CN110343463A - 一种热弯增硬防污纳米涂层及其制备方法和涂覆固化方法 - Google Patents

一种热弯增硬防污纳米涂层及其制备方法和涂覆固化方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种热弯增硬防污纳米涂层及其制备方法和涂覆固化方法，该热弯增硬防污纳米涂层包括按质量百分比计的下述各组分：多官能聚氨酯丙烯酸酯20‑50％、多官能丙烯酸单体5‑25％、氟硅聚合物1‑5％、有机溶剂20‑60％、光引发剂1‑5％、分散剂0.5‑2％、助剂1‑10％。本发明所制备的涂层可涂覆于基材表面形成热弯增硬防污纳米涂层，该涂层不仅成膜性能好、硬度高、耐磨性好、具有自清洁功能，且在加热条件下可进行90°弯折、涂层不开裂，附着力完好，可改善基材的擦伤、污染等问题。

Description

一种热弯增硬防污纳米涂层及其制备方法和涂覆固化方法
技术领域
本发明涉及紫外光固化涂料领域，特别是涉及一种热弯增硬防污纳米涂层及其制备方法和涂覆固化方法。
背景技术
UV涂层因其清洁高效、制备工艺简单、成本低等优点常被用于涂敷于工件表面，用来增强工件的硬度，减少工件的磨损以及赋予工件其他优异的性能，如自清洁能力、高光泽度等。目前，在塑料、玻璃、陶瓷、金属部件、医疗器械、电子元件等工业生产领域得到了广泛的应用。
目前，根据工件构型、性能要求及设备条件等原因，工件涂覆UV功能层一般有“前加工”和“后加工”两种方式。前加工指基材前处理(组装、造型等)已经完成，涂覆UV涂层为最后一步工艺；后加工指在基材进行最终的组装等处理之前涂覆UV涂层，最后将UV涂层和基材一起进行后续工序处理。鉴于“后加工”经常涉及到弯折、拉伸以及热处理等工序，其对UV涂层的拉伸性能、弯折性能、耐热性能也必然有严格的要求，且后处理工序越复杂，工件可能面临的擦伤、污染等问题越显著，因此急切需求一种具有防污效果、耐擦伤且具有良好弯折性能的UV功能涂层。
发明内容
本发明的目的在于针对现有技术的不足，提供一种热弯增硬防指纹纳米涂层及其制备方法和涂覆固化方法，通过选择适宜的树脂及配比、通过物理掺混的方式来实现对基材的增硬，并赋予板材热弯以及防污自清洁的功能。
本发明的热弯增硬防污纳米涂层，包括按质量百分比计的下述各组分：
多官能聚氨酯丙烯酸酯20-50％
多官能丙烯酸单体5-25％
氟硅聚合物1-5％
有机溶剂20-60％
光引发剂1-5％
分散剂0.5-2％
助剂1-10％。
上述技术方案中，进一步地，所述的多官能聚氨酯丙烯酸酯为脂肪族聚氨酯丙烯酸酯或者芳香族聚氨酯丙烯酸酯中的一种或两种混合物，优选脂肪族聚氨酯丙烯酸酯。
进一步地，所述的多官能聚氨酯丙烯酸酯的官能度为3-6，优选4-6；伸长率为10-200％，优选50-100％。
进一步地，所述的多官能丙烯酸单体可以为直链型单体、主链或者侧链含有环形结构的单体，优选含有环形结构的单体；所述的多官能丙烯酸单体官能度为2-6，优选官能度为4-6。
进一步地，所述的氟硅聚合物为含有氟硅元素的丙烯酸低聚物、硅氟超支化共聚物、含氟硅氧烷中的一种或者多种。
进一步地，所述的有机溶剂为酯类溶剂、醚类溶剂、醇类溶剂、酮类溶剂等有机溶剂中的一种或者多种。
进一步地，所述的光引发剂包括二甲氧基苯基苯乙酮(IRGACURE 651)，羟基环己基苯基甲酮(IRGACURE 184)，2-羟基-2-甲基-1-苯基-1-丙酮(DAROCUR 1173)，2-甲基-1-(4-甲硫基苯基)-2-吗啉基-1-丙酮(IRGACURE 907)，二苯基-(2,4,6-三甲基苯甲酰)氧磷(TPO)中的一种或者多种。
进一步地，所述的分散剂为脂肪酸类或脂肪族酰胺类分散剂。
进一步地，所述的助剂包括流平剂、抗老化剂、光稳定剂等中的一种或者多种。
本发明还提供一种热弯增硬防污纳米涂层的制备方法，包括：
根据上述增硬防污纳米涂层的配方称取原料；
然后，将多官能聚氨酯丙烯酸酯、多官能丙烯酸单体、有机溶剂依次加入反应釜中采用500-800转/分低速搅拌30-40分钟；向上述步骤得到的搅拌混合物中加入氟硅聚合物，以1000-1500转/分速度搅拌5-10分钟，再加入分散剂，继续搅拌10-20分钟；最后加入光引发剂和助剂，以2000-3000转/分中速搅拌5-10分钟，混合均匀即得热弯增硬防污纳米涂层。
本发明还提供一种热弯增硬防污纳米涂层的涂覆固化方法，具体步骤包括：
首先，采用淋涂、滚涂或者喷涂的方式将涂层涂覆至基材上；
然后，将已涂覆涂层的基材在55-75℃温度下烘烤5-15min，再在100～300mW/cm2紫外光强度下固化5-60秒，累计固化能量500-2000mJ/cm2，即完成固化过程。
所述的涂层固化后表面水接触角为103-107°，植物油接触角为65-75°。
所述的涂层固化后铅笔硬度≥B(750g)，可耐指甲划痕。
所述的涂层固化后在100℃加热情况下具有20-50％的断裂伸长率。
所述的涂层固化后在加热情况下90°弯折，涂层无开裂等破坏现象。
在本发明的热弯增硬防污纳米涂层中，聚氨酯丙烯酸酯具有固化速度快、易与其他树脂混溶，且涂层附着力、耐磨性能以及耐化学试剂性能佳等优点；不同官能度的丙烯酸单体既可以作为活性稀释剂，降低体系黏度，又可以参与体系固化反应，调节涂层硬度；有机硅/有机氟改性的树脂可提高成膜的耐水性及热稳定性，而特定的氟硅聚合物基于其低表面张力、主链结构等可具备防污、自清洁的效果。本发明基于上述聚合物的性能特点，开创性地研发出一种组分简单，且同时具有热弯性能及一定较高伸长率的耐刮擦防污涂层，该涂层适用于“后处理”工艺，具有极大的工业应用价值。
本发明制备获得的热弯增硬防污纳米涂层，具有以下有益效果：
1.本发明的涂料采用UV固化型，无需高温加热，适用基材广；环保、无污染且固化时间短，利于工业生产；
2.本发明制得的涂层硬度高、光泽度好、耐刮擦；
3.本发明制得的涂层具有良好的防污自清洁效果；
4.本发明制得的涂层热弯性能好，具有极佳的拉伸性能。
附图说明
图1同种基材通过不同处理于100℃环境中弯折90°情况；
图2根据本发明的实施方案涂覆后的样板的疏水角和疏油角测试。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明作进一步说明。
实施例1
本实施例提供一种热弯增硬防污纳米涂层，该涂料包括按质量百分比计的下述各组分：
原料 质量百分比(％)
4官能聚氨酯丙烯酸酯UV-7324 20％
4官能丙烯酸单体EM241 25％
氟硅聚合物DC-7 1％
有机溶剂(乙酸乙酯) 50％
光引发剂(DAROCUR 1173) 1％
分散剂BYK-ATU 0.5％
流平剂BYK-333 1％
抗老化剂168 0.5％
光稳定剂UV-531 1％
上述热弯增硬防污纳米涂层的制备方法，具体包括下述步骤：
根据上述涂料的配方称取原料；然后，将UV-7324、EM241、乙酸乙酯依次加入反应釜中，采用500转/分低速搅拌40分钟；向上述步骤得到的搅拌混合物中加入DC-7，以1000转/分速度搅拌10分钟，加入分散剂BYK-ATU，继续搅拌20分钟；最后加入光引发剂DAROCUR1173和流平剂BYK-333、抗老化剂168和光稳定剂UV-531，以2000转/分中速搅拌10分钟，混合均匀即得热弯增硬防污纳米涂层。
上述热弯增硬防污纳米涂层的涂覆固化方法，具体包括下述步骤：
首先，采用喷涂的方式将涂层溶液涂覆至基材(2mm厚度的PMMA/ABS复合基材的PMMA面)上；
然后，将涂覆涂层的基材在55℃温度下烘烤10min，再在100mW/cm2紫外光强度下固化60秒，即完成固化过程。
性能测试：硬度B(750g)；附着力5B；光泽度(60°)＞100°；疏水角103-104°；疏油角65-68°；100℃环境断裂伸长率49.8％；100℃环境90°弯折，涂层无开裂。
实施例2
本实施例提供一种热弯增硬防污纳米涂层，该涂料包括按质量百分比计的下述各组分：
原料 质量百分比(％)
3官能聚氨酯丙烯酸酯6134B-80 30％
6官能丙烯酸单体EM265 5％
氟硅聚合物DC-7 2％
有机溶剂(乙酸乙酯：丙酮＝2:1) 58％
光引发剂(1173:907＝1:1) 2％
分散剂BYK-ATU 1％
流平剂BYK-333 0.5％
抗老化剂168 0.5％
光稳定剂UV-531 1％
上述热弯增硬防污纳米涂层的制备方法，具体包括下述步骤：
根据上述涂料的配方称取原料；然后，将6134B-80、EM265、2:1的乙酸乙酯及丙酮混合溶剂依次加入反应釜中，采用500转/分低速搅拌35分钟；向上述步骤得到的搅拌混合物中加入DC-7，以1000转/分速度搅拌10分钟，加入分散剂BYK-ATU，继续搅拌20分钟；最后加入1:1的1173及907光引发剂混合物和流平剂BYK-333、抗老化剂168和光稳定剂UV-531，以2000转/分中速搅拌10分钟，混合均匀即得热弯增硬防污纳米涂层。
上述热弯增硬防污纳米涂层的涂覆固化方法，具体包括下述步骤：
首先，采用淋涂的方式将涂层溶液涂覆至基材(2mm厚度的PMMA/ABS复合基材的PMMA面)上；
然后，将涂覆涂层的基材在60℃温度下烘烤5min，再在120mW/cm2紫外光强度下固化30秒，即完成固化过程。
性能测试：硬度HB(750g)；附着力5B；光泽度(60°)＞100°；疏水角103-105°；疏油角67-70°；100℃环境断裂伸长率20.8％；100℃环境90°弯折，涂层无开裂。
实施例3
本实施例提供一种热弯增硬防污纳米涂层，该涂料包括按质量百分比计的下述各组分：
原料 质量百分比(％)
6官能聚氨酯丙烯酸酯6147 40％
6官能丙烯酸单体EM2308-1 10％
氟硅聚合物DX-8012 3％
有机溶剂(乙酸乙酯：无水乙醇＝1:1) 43％
光引发剂(184:TPO＝1:1) 1％
分散剂ANTI-TERRA-U 1％
流平剂BYK-333 0.5％
抗老化剂168 0.5％
光稳定剂UV-531 1％
上述热弯增硬防污纳米涂层的制备方法，具体包括下述步骤：
根据上述涂料的配方称取原料；然后，将6147、EM2308-1、1:1的乙酸乙酯及无水乙醇混合溶剂依次加入反应釜中，采用800转/分低速搅拌40分钟；向上述步骤得到的搅拌混合物中加入DX-8012，以1500转/分速度搅拌5分钟，加入分散剂ANTI-TERRA-U，继续搅拌10分钟；最后加入1:1的184及TPO光引发剂混合物和流平剂BYK-333、抗老化剂168和光稳定剂UV-531，以3000转/分中速搅拌5分钟，混合均匀即得热弯增硬防污纳米涂层。
上述热弯增硬防污纳米涂层的涂覆固化方法，具体包括下述步骤：
首先，采用滚涂的方式将涂层溶液涂覆至基材(2mm厚度的PMMA/ABS复合基材的PMMA面)上；
然后，将涂覆涂层的基材在65℃温度下烘烤8min，再在300mW/cm2紫外光强度下固化10秒，即完成固化过程。
性能测试：硬度HB(750g)；附着力5B；光泽度(60°)＞100°；疏水角103-105°；疏油角68-70°；100℃环境断裂伸长率20.2％；100℃环境90°弯折，涂层无开裂。
实施例4
本实施例提供一种热弯增硬防污纳米涂层，该涂料包括按质量百分比计的下述各组分：
上述热弯增硬防污纳米涂层的制备方法，具体包括下述步骤：
根据上述涂料的配方称取原料；然后，将DR-120、EM3262、1:1的乙酸乙酯及丙二醇甲醚混合溶剂依次加入反应釜中，采用800转/分低速搅拌30分钟；向上述步骤得到的搅拌混合物中加入DX-8012，以1500转/分速度搅拌8分钟，加入分散剂ANTI-TERRA-U，继续搅拌8分钟；最后加入3:1的184及1173光引发剂混合物和流平剂BYK-333、抗老化剂168和光稳定剂UV-531，以3000转/分中速搅拌8分钟，混合均匀即得热弯增硬防污纳米涂层。
上述热弯增硬防污纳米涂层的涂覆固化方法，具体包括下述步骤：
首先，采用喷涂的方式将涂层溶液涂覆至基材(2mm厚度的PMMA/ABS复合基材的PMMA面)上；
然后，将涂覆涂层的基材在75℃温度下烘烤5min，再在100mW/cm2紫外光强度下固化40秒，即完成固化过程。
性能测试：硬度B(1000g)；附着力5B；光泽度(60°)＞100°；疏水角105-107°；疏油角73-75°；100℃环境断裂伸长率36.8％；100℃环境90°弯折，涂层无开裂。
图1为同种基材通过不同处理于100℃环境中弯折90°情况。其中，A)为原板基材，板材发白；B)为板材涂覆根据本发明实施方案制备的涂层，涂层外观无变化；C)为板材涂覆常规UV加硬涂层，基材断裂。由图1可知本发明的涂层与常规涂层相比具有更好的弯折性能。图2为根据本发明的实施方案涂覆后的样板的疏水角和疏油角测试图。其中，A)中的疏水角为104.128；B)中的疏油角为69.898，由图2可知本发明的涂层具有良好的防污效果。
上述实施例用来解释说明本发明，而不是对本发明进行限制，在本发明的精神和权利要求的保护范围内，对本发明做出的任何修改和改变，都落入本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种热弯增硬防污纳米涂层，其特征在于，包括按质量百分比计的下述各组分：
多官能聚氨酯丙烯酸酯20-50％
多官能丙烯酸单体5-25％
氟硅聚合物1-5％
有机溶剂20-60％
光引发剂1-5％
分散剂0.5-2％
助剂1-10％。
2.如权利要求1所述的热弯增硬防污纳米涂层，其特征在于：所述的多官能聚氨酯丙烯酸酯为脂肪族聚氨酯丙烯酸酯或者芳香族聚氨酯丙烯酸酯中的一种或两种混合物，其官能度为3-6，伸长率为10-200％。
3.如权利要求1所述的热弯增硬防污纳米涂层，其特征在于：所述的多官能丙烯酸单体为直链型单体、主链或者侧链含有环形结构的单体，其官能度为2-6。
4.如权利要求1所述的热弯增硬防污纳米涂层，其特征在于：所述的氟硅聚合物为含有氟硅元素的丙烯酸低聚物、硅氟超支化共聚物、含氟硅氧烷中的一种或者多种。
5.如权利要求1所述的热弯增硬防污纳米涂层，其特征在于：所述的有机溶剂为酯类溶剂、醚类溶剂、醇类溶剂、酮类溶剂中的一种或者多种。
6.如权利要求1所述的热弯增硬防污纳米涂层，其特征在于：所述的光引发剂包括二甲氧基苯基苯乙酮，羟基环己基苯基甲酮，2-羟基-2-甲基-1-苯基-1-丙酮，2-甲基-1-(4-甲硫基苯基)-2-吗啉基-1-丙酮，二苯基-(2,4,6-三甲基苯甲酰)氧磷中的一种或者多种。
7.如权利要求1所述的热弯增硬防污纳米涂层，其特征在于：所述的分散剂为脂肪酸类或脂肪族酰胺类分散剂。
8.如权利要求1所述的热弯增硬防污纳米涂层，其特征在于：所述的助剂包括流平剂、抗老化剂、光稳定剂中的一种或者多种。
9.如权利要求1-8任一项所述的热弯增硬防污纳米涂层的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
首先，根据热弯增硬防污纳米涂层的配方称取原料；
然后，将多官能聚氨酯丙烯酸酯、多官能丙烯酸单体、有机溶剂依次加入反应釜中采用500-800转/分低速搅拌30-40分钟；向上述步骤中加入氟硅聚合物，以1000-1500转/分速度搅拌5-10分钟，再加入分散剂，继续搅拌10-20分钟；最后加入光引发剂和助剂，以2000-3000转/分中速搅拌5-10分钟，混合均匀即得热弯增硬防污纳米涂层。
10.一种如权利要求9所述的热弯增硬防污纳米涂层的涂覆固化方法，其特征在于，具体步骤包括：
首先，采用淋涂、滚涂或者喷涂的方式将涂层涂覆至基材上；
然后，将已涂覆涂层的基材在55-75℃温度下烘烤5-15min，再在100～300mW/cm2紫外光强度下固化5-60秒，累计固化能量500-2000mJ/cm2，即完成固化过程。
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