CN1919946A - 紫外光硬化型纳米涂料、其制备方法及使用方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种紫外光硬化型纳米涂料、其制备方法及使用方法。以重量计，纳米涂料包括5～25％的含双键丙烯酸酯系低聚物、5～25％的丙烯酸酯单体、0.1～5％的颜料粒子、0.1～5％的光引发剂及余量的溶剂。该颜料粒子为粒径小于等于191.4nm的碳黑粒子。该纳米涂料的制备方法包括如下步骤：将上述含量的各种组分依次加入预先装入溶剂的反应器；搅拌均匀。该纳米涂料的使用方法包括：将上述涂料涂布于工件表面形成涂层；成膜；硬化，形成一包括具有如下结构式的树脂及分散于该树脂中的颜料粒子的硬化层。式中，R、R2均为含碳原子数为1～4的烷链，x值为1～3，m值为83～277。
Description
【技术领域】
本发明是关于一种涂料系统，尤其是关于一种抗污、防水、耐久性好的紫外光硬化型纳米涂料、其制备方法及使用方法。
【背景技术】
随着生活水平的提高，人们对居住环境、室内家具如钢琴等外观装饰的美学要求越来越高，对于涂料抗污、防水及耐久性等提出了更高的要求，而传统涂料日益无法满足消费者视觉需要。
传统涂料的涂层一般包括底漆及面漆，底漆是整个涂层的开始，直接附着于基底表面，通常用于提供颜色、封固基底、增强面漆与基底的附着力等。面漆一般为透明本色漆或金属闪光漆，其与底漆互相搭配使得整个涂层显出高光泽感。该涂层的制作过程如下：首先对基材表面进行处理，除去表面油污、脱模剂、灰尘、杂物；将底漆搅拌均匀；喷涂；常温下静止晾干10～20分钟；在面漆中加入专用固化剂，与面漆一起搅拌均匀；喷涂；喷涂结束后晾干10～15分钟，放进常温烘箱，升温至50-60℃，保温60分钟，便可得到涂层。
然而，该传统涂料抗污、防水能力及耐久性差，在雨水冲刷、灰尘粘附及日光照射下，经一段时间后涂层表面会附着污物，并丧失原有的光泽。
有鉴于此，提供一种抗污、防水、耐久性好的紫外光硬化型纳米涂料、其制备方法及使用方法实为必需。
【发明内容】
以下，将以实施例说明一种抗污、防水、耐久性好的紫外光硬化型纳米涂料、其制备方法及使用方法。
为实现上述内容，提供一种紫外光硬化型纳米涂料，以重量计，该紫外光硬化型纳米涂料包括含量为5～25％的丙烯酸酯单体、含量为5～25％的含双键丙烯酸酯系低聚物、含量为0.1～5％的光引发剂、含量为0.1～5％的颜料粒子、及余量的溶剂。该颜料粒子为粒径小于等于191.4nm的碳黑粒子。
另外，提供该种紫外光硬化型纳米涂料的制备方法，其包括如下步骤：将含量占整个体系5～25％的含双键丙烯酸酯系低聚物、5～25％的丙烯酸酯单体、0.1～5％的颜料粒子及0.1～5％的光引发剂依序添加到预先装入适量溶剂的反应器；及搅拌，使其混合均匀。
以及，该种紫外光硬化型纳米涂料的使用方法，其包括：将上述涂料涂布于一工件表面，形成一涂层；涂层成膜；及紫外光照聚合，形成一紫外硬化层。该形成的紫外硬化层包括具有如下结构式的树脂及分散于该树脂中的颜料粒子：
式中，R、R2均为含碳原子数为1～4的烷链，x值为1～3，m值为83～277。
与现有技术的传统面漆相比，本发明的紫外光硬化型纳米涂料可通过紫外光直接固化，该紫外硬化层含有与树脂兼容性不佳且比重低的氟素侧链，该氟素侧链形成浮出紫外硬化层表面的针状结构层，该针状结构层具有表面张力低，疏水性佳的优点。粒径为小于等于191.4nm的颜料粒子与树脂一起固化，使得该紫外硬化层表面形成“莲花效应”的微突起结构。该种结构利于发生“莲花效应”。并且，相较于传统涂料，该纳米涂料烘干时间短，干燥快。因此，通过本发明的分子结构设计所得的纳米涂料具有干燥快、抗污、防水、耐久性好等优点。
【附图说明】
图1是本发明第一实施例所得紫外硬化层的原子力显微镜照片。
图2是本发明第二实施例所得紫外硬化层的原子力显微镜照片。
图3是本发明第三实施例所得紫外硬化层的原子力显微镜照片。
【具体实施方式】
本发明紫外光硬化型纳米涂料包括：含双键的丙烯酸酯系低聚物、丙烯酸酯单体、颜料粒子、光引发剂及溶剂。
该含双键的丙烯酸酯系低聚物的结构式(I)为：
其中，R为含碳原子数为1～4的烷链，x值为1～3，因该结构式中含有活性双键，故易与其它活性物质聚合。以重量计，该含双键的丙烯酸酯系低聚物含量为涂料总量的5～25％，优选10～20％。
丙烯酸酯单体的结构式(II)为：
其中，R、R2均为含碳原子数为1～4的烷链，因该结构式中含有反应性活性共轭双键，因此活性高，易与其它活性物质发生聚合反应。以重量计，该丙烯酸酯单体含量为涂料总量的5～25％，优选10～20％。
该颜料粒子是碳黑经高速球磨机所研磨出的纳米粉体，其粒径为小于等于191.4nm。以重量计，颜料粒子含量为涂料总量的0.1～5％，优选0.5～4.5％。
该光引发剂可为二苯甲酮(Benzophenone，BP)、二苯基乙二酮(Diphenylglyoxal)或安息香醚等光引发剂，以重量计，光引发剂含量为涂料总量的0.1～5％，优选0.5～4.5％。
本发明中的溶剂为了得到较好的涂层外观，优选使用甲基乙基酮(MethylEthyl Ketone，MEK)与甲基异丁基酮(Methyl isobutyl ketone，MIBK)的混合体系，两者体积比优选为1∶1。甲基乙基酮，又称甲乙酮。甲基异丁基甲酮，又称异己酮、2-异己酮或甲基异戊酮，学名4-甲基-2-戊酮。分子式CH3COCH2CH(CH3)2。
本发明涂料的制备，是首先于常温下将含量占整个体系5～25％的含双键丙烯酸酯系低聚物、5～25％的丙烯酸酯单体、0.1～5％的颜料粒子及0.1～5％的光引发剂依序添加到预先装入所需溶剂的反应器，并维持搅拌状态，使其混合均匀。该搅拌优选使用搅拌棒搅拌，若溶剂量较多且整个体系量不大时，可以采用电磁搅拌或超声震荡搅拌形式。搅拌时间视体系总量而定，可为几个小时至一天以上。
该涂料的使用方法包括如下步骤：
将搅拌好的混合物涂布于一工件表面，得到一涂层。该涂布优选使用喷涂工艺，此外，还可采用浸涂、刷涂等常规工艺，不同涂布工艺形成的涂层外观可能会存在差异。
涂层成膜，该工艺采用低温热处理成膜，优选为60～80℃的温度，时间优选为5～10分钟，可采用送进烘箱或热风处理等方式。
最后将工件进行紫外光照处理，将工件经传送带送进紫外曝光机进行光照，其传送带速度为7～15英尺/分钟，曝光机照射能量为0.4焦耳/平方厘米，在光引发剂作用下，该含双键的丙烯酸酯系低聚物与该丙烯酸酯单体发生光聚合反应，光照固化，所需时间仅为1秒钟左右，最终得到一紫外硬化层。
该形成的紫外硬化层包括具有如下结构式(III)的树脂及分散于该树脂中的颜料粒子：
式中，R、R2均为含碳原子数为1～4的烷链，x值为1～3，m值为83～277。
在该形成的紫外硬化层中，含有的氟素侧链为强极性，因此与所得树脂兼容性不佳，且该氟素的比重相较于所得树脂为低，从而在聚合反应中该氟素侧链从树脂表面浮出，在表层形成针状结构，从而形成一低表面张力的氟系表层。该氟系表层因表面张力低，具有疏水性。
而该粒径小于等于191.4nm的颜料粒子在紫外光固化后被包覆于所得紫外硬化层内并均匀分散。分散于紫外硬化层表层的颜料粒子固化后，表现为紫外硬化层表面的微突起。
具有该种结构的涂料体系类似于自然现象中发生“莲花效应”的结构特征，具有抗污防水、耐久性高的优点。
本发明紫外光硬化型纳米涂料的第一实施例为：在含有85.6ml甲基乙基酮溶剂的反应器中，依次加入10克丙烯酸酯系低聚物(I)、20克丙烯酸酯单体(II)、0.5克粒径为137.0nm的碳黑粒子及0.5克二苯甲酮，维持搅拌5个小时，使其充分混合均匀。将搅拌好的混合物喷涂于待加工工件表面，而后送入烘箱，在60℃左右热处理5分钟，最后送入曝光机进行曝光固化处理，传送速度为15英尺/分钟，曝光机内照射能量为0.4焦耳/平方厘米，得到一紫外硬化层A。将所得的紫外硬化层A放入原子力显微镜下观察其表面形态，得到如图1所示的原子力显微镜照片。
本发明紫外光硬化型纳米涂料的第二实施例为：于含有73.1ml甲基异丁基甲酮溶剂的反应器中，依次加入20克丙烯酸酯系低聚物(I)、20克丙烯酸酯单体(II)、1克粒径为170nm的碳黑粒子及0.5克二苯甲酮，维持搅拌8小时，使其充分混合均匀。将搅拌好的混合物喷涂于待加工工件表面，而后送入烘箱，于60℃左右热处理5分钟，最后用15w医用杀菌紫外灯照射30分钟，进行曝光固化处理，得到一紫外硬化层B。将所得的紫外硬化层B放入原子力显微镜下观察其表面形态，得到如图2所示的原子力显微镜照片。
本发明紫外光硬化型纳米涂料的对比实施例如下：于含有85.6ml甲基乙基酮溶剂的反应器中，依次加入10克丙烯酸酯系低聚物(I)、20克丙烯酸酯单体(II)、0.5克粒径为191.4nm的碳黑粒子及0.5克二苯甲酮，维持搅拌5个小时，使其充分混合均匀。将搅拌好的混合物喷涂于待加工工件表面，而后送入烘箱，在60℃左右热处理5分钟，最后送入曝光机进行曝光固化处理，传送速度为15英尺/分钟，曝光机内照射能量为0.4焦耳/平方厘米，得到一紫外硬化层C。将所得的紫外硬化层C放入原子力显微镜下观察其表面形态，得到如图3所示的原子力显微镜照片。
观察图1、图2及图3所示的原子力显微镜照片，其中浮出的针状结构为氟素侧链从树脂表面浮出所产生，该针状结构下方的微突起即为碳黑纳米粒子固化于树脂涂层所产生。该种结构可产生“莲花效应”，有利于涂料的抗污防水。对比上述照片发现，当碳黑粒子的粒径为137.0nm时，其利于“莲花效应”的结构特征最为显著，针状结构最为突出，表面的微突起亦最明显；当粒径为170nm时，具备产生“莲花效应”的结构，但相对较弱；而当粒径为191.4nm时，该结构特征不太明显。因此，可以得出如下结论：颜料粒子粒径越小，越有利于发生“莲花效应”，粒径小于等于191.4nm有利于发生“莲花效应”。也就是说，颜料粒子的粒径对于紫外硬化层的抗污防水效果及耐久性具有重要作用。
与现有技术的传统面漆相比，本发明的紫外光硬化型纳米涂料的紫外硬化层含有与树脂兼容性不佳且比重低的氟素侧链，该氟素侧链形成浮出紫外硬化层表面的针状结构层，该针状结构层具有表面张力低，疏水性佳的优点；粒径小于等于191.4nm的颜料粒子与树脂一起固化，使得该紫外硬化层表面形成“莲花效应”的微突起结构。该种结构利于发生“莲花效应”。并且，相较于传统涂料，该纳米涂料烘干时间短，干燥快。因此，通过本发明的分子结构设计所得的纳米涂料具有干燥快、抗污、防水、耐久性高等优点。
Claims (23)
1.一种紫外光硬化型纳米涂料，以重量计，该紫外光硬化型纳米涂料包括含量为5～25％的含双键丙烯酸酯系低聚物、含量为5～25％的丙烯酸酯单体、含量为0.1～5％的颜料粒子、含量为0.1～5％的光引发剂及余量的溶剂。
2.如权利要求1所述的紫外光硬化型纳米涂料，其特征在于该含双键丙烯酸酯系低聚物的结构式为：
式中，R为含碳原子数为1～4的烷链，x值为1～3。
3.如权利要求1所述的紫外光硬化型纳米涂料，其特征在于该含双键丙烯酸酯系低聚物的含量为10～20％。
4.如权利要求1所述的紫外光硬化型纳米涂料，其特征在于该丙烯酸酯单体的结构式为：
式中，R、R2均为含碳原子数为1～4的烷链。
5.如权利要求1所述的紫外光硬化型纳米涂料，其特征在于该丙烯酸酯单体的含量为10～20％。
6.如权利要求1所述的紫外光硬化型纳米涂料，其特征在于颜料粒子的材质为碳黑。
7.如权利要求1所述的紫外光硬化型纳米涂料，其特征在于该颜料粒子的粒径为191.4纳米以下。
8.如权利要求1所述的紫外光硬化型纳米涂料，其特征在于该颜料粒子的含量为0.5～4.5％。
9.如权利要求1所述的紫外光硬化型纳米涂料，其特征在于该光引发剂的含量为0.5～4.5％。
10.如权利要求1所述的紫外光硬化型纳米涂料，其特征在于该光引发剂为二苯甲酮、二苯基乙二酮或安息香醚。
11.如权利要求1所述的紫外光硬化型纳米涂料，其特征在于该溶剂为甲基乙基酮与甲基异丁基酮的混合体系。
12.一种紫外光硬化型纳米涂料的制备方法，其包括如下步骤：
将含量占整个体系5～25％的含双键丙烯酸酯系低聚物、5～25％的丙烯酸酯单体、0.1～5％的颜料粒子及0.1～5％的光引发剂依序添加到预先装入溶剂的反应器；及
搅拌，使其混合均匀。
13.如权利要求12所述的紫外光硬化型纳米涂料的制备方法，其特征在于该颜料粒子为粒径为小于等于191.4nm的碳黑粒子。
14.如权利要求12所述的紫外光硬化型纳米涂料的制备方法，其特征在于该溶剂为甲基乙基酮与甲基异丁基酮组成的混合溶剂。
15.如权利要求12所述的紫外光硬化型纳米涂料的制备方法，其特征在于该搅拌为搅拌棒搅拌或超声波震荡搅拌。
16.一种紫外光硬化型纳米涂料的使用方法，其包括：
将由权利要求12制备而成的涂料涂布于一工件表面，形成一涂层；
涂层成膜；及
紫外光照聚合，形成一紫外硬化层。
17.如权利要求16所述的紫外光硬化型纳米涂料的使用方法，其特征在于该形成的紫外硬化层包括具有如下结构式的树脂及分散于该树脂中的颜料粒子：
式中，R、R2均为含碳原子数为1～4的烷链，x值为1～3，m值为83～277。
18.如权利要求16所述的紫外光硬化型纳米涂料的使用方法，其特征在于该涂布为喷涂、浸涂或刷涂。
19.如权利要求16所述的紫外光硬化型纳米涂料的使用方法，其特征在于该涂层成膜是低温热处理成膜。
20.如权利要求19所述的紫外光硬化型纳米涂料的使用方法，其特征在于该低温热处理的温度为60～80℃。
21.如权利要求19所述的紫外光硬化型纳米涂料的使用方法，其特征在于该低温热处理的时间为5～10分钟。
22.如权利要求16所述的紫外光硬化型纳米涂料的使用方法，其特征在于该紫外光照聚合在紫外曝光机中进行。
23.如权利要求22所述的紫外光硬化型纳米涂料的使用方法，其特征在于该曝光机照射能量为0.4焦耳/平方厘米。
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| CN101231275B (zh) * | 2008-01-30 | 2011-04-13 | 湘潭大学 | 一种测量纳米材料光致硬化性能的方法 |
| CN102924993A (zh) * | 2012-11-06 | 2013-02-13 | 长兴（中国）投资有限公司 | 丙烯酸酯基团改性的聚硅氧烷用途及其组合物 |
| CN113717561A (zh) * | 2021-08-30 | 2021-11-30 | 广东安可科技有限公司 | 一种用于卫浴防爆膜的抗污涂料及其制备方法 |
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