CN116970319B - 一种环保型水性uv速干涂料及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本申请涉及水性涂料技术领域，具体公开了一种环保型水性UV速干涂料及其制备方法。所述环保型水性UV速干涂料包括如下重量份数的组分：环氧改性丙烯酸树脂40‑60份、聚酯改性硅丙树脂80‑100份、松香马林酸甘油酯5‑10份、稀释剂35‑45份、乳化剂5‑10份、光引发剂5‑10份、滑石粉10‑30份、消泡剂0.01‑0.1份、流平剂0.01‑0.1份。制备步骤为：将环氧改性丙烯酸树脂、聚酯改性硅丙树脂、松香马林酸甘油酯混合并分散均匀，得到混合物a；将稀释剂、消泡剂、滑石粉、乳化剂加入到混合物a中，继续分散均匀，得到混合物b；将光引发剂加入至混合物b中，继续分散均匀，得到环保型水性UV速干涂料。本申请制备的UV速干涂料具有优异的附着力、硬度和耐磨性。
Description
技术领域
本申请涉及水性涂料技术领域，更具体地说，它涉及一种环保型水性UV速干涂料及其制备方法。
背景技术
UV涂料是紫外光固化涂料的简称，也称光引发涂料，光固化涂料，涂覆到家具板面上，在紫外光的照射下促使光引发剂分解，产生自由基，引发树脂反应，瞬间固化成膜，是当前相对来说较为环保的涂料。
UV固化涂料具有固化速度快、100％固含、节能环保、漆膜性能好等特点，应用范围从木器家具、木地板、印刷逐渐扩展到塑胶、金属、电子信息等领域。
当然，传统UV涂料存在的问题也是不容忽视的：UV固化涂料使用大量活性单体作为稀释剂降低黏度，大部分活性单体对人体产生刺激，威胁涂装施工人员的健康；易燃，有安全隐患；造成涂膜体积收缩率大，影响在基材的附着；单体气味大。
UV涂料在塑胶领域的产量在近年来增长较快，主要是3C产品(计算机、通信和消费类电子产品)、电动车部件(挡风板、外壳)和汽车部件(如汽车车灯反光罩、灯罩、车内各种塑料件、保险杆、轮毂等)的涂装应用。涂料在塑胶制品上应用时容易出现附着力不佳和耐磨性差的问题。
发明内容
为了克服上述问题，本申请提供一种环保型水性UV速干涂料及其制备方法，通过采用环氧改性丙烯酸树脂与聚酯改性硅丙树脂作为成膜主体，并搭配松香马林酸甘油酯使用，得到的UV涂料具有高附着力和高耐磨性的优点。
第一方面，本申请提供一种环保型水性UV速干涂料，采用如下的技术方案：
一种环保型水性UV速干涂料，包括如下重量份数的组分：环氧改性丙烯酸树脂40-60份、聚酯改性硅丙树脂80-100份、松香马林酸甘油酯5-10份、稀释剂35-45份、乳化剂5-10份、光引发剂5-10份、滑石粉10-30份、消泡剂0.01-0.1份、流平剂0.01-0.1份。
通过采用上述技术方案，对丙烯酸树脂进行改性，得到环氧改性丙烯酸树脂，并与聚酯改性硅丙树脂一起使用，能够提高丙烯酸树脂的附着力、耐磨性、耐热性和硬度等性能。
本申请所用松香马林酸甘油酯由脂松香与马林酸酐加成，再由甘油酯化后得到。优选的，采用RC130。
松香是一种具有三环菲骨架结构的天然树脂，它具有许多优良的特性和深加工潜力，将其应用于UV涂料中，能够改善UV涂料在一些膜基材上附着力差的问题。对松香进行改性，得到松香马林酸甘油酯，其与丙烯酸树脂的相容性较好，不会影响涂料成膜后的机械性能。
优选的，所述稀释剂为由己二醇二丙烯酸酯与三羟甲基丙烷三丙烯酸酯组成的混合物。
优选的，所述己二醇二丙烯酸酯与三羟甲基丙烷三丙烯酸酯的重量比为1:(0.5-0.9)。
优选的，所述己二醇二丙烯酸酯与三羟甲基丙烷三丙烯酸酯的重量比为1:0.7。
通过采用上述技术方案，环氧丙烯酸酯本身具有黏度大、柔韧性差的缺点，通常需要加入小分子活性稀释剂来改善这种问题，但是活性稀释剂加入过多会影响成膜性能，且气味大、不环保，而加入量过少又无法完全解决环氧丙烯酸酯黏度大、柔韧性差的问题。本申请选用两种稀释剂进行复配，能够较好的改善上述缺陷，其中己二醇二丙烯酸酯为双官能团活性稀释剂，具有较强的稀释能力和优异的附着能力；三羟甲基丙烷三丙烯酸酯为三官能团活性稀释剂，其含有的丙氧基赋予其较佳的柔韧性，按照(1.5-2):1的用量比，将两种活性稀释剂进行复配使用，可以在低使用量的情况下，不影响涂料成膜性能，同时具有气味小、环保的优点。
优选的，所述乳化剂为由辛基酚聚氧乙烯醚与醇酸树脂磺酸钠组成的混合物。所述醇酸树脂由妥尔油脂肪酸、新戊二醇、三羟甲基丙烷、领苯二甲酸酐、间苯二甲酸-5-磺酸钠作为原料制备得到，制备方法为：先将新戊二醇与间苯二甲酸-5磺酸钠反应制得聚酯中间体；再将聚酯中间体与邻苯二甲酸酐、三羟甲基丙烷、妥尔油脂肪酸反应，制得醇酸树脂磺酸钠，其酸值为8mgKOH·g-1。
优选的，所述辛基酚聚氧乙烯醚与醇酸树脂磺酸钠的重量比为1:(1-1.5)。
优选的，所述辛基酚聚氧乙烯醚与醇酸树脂磺酸钠的重量比为1:1.2。
通过采用上述技术方案，为提高UV涂料稳定性，需要加入大量乳化剂，使用过多的低分子乳化剂则会降低乳液的内聚力，影响涂料的附着力；而加入过多的高分子乳化剂，由于其分子量较大，乳化能力又相对较弱，容易导致各组分发生团聚现象，影响UV涂料的稳定性，降低成膜性能。本申请通过采用阴离子表面活性剂与非离子高分子表面活性剂进行复配使用，其乳化效果较好，相比单一表面活性剂或其他复配表面活性剂，能够显著提高UV涂料稳定性，分散效果好，对UV涂料成膜后的附着力提升明显。
优选的，所述光引发剂选自2-羟基-2-甲基苯基丙烷-1-酮、二苯甲酮和1-羟基环己基苯基甲酮中的一种或两种及以上组合。
通过采用上述技术方案，2-羟基-2-甲基苯基丙烷-1-酮是一种新型高效光敏光引发剂，其引发效率高、溶解性好、低气味、耐黄变；二苯甲酮，二苯甲酮和α-羟基酮均为高效光引发剂且稳定性好，能够使得UV涂料快速干燥成膜。
优选的，所述滑石粉的平均粒径为1200目。
优选的，所述消泡剂选自消泡剂BYK0405、消泡剂TEGO-920中的一种。
通过采用上述技术方案，UV涂料在生产和使用过程中易产生大量气泡，大量稳定的气泡不利于涂料生产的顺利进行和涂料涂装时的涂膜效果和性能，通过加入上述消泡剂，具有较好的消泡作用，使得漆膜具有良好的成膜性。
第二方面，本申请提供一种环保型水性UV速干涂料的制备方法，采用如下的技术方案：
一种环保型水性UV速干涂料的制备方法，包括如下制备步骤：
将环氧改性丙烯酸树脂、聚酯改性硅丙树脂、松香马林酸甘油酯混合并分散均匀，得到混合物a；
将稀释剂、消泡剂、滑石粉、乳化剂、流平剂加入到混合物a中，继续分散均匀，得到混合物b；
将光引发剂加入至混合物b中，继续分散均匀，得到环保型水性UV速干涂料。
通过采用上述技术方案，上述制备方法制得的UV速干涂料分散性好，储存稳定性较高，且成膜后的附着力、硬度及耐磨性能优异。此外，本申请提供的制备方法不涉及加热、加压等条件，操作简单，适合规模化生产使用。
综上所述，本申请具有以下有益效果：
(1)本申请采用环氧改性丙烯酸树脂与聚酯改性硅丙树脂作为成膜主体，并搭配松香马林酸甘油酯使用，得到的UV涂料具有高附着力和高耐磨性的优点；
(2)本申请采用己二醇二丙烯酸酯、三羟甲基丙烷三丙烯酸酯两种稀释剂进行复配，能够较好的改善活性稀释剂加入量大易影响成膜性能、加入量少无法解决涂料黏度大、柔韧性差的问题；两种活性稀释剂按照(1.5-2):1的用量比进行复配，可以在低使用量的情况下，不影响涂料成膜性能，同时具有气味小、环保的优点；
(3)本申请采用辛基酚聚氧乙烯醚、醇酸树脂磺酸钠两种表面活性剂进行复配，能够较好的改善低分子乳化剂加入量大易降低成膜后附着力、高分子乳化剂加入量大易导致涂料分散性能差而易发生团聚现象的问题；本申请将两种表面活性剂按照重量比1:(1-1.5)进行复配使用，分散效果和提升成膜后附着力的能力要显著优于单一表面活性或其他复配表面活性剂。
具体实施方式
下面结合实施例对本申请作进一步详细说明。
本申请各实施例、对比例中所用环氧改性丙烯酸树脂购自清远市柯林达新材料有限公司，型号TP48、聚酯改性硅丙树脂购自清远市柯林达新材料有限公司，型号TP1602、松香马林酸甘油酯购自广东威斯达新材料有限公司，型号RC130、辛基酚聚氧乙烯醚采用OP-4，其他原料均为普通市售购得。
实施例
实施例1
一种环保型水性UV速干涂料，通过如下步骤制备获得：
将40kg环氧改性丙烯酸树脂、80kg聚酯改性硅丙树脂、5kg松香马林酸甘油酯进行混合，于800r/min下分散20min，得到混合物a；
将35kg稀释剂、0.01kg消泡剂、10kg平均粒径为1200目的滑石粉、5kg乳化剂、0.01kg流平剂加入到混合物a中，于1000r/min下分散30min，得到混合物b；
将5kg光引发剂加入至混合物b中，于1000r/min下，分散30min，得到环保型水性UV速干涂料。
本实施例中，稀释剂采用己二醇二丙烯酸酯，乳化剂采用辛基酚聚氧乙烯醚，消泡剂采用消泡剂BYK0450，光引发剂采用2-羟基-2-甲基苯基丙烷-1-酮，流平剂采用流平剂BYK333。
实施例2
一种环保型水性UV速干涂料，通过如下步骤制备获得：
将50kg环氧改性丙烯酸树脂、90kg聚酯改性硅丙树脂、7kg松香马林酸甘油酯进行混合，于800r/min下分散25min，得到混合物a；
将40kg稀释剂、0.05kg消泡剂、20kg平均粒径为1200目的滑石粉、8kg乳化剂、0.05kg流平剂加入到混合物a中，于1000r/min下分散35min，得到混合物b；
将7kg光引发剂加入至混合物b中，于1000r/min下，分散35min，得到环保型水性UV速干涂料。
本实施例中，稀释剂采用己二醇二丙烯酸酯，乳化剂采用辛基酚聚氧乙烯醚，消泡剂采用消泡剂BYK0450，光引发剂采用2-羟基-2-甲基苯基丙烷-1-酮，流平剂采用流平剂BYK333。
实施例3
一种环保型水性UV速干涂料，通过如下步骤制备获得：
将60kg环氧改性丙烯酸树脂、100kg聚酯改性硅丙树脂、10kg松香马林酸甘油酯进行混合，于800r/min下分散30min，得到混合物a；
将45kg稀释剂、0.1kg消泡剂、30kg平均粒径为1200目的滑石粉、10kg乳化剂、0.1kg流平剂加入到混合物a中，于1000r/min下分散40min，得到混合物b；
将10kg光引发剂加入至混合物b中，于1000r/min下，分散40min，得到环保型水性UV速干涂料。
本实施例中，稀释剂采用三羟甲基丙烷三丙烯酸酯，乳化剂采用醇酸树脂磺酸钠，消泡剂采用消泡剂BYK0450，光引发剂采用2-羟基-2-甲基苯基丙烷-1-酮，流平剂采用流平剂BYK333。
实施例4
一种环保型水性UV速干涂料，通过如下步骤制备获得：
将40kg环氧改性丙烯酸树脂、80kg聚酯改性硅丙树脂、5kg松香马林酸甘油酯进行混合，于800r/min下分散20min，得到混合物a；
将28kg稀释剂、0.01kg消泡剂、10kg平均粒径为1200目的滑石粉、5kg乳化剂、0.01kg流平剂加入到混合物a中，于1000r/min下分散30min，得到混合物b；
将5kg光引发剂加入至混合物b中，于1000r/min下，分散30min，得到环保型水性UV速干涂料。
本实施例中，稀释剂由己二醇二丙烯酸酯与三羟甲基丙烷三丙烯酸酯按照重量比1:0.5组成，乳化剂采用辛基酚聚氧乙烯醚，消泡剂采用消泡剂BYK0450，光引发剂采用2-羟基-2-甲基苯基丙烷-1-酮，流平剂采用流平剂BYK333。
实施例5
一种环保型水性UV速干涂料，通过如下步骤制备获得：
将40kg环氧改性丙烯酸树脂、80kg聚酯改性硅丙树脂、5kg松香马林酸甘油酯进行混合，于800r/min下分散20min，得到混合物a；
将28kg稀释剂、0.01kg消泡剂、10kg平均粒径为1200目的滑石粉、5kg乳化剂、0.01kg流平剂加入到混合物a中，于1000r/min下分散30min，得到混合物b；
将5kg光引发剂加入至混合物b中，于1000r/min下，分散30min，得到环保型水性UV速干涂料。
本实施例中，稀释剂由己二醇二丙烯酸酯与三羟甲基丙烷三丙烯酸酯按照重量比1:0.7组成，乳化剂采用辛基酚聚氧乙烯醚，消泡剂采用消泡剂BYK0450，光引发剂采用2-羟基-2-甲基苯基丙烷-1-酮，流平剂采用流平剂BYK333。
实施例6
一种环保型水性UV速干涂料，通过如下步骤制备获得：
将40kg环氧改性丙烯酸树脂、80kg聚酯改性硅丙树脂、5kg松香马林酸甘油酯进行混合，于800r/min下分散20min，得到混合物a；
将28kg稀释剂、0.01kg消泡剂、10kg平均粒径为1200目的滑石粉、5kg乳化剂、0.01kg流平剂加入到混合物a中，于1000r/min下分散30min，得到混合物b；
将5kg光引发剂加入至混合物b中，于1000r/min下，分散30min，得到环保型水性UV速干涂料。
本实施例中，稀释剂由己二醇二丙烯酸酯与三羟甲基丙烷三丙烯酸酯按照重量比1:0.9组成，乳化剂采用辛基酚聚氧乙烯醚，消泡剂采用消泡剂BYK0450，光引发剂采用2-羟基-2-甲基苯基丙烷-1-酮，流平剂采用流平剂BYK333。
实施例7
一种环保型水性UV速干涂料，通过如下步骤制备获得：
将40kg环氧改性丙烯酸树脂、80kg聚酯改性硅丙树脂、5kg松香马林酸甘油酯进行混合，于800r/min下分散20min，得到混合物a；
将28kg稀释剂、0.01kg消泡剂、10kg平均粒径为1200目的滑石粉、3kg乳化剂、0.01kg流平剂加入到混合物a中，于1000r/min下分散30min，得到混合物b；
将5kg光引发剂加入至混合物b中，于1000r/min下，分散30min，得到环保型水性UV速干涂料。
本实施例中，稀释剂由己二醇二丙烯酸酯与三羟甲基丙烷三丙烯酸酯按照重量比1:0.7组成，乳化剂由辛基酚聚氧乙烯醚与醇酸树脂磺酸钠按照重量比1:1组成，消泡剂采用消泡剂BYK0450，光引发剂采用2-羟基-2-甲基苯基丙烷-1-酮，流平剂采用流平剂BYK333。
实施例8
一种环保型水性UV速干涂料，通过如下步骤制备获得：
将40kg环氧改性丙烯酸树脂、80kg聚酯改性硅丙树脂、5kg松香马林酸甘油酯进行混合，于800r/min下分散20min，得到混合物a；
将28kg稀释剂、0.01kg消泡剂、10kg平均粒径为1200目的滑石粉、3kg乳化剂、0.01kg流平剂加入到混合物a中，于1000r/min下分散30min，得到混合物b；
将5kg光引发剂加入至混合物b中，于1000r/min下，分散30min，得到环保型水性UV速干涂料。
本实施例中，稀释剂由己二醇二丙烯酸酯与三羟甲基丙烷三丙烯酸酯按照重量比1:0.7组成，乳化剂由辛基酚聚氧乙烯醚与醇酸树脂磺酸钠按照重量比1:1.2组成，消泡剂采用消泡剂BYK0450，光引发剂采用2-羟基-2-甲基苯基丙烷-1-酮，流平剂采用流平剂BYK333。
实施例9
一种环保型水性UV速干涂料，通过如下步骤制备获得：
将40kg环氧改性丙烯酸树脂、80kg聚酯改性硅丙树脂、5kg松香马林酸甘油酯进行混合，于800r/min下分散20min，得到混合物a；
将28kg稀释剂、0.01kg消泡剂、10kg平均粒径为1200目的滑石粉、3kg乳化剂、0.01kg流平剂加入到混合物a中，于1000r/min下分散30min，得到混合物b；
将5kg光引发剂加入至混合物b中，于1000r/min下，分散30min，得到环保型水性UV速干涂料。
本实施例中，稀释剂由己二醇二丙烯酸酯与三羟甲基丙烷三丙烯酸酯按照重量比1:0.7组成，乳化剂由辛基酚聚氧乙烯醚与醇酸树脂磺酸钠按照重量比1:1.5组成，消泡剂采用消泡剂BYK0450，光引发剂采用2-羟基-2-甲基苯基丙烷-1-酮，流平剂采用流平剂BYK333。
将实施例1、实施例4-9中稀释剂用量、稀释剂组成、乳化剂用量、乳化剂组成记录至下表1中。
表1实施例1、实施例4-9中稀释剂用量及组成、乳化剂用量及组成
其中，HDDA：己二醇二丙烯酸酯；TMPTA：三羟甲基丙烷三丙烯酸酯；OP-4：辛基酚聚氧乙烯醚；ARS：醇酸树脂磺酸钠。
根据表1记录数据可以看出，实施例1、实施例4-6的区别在于，稀释剂用量与组成不同。实施例5、实施例7-9的区别在于，乳化剂用量与组成不同。
对比例
对比例1
一种UV速干涂料，与实施例1的不同之处在于，采用松香替代松香马林酸甘油酯。
对比例2
一种UV速干涂料，与实施例1的不同之处在于，未加入松香马林酸甘油酯。
对比例3
一种UV速干涂料，与实施例1的不同之处在于，稀释剂的用量调整至28kg，稀释剂采用己二醇二丙烯酸酯。
对比例4
一种UV速干涂料，与实施例1的不同之处在于，乳化剂的用量调整至3kg，乳化剂采用辛基酚聚氧乙烯醚。
性能检测试验
将上述各实施例、对比例制得的UV速干涂料进行性能检测，测试结果计入下表2中，具体的测试方法和标准如下：
硬度：GB/T 6739-2006《色漆和清漆铅笔法测定漆膜硬度》；
耐磨性：GB/T 1768-2006《色漆和清漆耐磨性的测定旋转橡胶砂轮法》；
储存稳定性：将500mL的试样装入玻璃瓶中，预留10％空间，密封后放入50±2℃恒温干燥箱中，15天后取出并于23±2℃下放置3h，打开容器进行搅拌，无如硬块则认为“无异常”。
柔韧性：GB/T 1731-2020《漆膜、腻子膜柔韧性测定法》；
附着力：GB/T 1720百格法，基材为ABS/PC，0B为完全脱落，5B为最好。
表2性能测试结果
将实施例1、对比例1-2测试结果进行比较可以看出，改性松香脂，即松香马林酸甘油酯的加入，能够显著改善UV涂料成膜后的硬度、耐磨性、柔韧性和附着力等机械性能。
将实施例1、实施例4-6、对比例3测试结果进行比较可以看出，稀释剂由己二醇二丙烯酸酯与三羟甲基丙烷三丙烯酸酯进行混合组成，且按照1:(0.5-0.9)进行复配，在减少稀释剂用量的情况下，依然能够得到各机械性能较好的UV涂料，且优于使用单一、高用量稀释剂的UV涂料；当己二醇二丙烯酸酯与三羟甲基丙烷三丙烯酸酯的比例为1:0.7时，得到UV涂料性能最好，即实施例5为相对最优实施例。
将实施例5、实施例7-9、对比例4测试结果进行比较可以看出，乳化剂由辛基酚聚氧乙烯醚与醇酸树脂磺酸钠进行混合组成，且按照1:(1-1.5)进行复配，在减少乳化剂用量的情况下，依然能够得到储存稳定性良好的的UV涂料，且优于使用单一、高用量乳化剂的UV涂料；当辛基酚聚氧乙烯醚与醇酸树脂磺酸钠的比例为1:1.2时，得到UV涂料储存稳定性最好，即实施例8为最优实施例。
以上所述仅是本申请的优选实施方式，本申请的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡属于本申请思路下的技术方案均属于本申请的保护范围。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请原理前提下的若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本申请的保护范围。
Claims (4)
1.一种环保型水性UV速干涂料，其特征在于，包括如下重量份数的组分：
环氧改性丙烯酸树脂40-60份、聚酯改性硅丙树脂80-100份、松香马林酸甘油酯5-10份、稀释剂35-45份、乳化剂5-10份、光引发剂5-10份、滑石粉10-30份、消泡剂0.01-0.1份、流平剂0.01-0.1份；
所述松香马林酸甘油酯的牌号为RC130；
所述稀释剂为由己二醇二丙烯酸酯与三羟甲基丙烷三丙烯酸酯组成的混合物；
所述己二醇二丙烯酸酯与三羟甲基丙烷三丙烯酸酯的重量比为1:0.7；
所述乳化剂为由辛基酚聚氧乙烯醚与醇酸树脂磺酸钠组成的混合物；
所述辛基酚聚氧乙烯醚与醇酸树脂磺酸钠的重量比为1:1.2；
所述醇酸树脂磺酸钠由妥尔油脂肪酸、新戊二醇、三羟甲基丙烷、邻苯二甲酸酐、间苯二甲酸-5-磺酸钠作为原料制备得到，制备方法为：先将新戊二醇与间苯二甲酸-5-磺酸钠反应制得聚酯中间体；再将聚酯中间体与邻苯二甲酸酐、三羟甲基丙烷、妥尔油脂肪酸反应，制得醇酸树脂磺酸钠，其酸值为8mgKOH·g-1。
2.根据权利要求1所述的环保型水性UV速干涂料，其特征在于，所述光引发剂选自2-羟基-2-甲基苯基丙烷-1-酮、二苯甲酮和1-羟基环己基苯基甲酮中的一种或两种及以上组合。
3.根据权利要求1所述的环保型水性UV速干涂料，其特征在于，所述消泡剂选自消泡剂BYK0405、消泡剂TEGO-920中的一种。
4.权利要求1-3任一所述的环保型水性UV速干涂料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
将环氧改性丙烯酸树脂、聚酯改性硅丙树脂、松香马林酸甘油酯混合并分散均匀，得到混合物a；
将稀释剂、消泡剂、滑石粉、乳化剂、流平剂加入到混合物a中，继续分散均匀，得到混合物b；
将光引发剂加入至混合物b中，继续分散均匀，得到环保型水性UV速干涂料。
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