CN108504274A - 水性uv双固化金属涂料及其制备方法和应用 - Google Patents

水性uv双固化金属涂料及其制备方法和应用 Download PDF

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Abstract

本发明提供了水性UV双固化金属涂料及其制备方法和应用。本发明水性UV双固化金属涂料的原料包括主剂和固化剂；所述主剂的原料包括：丙烯酸聚氨酯分散体、紫外光引发剂、分散剂、流平剂、消泡剂、水性铝银浆颜料，以及水；所述固化剂的原料包括：水分散性聚异氰酸脂聚合物。水性UV双固化金属漆具有快干、流平性佳、优异耐化学品性，金属效果好，多种底材均有优异附着力，同时具有优良的耐磨性和重涂性，集中了UV漆和双组分聚氨酯漆的特点，综合性能比现有的UV漆和双组分聚氨酯漆均有较大的提高和改善。

Description

水性UV双固化金属涂料及其制备方法和应用
技术领域
本发明涉及涂料领域，具体而言，涉及水性UV双固化金属涂料及其制备方法和应用。
背景技术
由于对环境保护等方面的重视，水性涂料近年来受到了广泛的关注且发展迅速。水性UV光固化涂料充分发挥了UV固化和用水性稀释剂的两种技术的综合性能，比传统油性光UV涂料更具施工、经济、安全、应用方面的优势，但水性UV涂层的一些性能如：耐水、耐碱性较差等，限制了水性UV涂料的应用。单纯水性UV涂料只适用于平面涂装固化，对于形状复杂的物体表面固化比较困难。
对于涂料的发展来说，环保要求和性能兼顾始终是我们追求的目标，水性UV双重固化涂料使水性光固化涂料的应用领域得到进一步发展，而在保持现有环保性能的前提下，对涂料性能进行进一步的提升，从而拓宽水性UV双固化涂料的应用领域，则是目前亟待解决的问题。
有鉴于此，特提出本发明。
发明内容
本发明的第一目的在于提供一种水性UV双固化金属涂料，本发明涂料具有稳定性好，干燥快，且耐候性好等优点。
本发明的第二目的在于提供一种所述的水性UV双固化金属涂料的制备方法，本发明制备方法具有工艺简便，适于规模化生产等优点。
为了实现本发明的上述目的，特采用以下技术方案：
一种水性UV双固化金属涂料，所述水性UV双固化金属涂料的原料包括主剂和固化剂；
其中，所述主剂的原料包括：丙烯酸聚氨酯分散体、紫外光引发剂、分散剂、流平剂、消泡剂、水性铝银浆颜料，以及水；
优选的，所述水为去离子水；
所述固化剂的原料包括：水分散性聚异氰酸脂聚合物；
优选的，所述水分散性聚异氰酸脂聚合物为脂肪族聚异氰酸脂聚合物。
优选的，本发明所述的水性UV双固化金属涂料中，所述主剂和固化剂的质量比为(10～20)：1；
更优选的，主剂和固化剂的质量比为(12～18)：1；
进一步优选的，主剂和固化剂的质量比为15：1。
优选的，本发明所述的水性UV双固化金属涂料中所述紫外光引发剂为羟基酮或者酰基膦类引发剂中的一种或两种；
更优选的，所述紫外光引发剂为羟基酮和酰基膦类引发剂。
优选的，本发明所述的水性UV双固化金属涂料中，所述分散剂为含颜料吸附基团的共聚物水溶液；
和/或，所述流平剂为有机硅类流平剂；
和/或，所述消泡剂为矿物油类消泡剂。
优选的，本发明所述的水性UV双固化金属涂料中，按照重量百分数计，主剂中各原料用量如下：
丙烯酸聚氨酯分散体50～75％，紫外光引发剂1～1.5％，分散剂0.5～1.0％，流平剂0.1～0.5％，消泡剂0.1～0.5％，水性铝银浆颜料5～15％，以及水20～35％；
更优选的，按照重量百分数计，主剂中各原料用量如下：丙烯酸聚氨酯分散体60～70％，紫外光引发剂1～1.5％，分散剂0.5～1.0％，流平剂0.1～0.5％，消泡剂0.1～0.5％，水性铝银浆颜料5～7％，以及水20～35％；
进一步优选的，按照重量百分数计，主剂中各原料用量如下：丙烯酸聚氨酯分散体60％，紫外光引发剂1.5％，分散剂0.8％，流平剂0.2％，消泡剂0.1％，水性铝银浆颜料6％，以及余量的水。
同时，本发明还提供了所述的水性UV双固化金属涂料的制备方法，包括如下步骤：
将主剂的各原料混合，得到主剂，然后将主剂与固化剂混合，即得到所述水性UV双固化金属涂料。
优选的，本发明所述的水性UV双固化金属涂料的制备方法中，所述主剂的制备方法包括如下步骤：
在搅拌条件下，向丙烯酸聚氨酯分散体中，加入以部分水分散的紫外光引发剂；
然后，加入消泡剂和流平剂；
接着，加入以分散剂以及部分水分散的水性铝银浆颜料；
最后，加入剩余量的水，并搅拌混合均匀，即得到主剂。
优选的，本发明水性UV双固化金属涂料的制备方法中，所述主剂的制备方法包括如下步骤：
将紫外光引发剂以部分水分散10～15min，得到以部分水分散的紫外光引发剂；
和/或，将水性铝银浆颜料以分散剂、部分水在200～300r/min的转速下分散15～20min，得到以分散剂以及部分水分散的水性铝银浆颜料。
进一步的，本发明还提供了所述的水性UV双固化金属涂料的应用，包括：
将本发明所述的水性UV双固化金属涂料的涂覆于基材表面，然后进行UV固化和/或热固化。
优选的，本发明所述的水性UV双固化金属涂料的应用中，所述基材为木质、金属，或者塑料基材中的一种或几种。
与现有技术相比，本发明的有益效果为：
1.本发明涂料干燥迅速，经紫外光照射后漆膜表面即可达到硬度HB或更高。
2.同时，通过在主剂中引入高耐候的脂肪族聚氨酯丙烯酸树脂，从而提高了涂料的耐候性。
3.漆膜经后固化实干之后，硬度、冲击、柔韧性、耐化学品性能均表现优良。
4.用途广泛：可用于多种底材的涂装，在木器、金属、塑胶材质上均匀较好的附着性能；重涂配套性能优良，可以和多种底、面漆配套使用。
5.本发明涂料的储存稳定性良好，并克服了多数水性金属漆储存时间短的缺陷。
6.本发明涂料的金属效果可以达到传统油性金属漆的外观效果。
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。实施例中未注明具体条件者，按照常规条件或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。
有鉴于目前水性涂料所存在着的稳定性、耐候性较差，所形成漆膜强度较低等问题，本发明特提供了一种新型水性UV双固化金属涂料，以解决现有水性涂料所存在的不足之处。
具体的，本发明所提供的水性UV双固化金属涂料是由主剂和固化剂两组分混合制成；
而在混合制备涂料时，主剂和固化剂的质量比为(10～20)：1，例如可以为，但不限于12:1、15:1、17：1，或者19:1；优选的，主剂和固化剂的质量比为(12～18)：1；更优选的，主剂和固化剂的质量比为15：1。
进一步的，主剂制备所需原料为：丙烯酸聚氨酯分散体、紫外光引发剂、分散剂、流平剂、消泡剂、水性铝银浆颜料，以及水；
脂肪族丙烯酸聚氨酯分散体带有不饱和双键和羟基，既可用紫外光固化也可以和异氰酸酯反应固化，并为涂料提供良好的附着力和耐化学品性能；同时，通过以丙烯酸聚氨酯分散体为原料，也能够提高进一步所形成漆膜的耐候性；
紫外光引发剂为羟基酮类引发剂和酰基膦类引发剂的复合引发剂；
例如，所用羟基酮类引发剂具体可以为：2-羟基-2-甲基-1-苯甲酮或1-羟基环己基苯甲酮；
同时，所用酰基膦类引发剂具体可以为：2,4,6-三甲基苯甲酰基-二苯基氧化膦或2,4,6-三甲基苯甲酰基苯基膦酸乙酯。
而通过对于原料的选择、调整和优化，也使得本发明原料中，无需加入紫外光吸收剂和稳定剂等辅剂，也能够实现涂料的快速UV固化，这不仅能够降低成本，而且能够简化制备工艺，还有利于实现涂料的绿色生产。
所述分散剂为含颜料吸附基团的共聚物水溶液，具体的，可以为：
所述流平剂为有机硅类流平剂，更具体的，为水性专用有机硅类流平剂，例如：
所述消泡剂为：矿物油类消泡剂；
所述水性铝银浆颜料为；而水性铝银浆颜料不仅可以使得本发明涂料具有优异的金属性效果，同时通过与其他组分的复合作用，也能够使得本发明涂料具有良好的储存稳定性。
同时，所述水优选的为去离子水。
进一步的，通过各组分间的协调作用，不仅使得本发明水性UV双固化金属涂料具有良好的稳定性和金属性效果，同时也使得进一步所形成的漆膜具有良好的温度、化学品等的耐受性。
同时，优选的，按照质量百分数计，主剂中各原料用量具体如下：丙烯酸聚氨酯分散体50～75％，例如可以为，但不限于55、57、60、62、65，67、70，或者72％等；紫外光引发剂1～1.5％，例如可以为，但不限于1.1、1.2、1.3，或者1.4％等；分散剂0.5～1.0％，例如可以为，但不限于0.6、0.7、0.8，或者0.9％等；流平剂0.1～0.5％，例如可以为，但不限于0.2、0.3，或者0.4％等；消泡剂0.1～0.5％，例如可以为，但不限于0.2、0.3，或者0.4％等；水性铝银浆颜料5～15％，例如可以为，但不限于5、7、9、10、12，或者14％等；以及水20～35％，例如可以为，但不限于22、25、27、30、32，或者34％等；
条件是，各原料用量之和为100％。
更优选的，按照重量百分数计，主剂中各原料用量如下：丙烯酸聚氨酯分散体60～70％，紫外光引发剂1～1.5％，分散剂0.5～1.0％，流平剂0.1～0.5％，消泡剂0.1～0.5％，水性铝银浆颜料5～7％，以及水20～35％；
条件是，各原料用量之和为100％。
更进一步优选的，按照重量百分数计，主剂中各原料用量如下：丙烯酸聚氨酯分散体60％，紫外光引发剂1.5％，分散剂0.8％，流平剂0.2％，消泡剂0.1％，水性铝银浆颜料6％，以及余量的去离子水。
进一步的，以原料总质量份数为100计，按照最优选的原料配比为例，(即，丙烯酸聚氨酯分散体60份，紫外光引发剂1.5份，分散剂0.8份，流平剂0.2份，消泡剂0.1份，水性铝银浆颜料6份，以及余量的去离子水，各原料总量为100份)对主剂的制备方法具体介绍如下：
在慢速搅拌条件下(转速优选的为150～200r/min)，向容器中加入60份丙烯酸聚氨酯分散体；
然后，在该搅拌条件下，加入以离子水分散的紫外光引发剂(将1.5份紫外光引发剂以3份去离子水分散10～15min制得)；
接着，在该搅拌条件下，依次加入流平剂和消泡剂；
然后，在该搅拌条件下，加入以分散剂和去离子水分散的水性铝银浆颜料(将6份水性铝银浆颜料以0.8份分散剂和15份去离子水在转速200～300r/min条件下分散15～20min得到)；
最后，在该搅拌条件下，加入剩余量的去离子水，并继续搅拌40～50min，使得各原料混合均匀，即得到主剂。
同时，本发明涂料的另一原料组分固化剂，则完全是水分散型脂肪族异氰酸酯聚合物，即固化剂中，水分散型脂肪族异氰酸酯聚合物的质量占比为100％。
进一步的，在使用时，将主剂和固化剂按比例进行混合，即得到本发明水性UV双固化金属涂料。
由如上方法所制备的水性UV双固化金属涂料具有快干、流平性佳、优异耐化学品性，金属效果好，对多种基材均有优异附着力，同时具有优良的耐磨性和重涂性，集中了UV漆和双组分聚氨酯漆的特点，综合性能比现有的UV漆和双组分聚氨酯漆均有较大的提高和改善。
同样的，本发明水性UV双固化金属涂料的使用也比较简便，将主剂和固化剂混合所得水性UV双固化金属涂料涂覆(例如采用喷涂)于基材之上，然后进行UV光固化和/或热固化，实干后，形成漆膜；
而所述基材可以为木器、金属，或者塑料等材质。
实施例1
按照质量百分数：丙烯酸聚氨酯分散体60％，2-羟基-2-甲基-1-苯甲酮0.5％，2,4,6-三甲基苯甲酰基-二苯基氧化膦1％，分散剂0.8％，流平剂0.2％，消泡剂0.1％，水性铝银浆颜料6％，以及余量的去离子水，分别称取适量各原料：
然后，按照如下方法，制备实施例1的水性UV双固化金属涂料；
在转速150r/min条件下，向容器中加入丙烯酸聚氨酯分散体；
然后，加入以离子水分散的紫外光引发剂(将引发剂以3％去离子水分散15min制得)；
接着，依次加入流平剂和消泡剂；
然后，加入以分散剂和去离子水分散的水性铝银浆颜料(将水性铝银浆颜料以分散剂和15％去离子水在转速300r/min条件下分散20min得到)；
最后，加入剩余量的去离子水，并继续搅拌50min，使得各原料混合均匀，即得到主剂。
然后，按照15:1的质量比，将主剂和脂肪族聚异氰酸脂聚合物混合，得到实施例1的水性UV双固化金属涂料。
实施例2
按照实施例1的方法制得主剂；
然后，将主剂和脂肪族聚异氰酸脂聚合物按照10:1的质量比进行混合，得到实施例2的水性UV双固化金属涂料。
实施例3
按照实施例1的方法制得主剂；
然后，将主剂和脂肪族聚异氰酸脂聚合物按照20:1的质量比进行混合，得到实施例3的水性UV双固化金属涂料。
实施例4
按照质量百分数：丙烯酸聚氨酯分散体70％，1-羟基环己基苯甲酮0.5％，2,4,6-三甲基苯甲酰基苯基膦酸乙酯1％，分散剂0.8％，流平剂0.2％，消泡剂0.1％，水性铝银浆颜料6％，以及余量的去离子水，分别称取适量各原料：
然后，按照如下方法，制备实施例4的水性UV双固化金属涂料；
在转速150r/min条件下，向容器中加入丙烯酸聚氨酯分散体；
然后，加入以离子水分散的紫外光引发剂(将引发剂以3％去离子水分散15min制得)；
接着，依次加入流平剂和消泡剂；
然后，加入以分散剂和去离子水分散的水性铝银浆颜料(将水性铝银浆颜料以分散剂和15％去离子水在转速300r/min条件下分散15min得到)；
最后，加入剩余量的去离子水，并继续搅拌50min，使得各原料混合均匀，即得到主剂。
然后，按照15:1的质量比，将主剂和脂肪族聚异氰酸脂聚合物混合，得到实施例4的水性UV双固化金属涂料。
实施例5
按照质量百分数：丙烯酸聚氨酯分散体60％，2,4,6-三甲基苯甲酰基苯基膦酸乙酯1.5％，分散剂0.8％，流平剂0.2％，消泡剂0.1％，水性铝银浆颜料6％，以及余量的去离子水，分别称取适量各原料：
然后，按照如下方法，制备实施例1的水性UV双固化金属涂料；
在转速150r/min条件下，向容器中加入丙烯酸聚氨酯分散体；
然后，加入以离子水分散的紫外光引发剂(将引发剂以3％去离子水分散15min制得)；
接着，依次加入流平剂和消泡剂；
然后，加入以分散剂和去离子水分散的水性铝银浆颜料(将水性铝银浆颜料以分散剂和15％去离子水在转速250r/min条件下分散20min得到)；
最后，加入剩余量的去离子水，并继续搅拌50min，使得各原料混合均匀，即得到主剂。
然后，按照15:1的质量比，将主剂和脂肪族聚异氰酸脂聚合物混合，得到实施例5的水性UV双固化金属涂料。
对比例1
按照质量百分数：丙烯酸聚氨酯分散体60％，1-羟基环己基苯甲酮0.5％，2,4,6-三甲基苯甲酰基-二苯基氧化膦1％，分散剂0.8％，流平剂0.2％，消泡剂0.1％，水性铝银浆颜料6％，以及余量的去离子水，分别称取适量各原料：
然后，按照如下方法，制备对比例1的水性UV双固化金属涂料；
在转速150r/min条件下，依次向容器中加入丙烯酸聚氨酯分散体、引发剂、分散剂、流平剂、消泡剂、水性铝银浆颜料，以及去例子水，然后搅拌60min，即得到主剂；
然后，按照15:1的质量比，将主剂和脂肪族聚异氰酸脂聚合物混合，得到对比例1的水性UV双固化金属涂料。
实验例1
(1)涂料稳定性测试
分别将实施例1-5以及对比例1的涂料在60℃温度下储存6个月，然后测试涂料的性能
(2)漆膜性能测试
分别将实施例1-5，以及对比例1的涂料喷涂于同一批次、且形状厚度相同的塑料基板上，厚度为30±5微米；然后，在35℃条件下，分别以紫外光均匀照射5min，经固化实干后，对所形成漆膜进行检测，结果如下：
由如上实验结果可知，本发明涂料不仅稳定性良好，而且所形成的漆膜具有较好的附着力、硬度以及耐冲击性和环境耐受性；
同时，由实施例1和实施例2、3涂料所形成漆膜性能对比可知，主剂和固化剂用量配比对于所形成漆膜的性能有着一定的影响，而按照实施例1的配比，所得到的漆膜性能更优；
同时，由实施例1、4对比可知，涂料原料主剂成分中，丙烯酸聚氨酯分散体的占比对于进一步所形成的漆膜也是有着一定的影响的，而按照实施例1的配比，所形成的漆膜性能更佳；
同样的，由实施例1、5对比可知，所用引发剂类型的不同，也是会影响所形成漆膜的耐受性等性能，而将两种引发剂共同使用，明显所形成漆膜性能更优；
进一步的，由实施例1和对比例1对比可知，制备方法工艺对于涂料以及所形成漆膜性能也是会有一定的影响的，而按照实施例1中的方法，则能够提高进一步所形成漆膜的性能。
尽管已用具体实施例来说明和描述了本发明，然而应意识到，在不背离本发明的精神和范围的情况下可以作出许多其它的更改和修改。因此，这意味着在所附权利要求中包括属于本发明范围内的所有这些变化和修改。

Claims (10)

1.一种水性UV双固化金属涂料，其特征在于，所述水性UV双固化金属涂料的原料包括主剂和固化剂；
其中，所述主剂的原料包括：丙烯酸聚氨酯分散体、紫外光引发剂、分散剂、流平剂、消泡剂、水性铝银浆颜料，以及水；
优选的，所述水为去离子水；
所述固化剂的原料包括：水分散性聚异氰酸脂聚合物；
优选的，所述水分散性聚异氰酸脂聚合物为脂肪族聚异氰酸脂聚合物。
2.根据权利要求1所述的水性UV双固化金属涂料，其特征在于，主剂和固化剂的质量比为(10～20)：1；
优选的，主剂和固化剂的质量比为(12～18)：1；
更优选的，主剂和固化剂的质量比为15：1。
3.根据权利要求1所述的水性UV双固化金属涂料，其特征在于，所述紫外光引发剂为羟基酮或者酰基膦类引发剂中的一种或两种；
优选的，所述紫外光引发剂为羟基酮和酰基膦类引发剂。
4.根据权利要求1所述的水性UV双固化金属涂料，其特征在于，所述分散剂为含颜料吸附基团的共聚物水溶液；
和/或，所述流平剂为有机硅类流平剂；
和/或，所述消泡剂为矿物油类消泡剂。
5.根据权利要求1所述的水性UV双固化金属涂料，其特征在于，按照重量百分数计，主剂中各原料用量如下：
丙烯酸聚氨酯分散体50～75％，紫外光引发剂1～1.5％，分散剂0.5～1.0％，流平剂0.1～0.5％，消泡剂0.1～0.5％，水性铝银浆颜料5～15％，以及水20～35％；
优选的，按照重量百分数计，主剂中各原料用量如下：丙烯酸聚氨酯分散体60～70％，紫外光引发剂1～1.5％，分散剂0.5～1.0％，流平剂0.1～0.5％，消泡剂0.1～0.5％，水性铝银浆颜料5～7％，以及水20～35％；
更优选的，按照重量百分数计，主剂中各原料用量如下：丙烯酸聚氨酯分散体60％，紫外光引发剂1.5％，分散剂0.8％，流平剂0.2％，消泡剂0.1％，水性铝银浆颜料6％，以及余量的水。
6.权利要求1-5中任一项所述的水性UV双固化金属涂料的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括如下步骤：
将主剂的各原料混合，得到主剂，然后将主剂与固化剂混合，即得到所述水性UV双固化金属涂料。
7.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，所述主剂的制备方法包括如下步骤：
在搅拌条件下，向丙烯酸聚氨酯分散体中，加入以部分水分散的紫外光引发剂；
然后，加入消泡剂和流平剂；
接着，加入以分散剂以及部分水分散的水性铝银浆颜料；
最后，加入剩余量的水，并搅拌混合均匀，即得到主剂。
8.根据权利要求7所述的制备方法，其特征在于，所述主剂的制备方法包括如下步骤：
将紫外光引发剂以部分水分散10～15min，得到以部分水分散的紫外光引发剂；
和/或，将水性铝银浆颜料以分散剂、部分水在200～300r/min的转速下分散15～20min，得到以分散剂以及部分水分散的水性铝银浆颜料。
9.权利要求1-5中任一项所述的水性UV双固化金属涂料的应用，其特征在于，包括：
将权利要求1-5中任一项所述的水性UV双固化金属涂料的涂覆于基材表面，然后进行UV固化和/或热固化。
10.根据权利要求9所述的应用，其特征在于，所述基材为木质、金属，或者塑料基材中的一种或几种。
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