达到有效相容。复配光稳定剂产品能满足使用,且在长期使用中有更好的抗老化效果。测试如下,添加不同类型光稳定剂得到如下四组测试涂料样品。
实施例B-1
在上述未加光稳定剂的高固含涂料中添加1wt%的UV-400和0.5%的RLHA,配制成测试涂料样品。
对比例B-1
在上述高固含涂料中添加1.5wt%的UV-400,配制成测试涂料样品。
对比例B-2
在上述高固含涂料中添加0.85wt%的UV-1164和0.5wt%的UV-292,配制成测试涂料样品。
对比例B-3
未添加光稳定剂的上述高固含涂料作为空白对比。
按以下方法喷涂制作涂料测试样板:喷涂膜厚至30微米,常温流平10分钟,置于140度烘箱烘烤30分钟。表面调整3天后开始QUV测试。
QUV测试条件如下:测试板放置于QUV紫外老化灯箱中(型号:Q-Lab QUV/Spray紫外荧光老化试验箱),测试标准参考ASTM G154-06 cylce 1。每隔一段时间取出测试板测量色差值。色差仪为:X-rite MA5分光测色仪。
测试结果见图3,其为实施例B-1和对比例B-1至B-3中的涂料的QUV老化测试过程中的色差变化曲线。由图中曲线可知,本发明所提供的UV-400与RLHA复配应用于高固含涂料,具有更好的抗老化性能,且长效性明显更佳。
(2)塑胶涂料中的抗迁移性
塑胶基材为达到美化效果和防护效果,表面可涂布一层涂料。在一些户外使用场合,涂料可能受光和热的影响而发生老化。受阻胺光稳定剂的添加能减缓这一过程。但许多塑胶基材本身的塑性较好,基材内提供一些“自由空间”可供小分子的受阻胺光稳定剂迁移。本测试选用塑性较好的典型材料TPO进行测试。
选择2K丙烯酸聚氨酯清漆作为加入对象,组分见表5:
表5
Setalux 1274BA-70 | 62.5 |
BYK 378 | 0.2 |
甲基戊基酮 | 16 |
正丁醇 | 1.8 |
丙酮 | 7 |
醋酸丁酯 | 12.45 |
DBTDL(5%溶液) | 0.05 |
以上为基于异氰酸酯固化的双组分(2K)丙烯酸聚氨酯清漆涂料体系:A组分配方见表5,B组分为Desmodur N3300(Covestro),按重量比计,A组分:B组分=100:20.45。
物料备注:
Desmodur N3300:以六亚甲基二异氰酸酯(HDI)为基料的脂肪族聚异氰酸酯,购于科思创聚合物(中国)有限公司;
Setalux 1274BA-70:羟基丙烯酸树脂,购于湛新树脂(中国)有限公司;
BYK 378:有机硅流平剂,购于毕克助剂(上海)有限公司;
DBTDL:二月桂酸二丁基锡,催化剂,购于天津希恩思生物科技有限公司。
实施例B-2
在上述未加光稳定剂的2K丙烯酸聚氨酯清漆中添加1wt%的UV-400和0.5%的RLHA,配制成测试涂料样品。
实施例B-3
在上述未添加光稳定剂的上述2K丙烯酸聚氨酯清漆中添加0.85wt%的UV-405和0.5wt%的UV-RLHA,配制成测试涂料样品。
对比例B-4
在上述未加光稳定剂的2K丙烯酸聚氨酯清漆中添加1wt%的UV-400和0.5%的UV-123,配制成测试涂料样品。
对比例B-5
在上述未加光稳定剂的2K丙烯酸聚氨酯清漆中添加0.85wt%的UV-1164和0.5wt%的RLHA,配制成测试涂料样品(注:UV-400有效含量为85%,因此固体非反应性紫外线吸收剂UV-1164按等有效重量添加)。
对比例B-6
在上述未加光稳定剂的2K丙烯酸聚氨酯清漆中添加0.85wt%的固体反应性UVA(简称RUV,结构见下式,来源参考专利CN112552250A)和0.5%的RLHA,配制成测试涂料样品。
对比例B-7
未添加光稳定剂的上述2K丙烯酸聚氨酯清漆作为空白对比。
按以下方法喷涂制作涂料测试样板:底材统一选用TPO(PP:SEBS=1:1),统一喷涂蓝色金属底色漆,常温流平10分钟;其次在蓝色金属底色漆上喷涂测试涂料样品,控制膜厚至30微米,常温流平10分钟,置于80度烘箱烘烤30分钟。表面调整7天后开始QUV测试。
QUV测试条件如下:测试板放置于QUV紫外老化灯箱中(型号:Q-Lab QUV/Spray紫外荧光老化试验箱),测试标准参考ASTM G154-06 cylce 1。每隔一段时间取出测试板测量色差值。色差仪为:X-rite MA5分光测色仪。
测试结果见图4,其为实施例B-2至B-3和对比例B-4至B-7中的涂料的QUV老化测试过程中的色差变化曲线。
其它固体反应型产品如RUV、UV-405必须先溶解才可以添加。这会造成两个负面结果:添加时不如同是液体的UV-400和RLHA复配添加方便;溶剂的引入增加了VOC排放,特别是对高固体系是不能接受的。
特别是,由图4中的曲线亦可明显看出本发明的UV-400与RLHA的复配使用,对于涂膜长期的抗老化性能有更显著的改善。
此外,由图4中的曲线还可看出,反应型三嗪复配(UV-400和RLHA)的效果好于反应型苯并三氮唑复配(RUV和RLHA)的效果,反应型固体HALS复配(UV-405和UV-RLHA)的效果长期抗老化效果要优于反应型苯并三氮唑复配(RUV和RLHA)的效果。反应型固体HALS复配(UV-405和UV-RLHA)的效果与液体反应型HALS复配(UV-400和RLHA)基本相当,但有上述的两个负面结果。
(3)粉末涂料中长效耐候性
粉末涂料完全不含挥发性有机物(VOC),具有非常优异的环保特性。因此,近年来对于粉末涂料的关注和使用越来越广泛。早期的粉末涂料一般用于相对中低端的应用场合,对于耐候性的关注,特别是长期耐候性关注较低。液体反应型复合光稳定剂在液体涂料中具有非常好的长效耐候表现,但是粉末涂料中能使用的助剂形态偏向于粉体而非液体。本发明中反应型紫外线吸收剂UV-405、反应型受阻胺光稳定剂UV-152组成粉体反应型复合光稳定剂,并成功应用在近年来逐步成熟的聚氨酯型粉末涂料中。对比常规非反应型紫外线吸收剂UV-1164、反应型受阻胺光稳定剂UV-622,进行长期光老化测试。
使用的聚氨酯粉末涂料配方见表6:
表6
物料名称 | 添加比例(重量百分比) |
CRYLCOAT 2839-0 | 39.4 |
ADDITOL P932 | 15.3 |
钛白粉 | 26.5 |
硫酸钡 | 11.1 |
流平剂GLP599 | 5 |
安息香 | 0.5 |
催化剂ST-70 | 0.2 |
抗氧剂 | 0.5 |
受阻胺光稳定剂 | 0.5 |
紫外线吸收剂 | 1 |
CRYLCOAT 2839-0:羟基聚酯树脂,购于湛新树脂(中国)有限公司。
ADDITOL P932:脂肪族异氰酸酯,购于湛新树脂(中国)有限公司。
钛白粉:杜邦R902。
安息香、流平剂:购于宁波南海化学有限公司。
催化剂:购于Estron Chemical公司,商品牌号Octaflow ST-70。
抗氧剂:Rianox B225,购于天津利安隆新材料股份有限公司。
UV-152:购自巴斯夫,Tinuvin 152。
实施例B-4
表6配方中的受阻胺光稳定剂为UV-152,紫外线吸收剂为UV-405。
对比例B-8
表6配方中的受阻胺光稳定剂为UV-622,紫外线吸收剂为UV-1164。
对比例B-9
表6配方中的受阻胺光稳定剂和紫外线吸收剂未添加,作为空白对比。
按以下方法喷涂制作涂料测试样板:将上述配方的粉末涂料喷涂膜厚至50微米,置于200度烘箱烘烤15分钟。表面调整3天后开始QUV测试。
QUV测试条件如下:测试板放置于QUV紫外老化灯箱中(型号:Q-Lab QUV/Spray紫外荧光老化试验箱),测试标准参考ASTM G154-06 cylce 1。每隔一段时间取出测试板测量色差值。色差仪为:X-rite MA5分光测色仪。
测试结果见图5,其为实施例B-4和对比例B-8至B-9中的涂料的QUV老化测试过程中的色差变化曲线。由图5中的曲线亦可明显看出本发明的UV-405和UV-152的复配使用,对于涂膜长期的抗老化性能有更显著的改善。
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,对于本领域的技术人员来说,本发明可以有各种更改和变化。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)
1.一种反应型复合光稳定剂,其特征在于,包括反应型紫外线吸收剂和反应型受阻胺光稳定剂,且所述反应型紫外线吸收剂为反应型三嗪类紫外线吸收剂。
2.根据权利要求1所述的反应型复合光稳定剂,其特征在于,所述反应型紫外线吸收剂选自2-[4-[2-羟基-3-十三烷氧基丙基]氧基-2-羟基苯基]-4,6-双(2,4-二甲基苯基)-1,3,5-三嗪和2-[4-[2-羟基-3-十二烷氧基丙基]氧基]-2-羟基苯基]-4,6-双(2,4-二甲基苯基)-1,3,5-三嗪的混合物,和/或2-[2-羟基-4-[3-(2-乙基己氧基)-2-羟基丙氧基]苯基]-4,6-双(2,4-二甲基苯基)-1,3,5-三嗪;所述反应型受阻胺光稳定剂选自和/或2,4-二[N-丁基-(1-环己氧基-2,2,6,6-四甲基哌啶-4-基)氨]-6-(2-羟乙胺)-1,3,5-三嗪中;优选地,所述反应型紫外线吸收剂和所述反应型受阻胺光稳定剂在20~30℃的室温下均为液态或者均为固态。
3.根据权利要求2所述的反应型复合光稳定剂,其特征在于,
所述反应型紫外线吸收剂为2-[4-[2-羟基-3-十三烷氧基丙基]氧基-2-羟基苯基]-4,6-双(2,4-二甲基苯基)-1,3,5-三嗪和2-[4-[2-羟基-3-十二烷氧基丙基]氧基]-2-羟基苯基]-4,6-双(2,4-二甲基苯基)-1,3,5-三嗪的混合物,且所述反应型受阻胺光稳定剂为或者,
所述反应型紫外线吸收剂为2-[2-羟基-4-[3-(2-乙基己氧基)-2-羟基丙氧基]苯基]-4,6-双(2,4-二甲基苯基)-1,3,5-三嗪,且所述反应型受阻胺光稳定剂为2,4-二[N-丁基-(1-环己氧基-2,2,6,6-四甲基哌啶-4-基)氨]-6-(2-羟乙胺)-1,3,5-三嗪;
优选地,所述反应型紫外线吸收剂和所述反应型受阻胺光稳定剂之间的重量比为(0.1~10):1,优选为(1~5):1。
4.一种权利要求1至3中任一项所述的反应型复合光稳定剂在高分子材料中的应用。
5.一种反应型受阻胺光稳定剂在高分子材料中的应用,其特征在于,所述反应型受阻胺光稳定剂为优选地,所述高分子材料为涂料。
6.一种光稳定改性高分子材料,包括高分子材料和光稳定剂,其特征在于,所述光稳定剂为权利要求1至3中任一项所述的反应型复合光稳定剂。
7.根据权利要求5所述的光稳定改性高分子材料,其特征在于,所述高分子材料为聚氨酯材料、氨基树脂材料、丙烯酸树脂材料和环氧树脂材料中的一种或多种;优选地,所述高分子材料为涂料、胶粘剂、发泡材料或弹性体。
8.根据权利要求5所述的光稳定改性高分子材料,其特征在于,所述高分子材料为氨基丙烯酸树脂涂料、丙烯酸聚氨酯清漆或聚氨酯粉末涂料。
9.根据权利要求8所述的光稳定改性高分子材料,其特征在于,
所述高分子材料为所述氨基丙烯酸树脂涂料或所述丙烯酸聚氨酯清漆时,所述反应型复合光稳定剂中的反应型紫外线吸收剂为2-[4-[2-羟基-3-十三烷氧基丙基]氧基-2-羟基苯基]-4,6-双(2,4-二甲基苯基)-1,3,5-三嗪和2-[4-[2-羟基-3-十二烷氧基丙基]氧基]-2-羟基苯基]-4,6-双(2,4-二甲基苯基)-1,3,5-三嗪的混合物,反应型受阻胺光稳定剂为
所述高分子材料为所述聚氨酯粉末涂料时,所述反应型复合光稳定剂中的反应型紫外线吸收剂为2-[2-羟基-4-[3-(2-乙基己氧基)-2-羟基丙氧基]苯基]-4,6-双(2,4-二甲基苯基)-1,3,5-三嗪,反应型受阻胺光稳定剂为2,4-二[N-丁基-(1-环己氧基-2,2,6,6-四甲基哌啶-4-基)氨]-6-(2-羟乙胺)-1,3,5-三嗪。
10.根据权利要求5至9中任一项所述的光稳定改性高分子材料,其特征在于,所述反应型复合光稳定剂在所述高分子材料中的添加量为0.1~5wt%,更优选为1~2%。
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