CN104513607A - 一种光固化耐磨防雾涂料及其施工方法 - Google Patents

一种光固化耐磨防雾涂料及其施工方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种光固化耐磨防雾涂料，按质量百分比计，组成为：光固化树脂17～52％；光固化低官能度单体12～37％；光固化高官能度单体10～55％；有机硅氧烷10～35％；光引发剂0.7～6％；催化剂0.3～4％；有机硅氧烷的分子式如式Ⅰ所示，式中，R1、R2、R3、R4独立地选自：C1～C8的烷基、C1～C3的烷氧基、芳基、胺基、烯基、环氧基、丙烯酰基、甲基丙烯酰基或巯基，且式中至少有三个为烷氧基；催化剂为光产酸剂或光产碱剂。本发明的光固化耐磨防雾涂料，只需经一步固化将疏水硬膜和涂层中原位生成的SiO2纳米粒子相结合，保证了无机纳米颗粒在涂层中的均匀分散，提高了涂层的耐磨性能；

Description

一种光固化耐磨防雾涂料及其施工方法
技术领域
本发明涉及涂料加工领域，尤其涉及一种光固化耐磨防雾涂料及其施工方法。
背景技术
聚合物涂层已经被广泛应用于需要被保护或者增加美感的基材表面，如汽车抛光漆、地板清漆、增粘前驱体以及改善耐磨耐擦伤性能涂层。这其中，随着透明基材越来越广泛地被应用，如光学镜片、汽车前罩灯、建筑玻璃、各类仪器仪表盘等等，其耐磨防雾性能也渐渐得到了众多研究者的重视。
在聚合物涂层耐磨领域，目前最常用最有效的方法有两种，一种是优化涂层配方，另一种则是在涂层中添加填料。众所周知，纳米颗粒能够在显著改善涂层机械性能，不对涂层的透明度产生影响。通常情况下，这些纳米颗粒(如SiO2、ZrO2和TiO2)会通过有机硅来进行表面改性，以提高颗粒在聚合物载体中的分散性，亦有研究证明，填充有这些纳米颗粒所得到的涂层具有很好的耐磨性能。
然而，填充纳米无机粒子有一个很重要的问题，那就是它们在有机基体中的均相难以分散，易导致宏观相分离。即使是当纳米颗粒已经在有机基体中有序分散时，后续的固化过程中仍可能发生相分离现象，影响整个涂层的机械性能。另外，纳米颗粒的高度集中，可能会意想不到地提高粘度，影响涂层的应用。
针对无机纳米的这些问题，目前主要的替代方法是采用溶胶-凝胶法。溶胶-凝胶法是将无机盐或金属醇盐溶于溶剂中，形成均匀的溶液后加入其它组分，在一定温度下，发生一系列水解和缩合反应，生成纳米级粒子并形成溶胶，最后再经干燥和烧结等处理制成所需材料。虽然，这种方法得到的有机/无机杂化体系，能够实现涂层不出现相分离的同时，提高材料的机械性能，但是这种方法对制备涂层来说仍具有局限性：制备及涂覆过程复杂，能耗高，反应温度高于基材承受能力等等。
目前，在涂料行业中，光固化涂料因其高效经济、适应性广、节能环保等特点而得到很广泛的应用。无论是国内还是国际上，光固化涂料的年产量都在逐年增加。尤其对于透明塑料基材(如日常佩戴的眼镜、温室大棚上的薄膜等等)来说，在光固化涂料均匀涂布的情况下，UV光照1-5min即可，速度快、操作简便、能耗低，不用像热固化那样担心基材受热问题。
防雾是透明基材的另一大问题。当透明固体表面成雾时，光线穿过“雾”(实际为水蒸汽凝结在固体表面形成的小液滴)会发生的反射和折射，使得该固体的透光率下降，也降低了该透明材料的使用效率。在人们常采取的加热法、对流法以及涂料法中，前两种方法虽然能够通过防止水蒸汽凝结的方式而有效防雾，但能耗高，运行成本高，并且具有很大的操作局限性。而涂料法则能够通过构造一定的结构或通过涂料本身对水的性能，达到很优异的防雾效果，与此同时并没有任何能量损耗。所以，从节能的角度考虑，涂料法乃至光固化涂料法是一种更为理想的防雾方法。
发明内容
本发明提供了一种光固化耐磨防雾涂料，可以经一步固化，将疏水硬膜和涂层中原位生成的SiO2纳米粒子相结合，保证了无机纳米颗粒在涂层中的均匀分散，提高了涂层的耐磨性能。
一种光固化耐磨防雾涂料，按质量百分比计，所述光固化耐磨防雾涂料的组成为：
所述的有机硅氧烷的分子式如式Ⅰ所示：
式中，R1、R2、R3、R4独立地选自：C1～C8的烷基、C1～C3的烷氧基、芳基、胺基、烯基、环氧基、丙烯酰基、甲基丙烯酰基或巯基，且式中至少有三个为烷氧基；
所述的催化剂为光产酸剂或光产碱剂。
作为优选，所述的光固化树脂为环氧丙烯酸酯、聚氨酯丙烯酸酯、聚酯丙烯酸酯、丙烯酸酯改性环氧树脂、聚醚丙烯酸酯中的至少一种，进一步优选，所选光固化树脂的官能度≥3，其中，聚氨酯丙烯酸酯更优选为芳香族聚氨酯丙烯酸酯；所述的光固化低官能度单体选自聚乙二醇二丙烯酸酯、聚乙二醇二甲基丙烯酸酯、聚乙二醇单丙烯酸酯、甲氧基聚乙二醇单丙烯酸酯、甲氧基聚乙二醇单甲基丙烯酸酯、丙烯酸羟乙酯、甲基丙烯酸羟乙酯、丙烯酸羟丙酯、甲基丙烯酸羟丙酯、2-(乙氧乙氧)乙二醇丙烯酸酯、双酚A-丙基二甲基丙烯酸酯中的至少一种；
所述的光固化高官能度单体选自三羟甲基丙烷三丙烯酸酯、甘油三丙烯酸酯、季戊四醇四丙烯酸酯、二季戊四醇五丙烯酸酯、二季戊四醇六丙烯酸酯中的至少一种。
作为优选，所述的光产酸剂选自鎓盐、芳族重氮盐、金属茂盐或邻硝基苯甲醛；所述的光产碱剂选自氨基甲酸酯类、酮肟酯类、甲酰胺类。
进一步优选，按质量百分比计，所述光固化耐磨防雾涂料的组成为：
再优选：
所述的光固化树脂为芳香族聚氨酯丙烯酸酯和/或聚酯丙烯酸酯树脂；
所述的光固化低官能度单体为聚乙二醇二甲基丙烯酸酯和/或甲基丙烯酸羟乙酯；
所述的光固化高官能度单体为三羟甲基丙烷三丙烯酸酯和/或季戊四醇四丙烯酸酯；
所述的有机硅氧烷为缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷和/或丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷；
所述的光引发剂为2-羟基-2-甲基-1-苯基-1-丙酮，按质量百分比计，所述光引发剂的用量为3％；
所述的催化剂为二芳基碘鎓盐、三芳基硫鎓盐或氨基甲酸苄酯，按质量百分比计，所述催化剂的用量为1％。
一种所述的光固化耐磨防雾涂料的施工方法，将所述的各原料混合，分散均匀后涂布在基底上，经紫外光固化后，得到光固化耐磨防雾涂层。
与现有技术相比，本发明具有如下优点：
本发明经一步法，将疏水硬膜和涂层中原位生成的SiO2纳米粒子相结合，保证了无机纳米颗粒在涂层中的均匀分散，提高了涂层的耐磨性能，同时增加了涂层的防雾性能。
本发明制备得到的涂料具有固化速度快、运行成本低、清洁高效无污染等特点。
具体实施方式
以下实施例中制备得到涂料的性能测试方法如下：
1、涂料防雾性能的测试方法：
1)将固化后的涂料放置在相对湿度为80％,温度为37℃的环境中，观察表面是否起雾，记录无雾状态的时间；
2)将固化后的涂料放置在60℃的热水上方5cm处，观察表面是否起雾，记录无雾状态的时间；
3)将固化后的涂料放置在-20℃的冰箱中，30min后拿出，观察表面是否起雾。
2、涂料的铅笔硬度测试按照GB/T 6739-2006进行。
实施例1
根据如下涂料配方进行涂料配制：
用超声振荡器分散至整个涂料体系澄清，用20μm线棒涂布器涂在干净透明聚酯(PET)膜表面上，用光强为20mW/cm2的紫外灯固化3min，得到耐磨的防雾制品，产品性能见表1。
实施例2
根据如下涂料配方进行涂料配制：
用超声振荡器分散至整个涂料体系澄清，用20μm线棒涂布器涂在干净透明聚酯(PET)膜表面上，用光强为20mW/cm2的紫外灯固化3min，得到耐磨的防雾制品，产品性能见表1。
实施例3
根据如下涂料配方进行涂料配制：
用超声振荡器分散至整个涂料体系澄清，用20μm线棒涂布器涂在干净透明聚酯(PET)膜表面上，用光强为20mW/cm2的紫外灯固化3min，得到耐磨的防雾制品，产品性能见表1。
实施例4
根据如下涂料配方进行涂料配制：
用超声振荡器分散至整个涂料体系澄清，用20μm线棒涂布器涂在干净透明聚酯(PET)膜表面上，用光强为20mW/cm2的紫外灯固化3min，得到耐磨的防雾制品，产品性能见表1。
实施例5
根据如下涂料配方进行涂料配制：
用超声振荡器分散至整个涂料体系澄清，用20μm线棒涂布器涂在干净透明聚酯(PET)膜表面上，用光强为20mW/cm2的紫外灯固化3min，得到耐磨的防雾制品，产品性能见表1。
实施例6
根据如下涂料配方进行涂料配制：
用超声振荡器分散至整个涂料体系澄清，用20μm线棒涂布器涂在干净透明聚酯(PET)膜表面上，用光强为20mW/cm2的紫外灯固化3min，得到耐磨的防雾制品，产品性能见表1。
实施例7
根据如下涂料配方进行涂料配制：
用超声振荡器分散至整个涂料体系澄清，用20μm线棒涂布器涂在干净透明聚酯(PET)膜表面上，用光强为20mW/cm2的紫外灯固化3min，得到耐磨的防雾制品，产品性能见表1。
实施例8
根据如下涂料配方进行涂料配制：
用超声振荡器分散至整个涂料体系澄清，用20μm线棒涂布器涂在干净透明聚酯(PET)膜表面上，用光强为20mW/cm2的紫外灯固化3min，得到耐磨的防雾制品，产品性能见表1。
实施例9
根据如下涂料配方进行涂料配制：
用超声振荡器分散至整个涂料体系澄清，用20μm线棒涂布器涂在干净透明聚酯(PET)膜表面上，用光强为20mW/cm2的紫外灯固化3min，得到耐磨的防雾制品，产品性能见表1。
实施例10
根据如下涂料配方进行涂料配制：
用超声振荡器分散至整个涂料体系澄清，用20μm线棒涂布器涂在干净透明聚酯(PET)膜表面上，用光强为20mW/cm2的紫外灯固化3min，得到耐磨的防雾制品，产品性能见表1。
实施例11
根据如下涂料配方进行涂料配制：
用超声振荡器分散至整个涂料体系澄清，用20μm线棒涂布器涂在干净透明聚酯(PET)膜表面上，用光强为20mW/cm2的紫外灯固化3min，得到耐磨的防雾制品，产品性能见表1。
实施例12
根据如下涂料配方进行涂料配制：
用超声振荡器分散至整个涂料体系澄清，用20μm线棒涂布器涂在干净透明聚酯(PET)膜表面上，用光强为20mW/cm2的紫外灯固化3min，得到耐磨的防雾制品，产品性能见表1。
实施例13
根据如下涂料配方进行涂料配制：
用超声振荡器分散至整个涂料体系澄清，用20μm线棒涂布器涂在干净透明聚酯(PET)膜表面上，用光强为20mW/cm2的紫外灯固化3min，得到耐磨的防雾制品，产品性能见表1。
实施例14
将实施例1中的芳香族聚氨酯丙烯酸酯树脂换成环氧丙烯酸树脂，其它原料、用量及步骤均与实施例1中相同，获得耐磨的防雾制品，产品性能见表1。
实施例15
将实施例1中的缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷换成丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷，其它原料、用量及步骤均与实施例1中相同，获得耐磨的防雾制品，产品性能见表1。
实施例16
除了使用10μm线棒涂布器将涂料涂在干净聚酯(PET)膜表面之外，其它步骤均与实施例1中相同，获得耐磨的防雾制品，产品性能见表1。
实施例17
除了使用50μm线棒涂布器将涂料涂在聚酯(PET)膜表面之外，其它步骤均与实施例1中相同，获得耐磨的防雾制品，产品性能见表1。
实施例18
除了将干净透明聚酯(PET)膜换成干净玻璃片之外，其它步骤均与实施例1中相同，获得耐磨的防雾制品，产品性能见表1。
实施例19
除了将光强改成50mW之外，其它步骤均与实施例1中相同，获得耐磨的防雾制品，产品性能见表1。
实施例20
除了将光照时间减少到1min之外，其它步骤均与实施例1中相同，获得耐磨的防雾制品，产品性能见表1。
实施例21
除了将光照时间增加到5min之外，其它步骤均与实施例1中相同，获得耐磨的防雾制品，产品性能见表1。
实施例22
除了将二芳基碘鎓盐换成三芳基硫鎓盐，其它原料、用量及步骤均与实施例1中相同，获得耐磨的防雾制品，产品性能见表1。
实施例23
除了将二芳基碘鎓盐换成氨基甲酸苄酯，其它原料、用量及步骤均与实施例1中相同，获得耐磨的防雾制品，产品性能见表1。
对比例1
根据如下涂料配方进行涂料配制：
用超声振荡器分散至整个涂料体系澄清，用20μm线棒涂布器涂在干净透明聚酯(PET)膜表面上，用光强为20mW/cm2的紫外灯固化3min，得到耐磨防雾性能较差制品，产品性能见表1。
对比例2
根据如下涂料配方进行涂料配制：
用超声振荡器分散至整个涂料体系澄清，用20μm线棒涂布器涂在干净透明聚酯(PET)膜表面上，用光强为20mW/cm2的紫外灯固化3min，得到耐磨防雾性能较差制品，产品性能见表1。
对比例3
根据如下涂料配方进行涂料配制：
用超声振荡器分散至整个涂料体系澄清，用20μm线棒涂布器涂在干净透明聚酯(PET)膜表面上，用光强为20mW/cm2的紫外灯固化3min，得到耐磨防雾性能较差制品，产品性能见表1。
对比例4
根据如下涂料配方进行涂料配制：
用超声振荡器分散至整个涂料体系澄清，用20μm线棒涂布器涂在干净透明聚酯(PET)膜表面上，用光强为20mW/cm2的紫外灯固化3min，得到耐磨防雾性能较差制品，产品性能见表1。
对比例5
根据如下涂料配方进行涂料配制：
用超声振荡器分散至整个涂料体系澄清，用20μm线棒涂布器涂在干净透明聚酯(PET)膜表面上，用光强为20mW/cm2的紫外灯固化3min，得到耐磨防雾性能较差制品，产品性能见表1。
表1
注：○表示涂层在该测试中具有防雾效果；
×表示涂层在该测试中没有防雾效果。

Claims (8)

1.一种光固化耐磨防雾涂料，其特征在于，按质量百分比计，所述光固化耐磨防雾涂料的组成为：
所述的有机硅氧烷的分子式如式Ⅰ所示：
式中，R1、R2、R3、R4独立地选自：C1～C8的烷基、C1～C3的烷氧基、芳基、胺基、烯基、环氧基、丙烯酰基、甲基丙烯酰基或巯基，且式中至少有三个为烷氧基；
所述的催化剂为光产酸剂或光产碱剂。
2.根据权利要求1所述的光固化耐磨防雾涂料，其特征在于，所述的光固化树脂选自环氧丙烯酸酯、聚氨酯丙烯酸酯、聚酯丙烯酸酯、丙烯酸酯改性环氧树脂、聚醚丙烯酸酯中的至少一种。
3.根据权利要求1所述的光固化耐磨防雾涂料，其特征在于，所述的光固化低官能度单体选自聚乙二醇二丙烯酸酯、聚乙二醇二甲基丙烯酸酯、聚乙二醇单丙烯酸酯、甲氧基聚乙二醇单丙烯酸酯、甲氧基聚乙二醇单甲基丙烯酸酯、丙烯酸羟乙酯、甲基丙烯酸羟乙酯、丙烯酸羟丙酯、甲基丙烯酸羟丙酯、2-(乙氧乙氧)乙二醇丙烯酸酯、双酚A-丙基二甲基丙烯酸酯中的至少一种。
4.根据权利要求1所述的光固化耐磨防雾涂料，其特征在于，所述的光固化高官能度单体选自三羟甲基丙烷三丙烯酸酯、甘油三丙烯酸酯、季戊四醇四丙烯酸酯、二季戊四醇五丙烯酸酯、二季戊四醇六丙烯酸酯中的至少一种。
5.根据权利要求1所述的光固化耐磨防雾涂料，其特征在于，所述的光产酸剂选自鎓盐、芳族重氮盐、金属茂盐或邻硝基苯甲醛；
所述的光产碱剂选自氨基甲酸酯类、酮肟酯类或甲酰胺类。
6.根据权利要求1～5任一权利要求所述的光固化耐磨防雾涂料，其特征在于，按质量百分比计，所述光固化耐磨防雾涂料的组成为：
7.根据权利要求6所述的光固化耐磨防雾涂料，其特征在于，
所述的有机硅氧烷为缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷和/或丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷；
所述的光引发剂为2-羟基-2-甲基-1-苯基-1-丙酮；
所述的催化剂为二芳基碘鎓盐、三芳基硫鎓盐或氨基甲酸苄酯。
8.一种根据权利要求1～7任一权利要求所述的光固化耐磨防雾涂料的施工方法，其特征在于，将所述的各原料混合，分散均匀后涂布在基底上，经紫外光固化后，得到光固化耐磨防雾涂层。
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