CN102876223A - 一种环保水性uv光固化涂料及生产方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种环保水性UV光固化涂料及生产工艺。涂料的组分重量百分比如下：自制聚氨酯丙烯酸酯预聚体10至40wt%，自制乳化剂1至5wt%，光引发剂1至10wt%，分散剂0.5至2wt%，助剂0.1至3wt%，水40至70wt%。涂料的生产工艺，其步骤为：反应釜中将自制聚氨酯丙烯酸酯预聚体、自制乳化剂和部分消泡剂加入分散缸中升温至30℃至50℃并均匀混合；降温加入分散剂、润湿剂、部分消泡剂、流平剂、去离子水、光引发剂充分搅拌，除尘过滤后即得到乳白色的环保水性UV光固化涂料。本发明制得的水性UV光固化涂料具有环境友好、稳定性好、漆膜力学性能好等特点，生产工艺简单易行。
Description
技术领域
本发明涉及一种涂料物质及生产方法，具体涉及一种环保水性UV光固化涂料及生产方法。
背景技术
随着高科学技术的发展，人们对涂料的装饰、防腐蚀、耐温、耐寒、耐沾污等性能要求越来越高，世界涂料工业由溶剂型向高性能、无污染、环境友好型水性涂料的方向飞速发展。紫外光固化技术以其节能环保、使用方便、快捷等特点，在近20年得到了突飞猛进的发展。
水性环保UV固化涂料综合了水性及紫外光固化技术的优点，解决了水性涂料固有的低硬度、低附着力的缺点，实现了水性环保化、低成本化和高效率应用，随着全球对环保的严格要求而成为取代传统溶剂型UV涂料的必然趋势。
水性UV固化涂料虽然在生产工艺技术及应用领域取得了长足的进展，但在解决有机溶剂环境污染、稳定性及漆膜力学性能问题方面仍然进展不大，水溶性UV固化树脂及特种助剂的关键技术仍然没有有效解决。在这方面，申请号为200710031844.2的中国专利文献提出以取环氧-丙烯酸酯和聚氨酯-丙烯酸酯按比例混合，再添加水性助剂及水醇混合溶液，增加了固化速度，改善了漆膜的脆性及柔韧性，但是缺点是涂料的稳定性不足，溶液中含有醇溶剂。申请号为200710027188.9的中国专利文献提出以高分子聚合物、光引发剂及水按比例混合制备紫外光固化涂料，体系改善了涂膜和柔韧性，体系无有机溶剂，但是涂料的稳定性及乳化效果存在问题。申请号为200810039199.3的中国专利文献提出以多元硫醇和稀分别为端基通过化学键接的方法引入到聚氨酯预聚体中，再通过自乳法制备含多元硫醇和多元烯的水性聚氨酯分散涂料，此法有效解决了涂料的储存稳定性及漆膜力学性能问题，但缺点是在生产过程中仍存在有机溶剂的使用。
因此，随着世界范围内相关环保标准的提高，强制性的环保法律法规的实施，开发和生产环保性好、稳定性好、固化快的水性UV固化涂料以取代现有市场上溶剂型UV涂料是UV光固化涂料产业发展的必然之路。
发明内容
本发明为了解决现有水性UV光固化涂料中存在的有机溶剂环境污染、稳定性及漆膜力学性能问题方面，本发明提供一种环保水性UV光固化涂料及生产工艺。
本发明采取的技术方案为：
一种环保水性UV光固化涂料，包括如下重量份数的组分：
进一步的技术方案是：自制聚氨酯丙烯酸酯预聚体是由现有专利“一种水性光固化聚氨酯树脂的制备方法（200810045778.9）”的基础上通过亲水改性制备的预聚体树脂。
具体的制备方法是：在通氮气保护的反应瓶中加入20至40重量份的异氰酸酯，50℃至70℃预热10min；将30至60重量份带有醚键、羧基、磺酸或者叔胺盐的二元醇（如聚己内酯二元醇、聚碳酸酯酯二元醇或聚四氢呋喃二醇）以每秒2至5滴的速度滴加到反应瓶中，再在反应瓶中加入0.5至1重量份2-羟基-4'-(2-羟乙氧基)-2-甲基苯丙酮的引发剂，滴加0.5至2重量份的丁基锡类催化剂，保持350r/min的搅拌速度，恒温1h至1.5h；降温至50℃至60℃，加入1至10重量份的具有一个羟基和一个或者多个双键的烯类封端剂及1至5重量份的胺类成盐剂，恒温1.5h至2h。反应完毕后降温到30℃至40℃出料，及得到了透明的自制聚氨酯丙烯酸酯预聚体。
进一步的技术方案是：自制乳化剂具有如下的结构式：
其中n为8-18的自然数。
所述自制乳化剂的数均分子量在600至1000，其玻璃化转变温度在-25℃至80℃。
其中，该自制乳化剂可以通过如下方法制备，包括：
（1）按照如下的重量比例准备各种组分：
（2）将上述各种组分中除环氧乙烷以外的其他组分混合并充分搅拌均匀，升温至120℃，保温回流反应完毕，然后加入环氧乙烷继续反应，在环氧乙烷完全反应后，抽真空保持反应体系真空度为0.09至0.1MPa，控制温度在70至80℃脱去溶剂，脱去溶剂后冷却出料，即得自制乳化剂。
其中：所述溶剂是甲苯或二甲苯中一种。
其中：所述催化剂为对甲苯磺酸、甲烷磺酸、硅乌酸或有机锡中的一种。
进一步的技术方案是：光引发剂选自2，4，6(三甲基苯甲酰基)二苯基氧化膦、苯基双(2，4，6-三甲基苯甲酰基)氧化膦（819）、2-甲基-1-(4-甲硫基苯基)-2-吗啉基-1-丙酮（907）、2-异丙基硫杂蒽酮（ITX）、安息香双甲醚、4-(N,N-二甲氨基)苯甲酸乙酯、二苯甲酮（BP）、N,N-二甲氨基苯甲酸异辛酯（EHA）、2-羟基-4'-(2-羟乙氧基)-2-甲基苯丙酮、4-甲基二苯甲酮（MBZ）、2-苯基苄-2-二甲基胺-1-（4-吗啉苄苯基）丁酮的一种或几种的混合物。
进一步的技术方案是：分散剂为脂肪族酰胺类、酸性聚酯类、低分子量不饱和多元羧酸聚合物或者低分子量不饱和多元羧酸聚合物与聚硅氧烷共聚体的溶液中的一种或几种。
进一步的技术方案是：助剂为润湿剂、流平剂和消泡剂中的一种或几种。可选用气相二氧化硅、氢化蓖麻油、聚酰胺蜡等作为体系的润湿剂，如BYK-P104S；为了增加涂料的表面爽滑性，提高膜的平整度，获得更好的装饰效果，选择醋丁纤维素聚二甲基硅氧烷、聚甲基苯基硅氧烷、有机基改性聚硅氧烷、聚丙烯酸类、氟系表面活性剂等类表面活性剂作为体系的流平剂，如BYK333、BYK346、EFKA3600、BNK-222等；消泡剂采用抑泡、破泡或者抑泡和破泡的聚醚、聚醚改性硅、聚硅氧烷、聚硅氧烷类等类消泡剂复配达到最好的消泡效果，如BYK1770、BYK1730、EFKA-2580、DF7010等。
一种环保水性UV光固化涂料的生产工艺，其步骤为：反应釜中将自制聚氨酯丙烯酸酯预聚体、自制乳化剂和部分消泡剂（占消泡剂总量的20%至60%）加入分散缸中升温至30℃至50℃并均匀混合；降温加入分散剂、润湿剂、部分消泡剂（占消泡剂总量的40%至80%）、流平剂、去离子水、光引发剂充分搅拌，除尘过滤后即得到乳白色的环保水性UV光固化涂料。
本发明制备的水性UV光固化涂料，采用无溶剂体系用水做稀释剂，生产及使用过程不含有机溶剂释放，环保性能极好，预聚体采用创新的分子结构设计，获得的漆膜性能较好；另外本发明采用自制的水基反应性乳化剂，增加了乳化剂与涂料体系的相容性，加快了体系乳化速度，分散均匀且提高了乳化体系的稳定性；本发明的生产工艺经过优化，减少了动力消耗及操作时间使生产成本大大降低。因此本发明制得的水性UV光固化涂料具有环境友好、稳定性好、漆膜力学性能好等特点，有很大的推广和应用价值。
具体实施方式
实施例一
| 成分 | 重量分数 |
| 自制聚氨酯丙烯酸酯 | 30 |
| 自制乳化剂 | 5 |
| 分散剂 | 2 |
| 流平剂（重量比BYK333和BNK222的混合物） | 1 |
| BYK1770 | 0.5 |
| BYK-P104S | 0.5 |
| 光引发剂(重量比907:ITX:1173=1:0.3:5) | 3 |
| 去离子水 | 58 |
具体实施步骤如下：
（1）将树脂，乳化剂，部分消泡剂（占消泡剂总量的20%至60%）加入乳化缸中升温至30至50℃充分混合；
（2）分散剂与润湿剂、部分消泡剂（占消泡剂总量的40%至80%）、流平剂加入进行混合；
（3）固体光引发剂和去离子水按比例混合后按配比加入上述体系中混合均匀；
（4）过600目滤网，得到乳白色水性环保UV光固化涂料。
对比例一
| 成分 | 重量分数 |
| 聚氨酯丙烯酸酯（德国拜尔2587） | 30 |
| 乳化剂（TX-10） | 5 |
| 分散剂 | 2 |
| 流平剂（重量比BYK333和BNK222的混合物） | 1 |
| BYK1770 | 0.5 |
| BYK-P104S | 0.5 |
| 光引发剂(重量比907:ITX:1173=1:0.3:5) | 3 |
| 去离子水 | 58 |
具体实施方法同实施例一。
实例一、对比例一乳化时间及所制乳液性能对比
通过比较发现，本发明涂料耐溶剂性能达到进口产品水平，而且乳化速度较快，冷冻离心机上3500转下乳液稳定性较好，制得的漆膜硬度较高。
本发明水性UV光固化涂料可以采用滚涂、淋涂、喷涂的施工方式进行施工。制备的涂料在PVC/ABS/真空电镀/水曲柳木板上附着力都好于二级，耐受零下40度和40度的冷热循环10次不发生开裂，硬度可在H到3H间调节。
Claims (7)
1.一种环保水性UV光固化涂料，包括如下重量份数的组分：
2.根据权利要求1所述的一种环保水性UV光固化涂料，其特征在于所述的自制聚氨酯丙烯酸酯预聚体是由异氰酸酯、二元醇、烯类封端剂、成盐剂以及含有亲水性基团的物质制备；在通氮气保护的反应瓶中加入一定量的异氰酸酯，50℃至70℃预热10min；将带有亲水基团的物质及二元醇滴加到反应瓶中，再在反应瓶中加入引发剂，滴加一定量的催化剂，保持一定的加入速度和搅拌速度，恒温1h至1.5h；降温至50℃至60℃，加入一定量烯类封端剂及成盐剂，恒温1.5h至2h；反应完毕后降温到30℃至40℃出料，得到了透明的聚氨酯丙烯酸酯预聚体。
3.根据权利要求1所述的一种环保水性UV光固化涂料，其特征在于所述的自制乳化剂具有如下的结构式：
其中n为8-18的自然数。
4.根据权利要求1所述的一种环保水性UV光固化涂料，其特征在于所述的光引发剂选自2，4，6(三甲基苯甲酰基)二苯基氧化膦、苯基双(2，4，6-三甲基苯甲酰基)氧化膦、2-甲基-1-(4-甲硫基苯基)-2-吗啉基-1-丙酮、2-异丙基硫杂蒽酮、安息香双甲醚、4-(N,N-二甲氨基)苯甲酸乙酯、二苯甲酮、N,N-二甲氨基苯甲酸异辛酯、2-羟基-4'-(2-羟乙氧基)-2-甲基苯丙酮、4-甲基二苯甲酮、2-苯基苄-2-二甲基胺-1-（4-吗啉苄苯基）丁酮的一种或几种的混合物。
5.根据权利要求1所述的一种环保水性UV光固化涂料，其特征在于所述的分散剂为脂肪族酰胺类、酸性聚酯类、低分子量不饱和多元羧酸聚合物或者低分子量不饱和多元羧酸聚合物与聚硅氧烷共聚体的溶液中的一种或几种。
6.根据权利要求1所述的一种环保水性UV光固化涂料，其特征在于所述的助剂为润湿剂、流平剂和消泡剂中的一种或几种；所述润湿剂选自气相二氧化硅、氢化蓖麻油、聚酰胺蜡中的一种或几种；所述流平剂选自聚丙烯酸类、聚甲基苯基硅氧烷、有机基改性聚硅氧烷、氟系表面活性剂中的一种或几种；所述消泡剂选自聚醚类、聚醚改性硅、氟改性有机硅类、聚硅氧烷类中的一种或几种。
7.一种环保水性UV光固化涂料的生产工艺，其步骤为：反应釜中将自制聚氨酯丙烯酸酯预聚体、自制乳化剂和占消泡剂总量的20%至60%消泡剂加入分散缸中升温至30℃至50℃并均匀混合；降温加入分散剂、润湿剂、占消泡剂总量的40%至80%、流平剂、去离子水、光引发剂充分搅拌，除尘过滤后即得到乳白色的环保水性UV光固化涂料。
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