CN117143525A - 一种耐候型的水性led光固化面漆涂料及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本申请涉及涂料领域，具体公开了一种一种耐候型的水性LED光固化面漆涂料及其制备方法。该面漆涂料按照重量份数计包括以下原料：LED固化树脂70‑90份、UV单体8‑20份、受阻胺光稳定剂0.5‑3份、光引发剂5‑10份、水性复合乳液6‑12份、陶瓷微珠2‑6份、石英粉2‑6份、助剂2‑10份、水溶性溶剂12‑25份；其中水性复合乳液是由苯丙乳液和硅丙乳液组成。这种LED光固化面漆涂料，在紫外灯下能够迅速固化，且表现出优良的光稳定性和耐候性，应用前景广泛。

Description

一种耐候型的水性LED光固化面漆涂料及其制备方法

技术领域

本申请涉及涂料领域，更具体地说，它涉及一种耐候型的水性LED光固化面漆涂料及其制备方法。

背景技术

光固化涂料又称光敏涂料，是以紫外光为涂料固化能源，又称紫外光固化涂料。这种涂料在使用时不需加热，可在纸张、塑料、皮革和木材等易燃底材上迅速固化成膜。

目前，市面上的光固化涂料，主要由光敏树脂、光敏剂(光引发剂)和稀释剂组成。同时加入一些添加剂，如热稳定剂；制备色漆时加入颜料和填料。光敏树脂一般是带有不饱和键的低分子量树脂，如不饱和聚酯、丙烯酸系低聚物；光敏剂为易吸收紫外光产生活性自由基的化合物，如二苯甲酮、安息香烷基醚类。固化的原理是利用紫外光的能量引发涂料中的低分子预聚体或齐聚体及作为活性稀释剂的单体分子之间的聚合及交联反应，得到硬化漆膜，实质上是通过形成化学键实现化学干燥。

这类光固化涂料优点是固化时间短(几分之一秒到几分钟)、固化温度低、挥发分低，为省能源、省资源、无公害、高效率的涂料新品种。然而，现有的光固化涂料在长期使用过程过程中，容易被光氧化降解，光稳定性不佳；且，容易受到环境温度、空气湿度等影响，耐候性不佳。

发明内容

为了提高现有的光固化涂料的稳定性和耐候性，本申请提供一种耐候型的水性LED光固化面漆涂料及其制备方法。

本申请采用如下的技术方案：

一种耐候型的水性LED光固化面漆涂料，该面漆涂料按照重量份数计包括以下原料：LED固化树脂70-90份、UV单体8-20份、受阻胺光稳定剂0.5-3份、光引发剂5-10份、水性复合乳液6-12份、陶瓷微珠2-6份、石英粉2-6份、助剂2-10份、水溶性溶剂12-25份；水性复合乳液是由苯丙乳液和硅丙乳液组成；

LED固化树脂与UV单体的质量比为7-9:1，

LED固化树脂与UV单体的总质量为M，受阻胺光稳定剂的质量满足：M*(0.01-0.15)，光引发剂的质量满足：M*(0.07-0.09)。

进一步地，上述受阻胺光稳定剂为复合型受阻胺光稳定剂，复合型受阻胺光稳定剂中含有苯并噻唑或苯并恶唑基团。

进一步地，上述复合型受阻胺光稳定剂为苯并恶唑-受阻胺光稳定剂，其结构如式I所示：

进一步地，上述苯丙乳液与硅丙乳液的质量比为1:1-2。

进一步地，上述光引发剂为自由基型光引发剂。

进一步地，上述自由基型光引发剂为质量比为2-4:1的α-羟基酮衍生物和酰基膦氧化物混合而成。

进一步地，上述助剂按照重量份数计包括：

PH调节剂0.2-0.5份、湿润剂0.5-2份、消泡剂0.3-1份、流平剂0.5-2份、杀菌剂0.1-1份、增稠剂0.5-3份。

进一步地，上述增稠剂是由丙烯酸酯和甲基丙烯酸酯共聚而成的交联型高分子乳液增稠剂。

第二方面，本申请提供一种上述耐候型的水性LED光固化面漆涂料的制备方法，其包括：

按重量份数，将陶瓷微珠、石英粉混合研磨，得到第一物料，第一物料的粒度为20-30μm；将苯丙乳液与硅丙乳液分散在部分水溶性溶剂中，得到第二物料；

将LED固化树脂、UV单体、受阻胺光稳定剂分散在部分水溶性溶剂中，得到第三物料；将第一物料、第二物料、第三物料、助剂以及剩余的水溶性溶剂混合，最后加入光引发剂，搅拌混合。

综上所述，本申请具有以下有益效果：

1、本申请中提供的耐候型的水性LED光固化面漆涂料，通过将LED固化树脂、UV单体与受阻胺光稳定剂混合使用，由于受阻胺光稳定剂能够通过捕获自由基、分解过氧化物并传递激发态分子的能量，故能够有效抑制光氧化降解反应；同时在与LED固化树脂和UV单体协同使用的过程中，也能够协同性的提高水性LED光固化面漆涂料的光稳定作用。当LED固化树脂与UV单体的质量比为7-9:1、受阻胺光稳定剂的质量满足：M*(0.01-0.15)，光稳定作用更好。

2、本申请中提供的耐候型的水性LED光固化面漆涂料，其中含有水性复合乳液，该水性复合乳液是由苯丙乳液和硅丙乳液组成。其中，苯丙乳液的玻璃化温度值较低，而硅丙乳液的玻璃化温度值较高；且两者都具有较好的附着力，两者配合使用后，能够极大的提高该面漆涂料的耐候性能。

3、本申请中提供的耐候型的水性LED光固化面漆涂料，其中还含有陶瓷微珠和石英粉，二者的硬度高，加入到面漆涂料中与其他组分复配使用，能够进一步赋予面漆涂料成膜后的耐磨性能。且，由于陶瓷微珠的堆积紧密性大，有助于降低面漆成膜后的渗透性，有助于进一步提升面漆涂料的耐候性能。

附图说明

图1是本申请实施方式制备例中苯并恶唑-受阻胺光稳定剂的合成反应式。

具体实施方式

下面将结合实施例对本发明的实施方案进行详细描述，但是本领域技术人员将会理解，下列实施例仅用于说明本发明，而不应视为限制本发明的范围，实施例中未注明的具体条件，按照常规条件或者制造商建议的条件进行，所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市售购买获得的常规产品。

本发明的技术方案为：

一种耐候型的水性LED光固化面漆涂料，该面漆涂料按照重量份数计包括以下原料：LED固化树脂70-90份、UV单体8-20份、受阻胺光稳定剂0.5-3份、光引发剂5-10份、水性复合乳液6-12份、陶瓷微珠2-6份、石英粉2-6份、助剂2-10份、水溶性溶剂12-25份。

优选地，该面漆涂料按照重量份数计包括以下原料：LED固化树脂75-85份、UV单体10-18份、受阻胺光稳定剂0.8-2.5份、光引发剂6-9份、水性复合乳液7-9份、陶瓷微珠3-5份、石英粉3-5份、助剂3-8份、水溶性溶剂15-23份。

在本申请中，LED固化树脂选用四官能水性丙烯酸树脂，购自中山华明泰科技股份有限公司。UV单体，选用二缩三丙二醇二丙烯酸酯，其可以作为活性稀释剂。与LED固化树脂联用，可提高光固化涂料成膜后的柔韧性和稳定性。

受阻胺光稳定剂，其中的功能结构单元四甲基哌啶(TMP)容易受光电子激发氧化，可有效捕捉聚合物降解链反应中的自由基，进而有助于抑制聚合物的降解老化反应。然而，发明人研究发现，单一的受阻胺光稳定剂对LED固化树脂和UV单体形成的面漆涂料，能够发挥的光稳定作用有限。鉴于此，发明人进一步地采用了复合型受阻胺光稳定剂，且复合型受阻胺光稳定剂中含有苯并噻唑或苯并恶唑基团。其中，苯并噻唑和苯并恶唑基团为紫外线吸收基团，其能够在吸收紫外线的同时，通过受阻胺基团捕获自由基，抑制光氧化降解反应，极大的提高了光稳定效率。

进一步地，上述复合型受阻胺光稳定剂为苯并恶唑-受阻胺光稳定剂，其结构如式I所示：

该复合型受阻胺光稳定剂中含有受阻胺基团和苯并恶唑基团，其中苯并恶唑基团中同时含有N、O杂原子，且能够与相邻的1，3，5-三氮嗪基团形成共轭大π键，能够进一步提升紫外线吸收能力和光稳定性能。

上述光引发剂为自由基型光引发剂，当光引发剂的质量满足：M*(0.07-0.09)，其中M为LED固化树脂与UV单体的总质量，光固化效果较佳。进一步地，上述自由基型光引发剂为质量比为2-4:1的α-羟基酮衍生物和酰基膦氧化物混合而成；更为优选地，上述自由基型光引发剂为质量比为3:1的α-羟基酮衍生物和酰基膦氧化物混合而成

进一步地，上述助剂按照重量份数计包括：

PH调节剂0.2-0.5份、湿润剂0.5-2份、消泡剂0.3-1份、流平剂0.5-2份、杀菌剂0.1-1份、增稠剂0.5-3份。

优选地，上述助剂按照重量份数计包括：

PH调节剂0.3-0.4份、湿润剂0.9-1.6份、消泡剂0.5-0.8份、流平剂0.8-1.5份、杀菌剂0.3-0.7份、增稠剂1.2-2.5份。

其中，上述增稠剂是由丙烯酸酯和甲基丙烯酸酯共聚而成的交联型高分子乳液增稠剂。

以下对本发明的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本发明，并不用于限制本发明。

制备例

制备例提供一种苯并恶唑-受阻胺光稳定剂的制备方法，反应式如图1所示：

在反应釜中加入1mol的化合物A(2-氯-4，6-二-[N-正丁基-N-1，2，2，6，6-五甲基-4-哌腚基]氨基]-1，3，5-三嗪)，1.05mol的化合物B(2-氨基-6-氯-苯并恶唑)，再加入0.5mol的NaOH，以二甲苯为溶剂，氮气置换后，在150℃下反应4h，冷却后，水洗，过滤纯化后，得到106g的白色固体，经质谱和核磁鉴定后，结构即为化合物(I)。

实施例1

本实施例提供一种耐候型的水性LED光固化面漆涂料，该面漆涂料的组分如表1所示：

表1.面漆涂料的组分及含量

其中，受阻胺光稳定剂HS-944购自湖北恒景化工有限公司；

助剂的含量具体包括：

PH调节剂0.3kg、湿润剂1.0kg、消泡剂0.5kg、流平剂0.7kg、杀菌剂1.5kg、增稠剂2.0kg。

这种水性LED光固化面漆涂料的制备方法包括以下步骤：

(1)将陶瓷微珠、石英粉混合研磨，得到第一物料，第一物料的粒度为20-30μm；

(2)将苯丙乳液与硅丙乳液分散在水中，得到第二物料；

(3)将LED固化树脂、UV单体、受阻胺光稳定剂分散在部分水中，得到第三物料；

(4)将第一物料、第二物料、第三物料、助剂以及剩余的水溶性溶剂混合，最后加入光引发剂，搅拌混合。

性能检测：

对实施例1制备的面漆涂料开展性能检测

(1)附着力检测：按照GB 1720-1979(1989)《漆膜附着力测定法》实施检测，划格间距2mm，附着力等级数值越小，附着力越好；

(2)固化速度按照以下方法测定：用喷涂方式均匀的将漆喷到PVC板上，涂布量为50-55g/m²，然后进行(365nm)LED固化即可。

(3)耐候性能：采用耐人工气候老化试验进行测定。

(4)光稳定性：采用紫外线老化试验测定，按照ASTM G154标准进行，光源为UVA-340，12小时为一循环周期，8小时紫外光照；4小时冷凝。

(5)储存稳定性：在50℃下静置7天，观察涂料有无异常沉淀、变色等情况。

结果如表2所示：

表2.实施例1制备的面漆涂料的性能检测结果

第一组实施例

实施例2-4、对比例1-3与实施例1基本相同，不同之处在于受阻胺光稳定剂的选择以及含量不同，具体如表3所示：

表3.考察受阻胺光稳定剂对面漆涂料的性能影响

由表3可见：

将实施例1～3与对比例1相比，当体系中加入光稳定剂后，在同样的紫外照射时长下(3000h)，实施例1-3的面漆涂料的抗老化性能更佳，具体表现为：保光率高、色差低且无粉化。

当实施例1与实施例2-3相比时，当体系中加入复合型光稳定剂时，在同样的紫外照射时长下(3000h)，实施例2和3的面漆涂料的抗老化性能更佳，尤其以实施例3的性能最佳。由此说明，当光稳定剂中引入大的共轭基团苯并噻唑、苯并恶唑时，光稳定效果能进一步得到有效提升，从而能够提升面漆的抗老化性能。

当光稳定剂同时都选择苯并恶唑-受阻胺复合光稳定剂，参见实施例3和对比例2-3，当光稳定剂的质量满足：M*(0.01-0.15)时(其中M为LED固化树脂与UV单体的总质量)，在同样的紫外照射时长下(3000h)，实施例3的性能最佳，而对比例2和3的性能则大幅下降，由此说明，受阻胺光稳定剂的加入量对该面漆涂料的光稳定性能至关重要。

第二组实施例：

实施例5-6、对比例4-7与实施例1基本相同，不同之处在于水性复合乳液的选择以及含量不同，具体如表4所示：

表4.考察水性乳液对面漆涂料的性能影响

由表4可见：

相比于对比例4和对比例5采用单一的水性乳液。本申请实施例1、实施例5和实施例6均采用了苯丙乳液和硅丙乳液的复合乳液，且加入量均为10kg。然而，在进行耐候性能检测时，发现：当进行至耐候测试6000h开始，对比例4和5的面漆涂料就陆续出现气泡、剥落、粉化和变色情形。而相比之下，本申请的面漆涂料在进行至耐候测试9000h时，不起泡、不剥落、无粉化、不变色，满足耐候要求，基本可以实现10-15年的耐候性能。

同时，对比实施例1、实施例5和实施例6，以及对比例6和对比例7可以发现，当苯丙乳液/硅丙乳液之间的质量比为1:1-2时，面漆涂料的耐候性能佳；而当硅丙乳液的添加比例小(1:0.5)或者添加比例大(1:2.5)，面漆涂料所表现出的耐候性能出现一定程度的下降。

第三组实施例：

对比例8-10与实施例1基本相同，不同之处在于陶瓷微珠、石英粉不同，具体如表5所示：

表5.考察陶瓷微珠、石英粉对面漆涂料的性能影响

由表5可见，当面漆的原料体系中加入陶瓷微珠和石英粉(实施例1)，相比于没有添加、或者只添加一种的，所制得的面漆涂料的耐候性能得到显著提升。由此说明，陶瓷微珠和石英粉的添加，有助于降低面漆成膜后的渗透性，有助于进一步提升面漆涂料的耐候性能。

本具体实施例仅仅是对本申请的解释，其并不是对本申请的限制，本领域技术人员在阅读完本说明书后可以根据需要对本实施例做出没有创造性贡献的修改，但只要在本申请的权利要求范围内都受到专利法的保护。

Claims (9)

1.一种耐候型的水性LED光固化面漆涂料，其特征在于，所述面漆涂料按照重量份数计包括以下原料：

LED固化树脂70-90份、UV单体8-20份、受阻胺光稳定剂0.5-3份、光引发剂5-10份、水性复合乳液6-12份、陶瓷微珠2-6份、石英粉2-6份、助剂2-10份、水溶性溶剂12-25份；所述水性复合乳液是由苯丙乳液和硅丙乳液组成；

所述LED固化树脂与所述UV单体的质量比为7-9:1，

所述LED固化树脂与所述UV单体的总质量为M，所述受阻胺光稳定剂的质量满足：M*(0.01-0.15)，所述光引发剂的质量满足：M*(0.07-0.09)。

2.根据权利要求1所述的耐候型的水性LED光固化面漆涂料，其特征在于，所述受阻胺光稳定剂为复合型受阻胺光稳定剂，复合型受阻胺光稳定剂中含有苯并噻唑或苯并恶唑基团。

3.根据权利要求2所述的耐候型的水性LED光固化面漆涂料，其特征在于，所述复合型受阻胺光稳定剂为苯并恶唑-受阻胺光稳定剂，其结构如式I所示：

4.根据权利要求1所述的耐候型的水性LED光固化面漆涂料，其特征在于，所述苯丙乳液与所述硅丙乳液的质量比为1:1-2。

5.根据权利要求1所述的耐候型的水性LED光固化面漆涂料，其特征在于，所述光引发剂为自由基型光引发剂。

6.根据权利要求5所述的耐候型的水性LED光固化面漆涂料，其特征在于，所述自由基型光引发剂为质量比为2-4:1的α-羟基酮衍生物和酰基膦氧化物混合而成。

7.根据权利要求1-6任一项所述的耐候型的水性LED光固化面漆涂料，其特征在于，所述助剂按照重量份数计包括：

PH调节剂0.2-0.5份、湿润剂0.5-2份、消泡剂0.3-1份、流平剂0.5-2份、杀菌剂0.1-1份、增稠剂0.5-3份。

8.根据权利要求7所述的耐候型的水性LED光固化面漆涂料，其特征在于，所述增稠剂是由丙烯酸酯和甲基丙烯酸酯共聚而成的交联型高分子乳液增稠剂。

9.一种根据权利要求1-8任一项所述的耐候型的水性LED光固化面漆涂料的制备方法，其特征在于，其包括：

按重量份数，将所述陶瓷微珠、石英粉混合研磨，得到第一物料，所述第一物料的粒度为20-30μm；

将所述苯丙乳液与所述硅丙乳液分散在部分所述水溶性溶剂中，得到第二物料；

将所述LED固化树脂、UV单体、受阻胺光稳定剂分散在部分所述水溶性溶剂中，得到第三物料；

将所述第一物料、第二物料、第三物料、助剂以及剩余的水溶性溶剂混合，最后加入光引发剂，搅拌混合。