CN1772820A - 一种用于塑料的紫外光固化涂料及其制造方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种用于塑料的紫外光固化涂料及其制造方法,该涂料包括基体树脂、活性稀释剂、光引发剂、溶剂,其特征在于还包括耐磨-硬度添加剂,该耐磨-硬度添加剂在该涂料中的重量百分比含量为0.1~8.0%。本发明涂料有很好的硬度和耐磨性能,喷涂后漆膜平整、柔韧性好、附着力强,能耐不同化学品腐蚀。
Description
技术领域
本发明属于涂料技术领域,涉及一种用于塑料的紫外光固化涂料及其制造方法,特别是涉及一种具有高硬度和耐磨性能的用于塑料的紫外光固化涂料。
背景技术
紫外光固化涂料具有高效、节能,无污染,漆膜层耐磨、硬度高、附着力强、耐腐蚀等特点,已广泛应用于家具涂装、家庭装修及油墨等。由于紫外光固化涂料的上述特点,目前正将其应用于便携式器件的塑料配件的面漆,如手机壳体表面,手提电脑外壳,化妆品包装外壳等。用紫外光固化涂料喷涂此种塑料件,可使其坚韧耐磨,耐汗水或其他化学品的腐蚀,光泽度高,使用期超长等优点,因此,目前在此方面的应用是该种涂料推广运用的一个热点。
传统的用于木器、皮革、金属等的紫外光固化涂料,大都采用脂肪族聚氨酯丙烯酸酯、聚酯丙烯酸酯或环氧丙烯酸酯的两种或几种作为主要成膜物质,以1到3个官能团反应性丙烯酸单体作为稀释单体,再添加少量的助剂组成,如CN1277232A、CN1297973A等即采用此种方法。由于其组成和配比的局限性,将该种涂料用于经常受磨损的塑料器件的面漆时,其硬度和耐磨性则显不足。CN1436825A谈到在涂料体系中添加占总重量0.5~3%的耐磨添加剂,该种耐磨添加剂型号为BYK920,它为一种反应性助剂,可增进树脂或稀释单体的交联效果,因此可在一定程度上增加固化后漆膜的耐磨性,但难以较大程度地同时增加漆膜的硬度和耐磨性,因此不能达到便携塑料器件涂层的使用要求。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是针对现有技术所存在的便携塑料器件涂层漆膜的硬度和耐磨性达不到使用要求的缺陷,提供一种用于塑料的紫外光固化涂料及其制造方法,通过在涂料中增加一种高强度的硬度和耐磨添加剂粉末,能够同时提高紫外光固化涂料的耐磨度和硬度,使其达到高档塑料器件对漆膜涂料的要求。喷涂于塑料表面后,用紫外光照射,其固化膜层不仅耐磨性能优异,而且硬度高,能耐汗水及一般化学品腐蚀,涂层的表面质量极好,能很好的满足便携式塑料器件的涂料的要求。
根据本发明,所提供的用于塑料的紫外光固化涂料包括基体树脂、活性稀释剂、光引发剂和溶剂,其特征在于还包括耐磨-硬度添加剂,该耐磨-硬度添加剂在该涂料中的重量百分比含量为0.1~8.0%,优选0.2~5.0%。所述耐磨-硬度添加剂是显微硬度在500kgf/mm2以上的固体粉末。
在一般使用中,对便携式塑料器件漆膜的硬度和耐磨性能较之其他被涂覆件有着更高的要求。相对于涂层的附着力、耐溶剂性等性能来讲,提高涂料的硬度和耐磨性能的难度往往更大。
在本发明中,采用向涂料总体系中加入一定量的用于改善硬度及耐磨性的耐磨-硬度添加剂,所述的耐磨-硬度添加剂的材料为具有较高机械强度的固体粉末,当基体树脂和活性稀释剂经光固化后,耐磨-硬度添加剂粉末就混入涂膜层中,由于该耐磨-硬度添加剂是具有较高硬度和强度的材料,这样就大大改善了整个涂膜层的物理机械性能,极大地提高了漆膜的硬度和耐磨性。
在本发明紫的外光固化涂料中,只要是其显微硬度满足上述要求的固体粉末,都可以用作所述的耐磨-硬度添加剂,例如,该耐磨-硬度添加剂可以为选自碳化物、氮化物、氧化物或有机高聚物中的至少一种。优选的是,所述碳化物为选自碳化硅、碳化锆、碳化硼、碳化铝、碳化铁、碳化铬中的至少一种;所述氮化物为选自氮化钛、氮化锆、氮化镓、氮化铝、氮化钙中的至少一种;所述氧化物为选自二氧化钛、氧化铝、氧化铬、氧化锡、二氧化硅中的至少一种;所述有机高聚物为选自尼龙、聚乙烯蜡、聚丙烯蜡、聚氯乙烯蜡、聚碳酸酯中的至少一种。
所述耐磨-硬度添加剂固体粉末的平均颗粒大小优选为小于10μm,更优选为3μm~8μm。其粒径太大时会增加混入主体树脂的难度,并且使漆膜表面流平性能不良,粒径太小有可能会降低对提高漆膜层的硬度和耐磨性的能力。
所述耐磨-硬度添加剂的添加量必须严格控制,添加过少不足以增加固化后膜层的硬度和耐磨性能,太多则会影响漆膜对底材的附着力,使漆膜层对底材的附着力不良。
在本发明的紫外光固化涂料中,各组分的重量百分比含量优选的是:
基体树脂 15-70%
活性稀释剂 10~55%
耐磨-硬度添加剂 0.1~8.0%
光引发剂 2.0~10.0%
溶剂 2~50%
在本发明的紫外光固化涂料中,所述基体树脂可以采用现有技术中传统的用于紫外光固化涂料中的基体树脂,本发明对其没有特别的限制,但优选的是玻璃化温度(Tg)在60℃以上的基体树脂,例如,该基体树脂可以为选自脂肪族聚氨酯丙烯酸酯树脂、环氧(甲基)丙烯酸酯树脂和聚酯丙烯酸酯树脂中的至少一种。特别优选的是,所述基体树脂为由脂肪族聚氨酯丙烯酸酯树脂、环氧(甲基)内烯酸酯树脂和聚酯丙烯酸酯树脂所组成的混合树脂,此时相对于所述涂料的总重量,所述混合树脂中各成分的重量百分比含量为:
脂肪族聚氨酯丙烯酸酯树脂 5~20%;
环氧(甲基)丙烯酸酯树脂 5~30%;
聚酯丙烯酸酯树脂 5~20%。
本发明紫外光固化涂料中的基体树脂可采用Basfu(巴斯夫)或galstaff(盖斯塔夫)等部分型号的产品。
在本发明的紫外光固化涂料中,所述活性稀释剂可以采用现有技术中传统的用于紫外光固化涂料中的活性稀释剂,例如采用官能度数从1到3的反应性的丙烯酸酯单体即单官能团丙烯酸酯单体、双官能团丙烯酸酯单体、三官能团丙烯酸酯单体中的至少一种。单官能度丙烯酸酯单体有丙烯酸羟乙酯(HEA),丙烯酸异冰片酯,丙烯酸异辛酯,乙氧化羟乙基甲基丙烯酸酯等。双官能度丙烯酸酯单体通常有二缩三丙二醇二丙烯酸酯(TPGDA)、1,6己二醇二丙烯酸酯(HDDA)、聚乙二醇二丙烯酸酯等,三官能度丙烯酸酯单体有三羟甲基丙烷三丙烯酸酯(TMPTA),季戊四醇三丙烯酸酯等。通常,官能团越低,其对主体树脂的稀释效果好,但其活性小,交联密度小,因此固化后形成的漆膜耐磨性和硬度往往达不到较高的要求。高官能团单体属于高反应性单体,具有很高的交联密度,对提高固化后漆膜的耐磨性和硬度很有帮助,形成的膜层的耐溶剂性也好。但会增加主体树脂的稀释难度,并且可能会较严重地导致漆膜对底材的附着力下降。在本发明中,所述活性稀释剂特别优选的是采用单官能团丙烯酸酯单体、双官能团丙烯酸酯单体和三官能团丙烯酸酯单体的混合物,此时相对于所述涂料的总重量,优选各单体的重量百分比含量如下:
单官能团丙烯酸酯单体 2~15%;
双官能团丙烯酸酯单体 4~20%;
三官能团丙烯酸酯单体 4~20%。
在本发明的紫外光固化涂料中,所述溶剂可以采用现有技术中传统的用于紫外光固化涂料中的溶剂,但为达到合适的溶解力和挥发速度,本发明优选的是采用两种或两种以上不同种有机溶剂所组成的混合溶剂,例如,所述溶剂可以为选自甲苯、乙酸乙酯、乙酸丁酯、乙酸异丁酯、乙酸丙酯、乙醇、正丁醇、环己酮、二甲苯、甲基异丁基甲酮、丙酮、甲乙酮、乙二醇丁醚、丙二醇丁醚中的两种或两种以上的溶剂的混合物。
在本发明的紫外光固化涂料中,所述光引发剂可以采用现有技术中传统的用于紫外光固化涂料中的光引发剂,本发明对其没有特别的限制,例如,该光引发剂可选用汽巴公司的IHT-PI185、IHT-PI907、Irgacure651、Irgacure184、Irgacure369、Irgacure754,Irgacure2022,darocur1173,Irgacure2959、darocurMBF等产品中的一种或几种的混合物。
在本发明的紫外光固化涂料中,除上述组分以外,还可以含有流平剂、消泡剂、分散剂等其它助剂。
所述的流平剂可以采用现有技术中传统的用于紫外光固化涂料中的流平剂,本发明对其没有特别的限制,例如可以采用EFKA3883、EFKA3886、EFKA3600、EFKA3035、BYK366、BYK333、BYK307、DEGO410等中的一种或几种的混合物,其含量可以为涂料总重量的0.1~1.0%。
所述的消泡剂可以采用现有技术中传统的用于紫外光固化涂料中的消泡剂,本发明对其没有特别的限制,例如可以采用EFKA2022、EFKA2527、EFKA2040、BYK352、BYK354、BYK357、BYK052等中的一种或几种的混合物,其含量可以为涂料总重量的0.1~1.5%。
为了使所述耐磨-硬度添加剂能更好地悬浮于所述涂料中,本发明的紫外光固化涂料优选还含有分散剂。所述的分散剂可以采用现有技术中传统的分散剂,本发明对其没有特别的限制,例如可以采用Kerper-602、Kerper-605、Kerper630、CFC-500HP、CFC-510、CFC-637、CFC-604S等中的一种或几种的混合物。
根据本发明提供的制造所述用于塑料的紫外光固化涂料的方法包括以下步骤:
(1)将占涂料总体系15~70重量%的基体树脂溶解于占总体系10~55重量%的丙烯酸酯单体活性稀释剂中,搅拌均匀;
(2)将占涂料总体系2~10重量%的光引发剂与占涂料总体系2~50重量%的溶剂混合,搅拌至充分溶解;
(3)将步骤(2)所得混合物与步骤(1)所得混合物搅拌混合均匀;
(4)向步骤(3)所得混合物中加入占涂料总体系0.1~8.0重量%的显微硬度在500kgf/mm2以上的耐磨-硬度添加剂固体粉末,高速搅拌使该固体粉末均匀悬浮。
其中步骤(4)还可以包括向步骤(3)所得混合物中加入前面所述的流平剂、消泡剂和分散剂。
所述方法中各组分及其用量如前面所述。
通过以上制作和处理得到的紫外光固化涂料,其耐磨度和硬度得到了极大的提高,能够很好地满足高档塑料器件对涂料的要求,有很好的硬度和耐磨性能,喷涂后漆膜平整、柔韧性好、附着力强,因此可使用于对便携式塑料器件表面的涂布。并且,该种紫外光固化涂料能耐汗水及一般化学品的腐蚀,有光泽度高,使用期超长等优点。
具体实施方式
按照本发明所描述的制造方法的步骤,配制具有下列对比例和实施例的重量组成的紫外光固化涂料。
对比例1
脂肪族聚氨酯丙烯酸酯树脂(sartomer产品,CN965)10g,环氧丙烯酸酯树脂(galstaff产品,syncryl104)20g,聚酯丙烯酸酯树酯(sartomer产品,CNUVP225)20g,单官能团丙烯酸酯单体HEA 10g,双官能团丙烯酸酯单体HDDA 10g,三官能团丙烯酸酯单体TMPTA 20g,光引发剂Irgacure184为4g,流平剂EFKA3035为0.3g,消泡剂BYK052为0.2g,分散剂Kerper-605为1.0g,丙酮10g,乙酸丁酯8g,正丁醇8g。
对比例2
除添加2.0g的BYK920作为耐磨剂以外,其余和对比例1相同。
实施例1
除添加2.0g的碳化硅粉作为根据本发明的耐磨-硬度添加剂以外,其余和对比例1相同。
实施例2
除添加5.0g的碳化硅粉外,其余和对比例1相同。
实施例3
除添加8.0g的碳化硅粉外,其余和对比例1相同。
实施例4
除添加5.0g的氮化钛粉外,其余和对比例1相同。
实施例5
除添加5.0g的氧化铝粉外,其余和对比例1相同。
实施例6
除添加5.0g的尼龙66粉外,其余和对比例1相同。
实施例7
将脂肪族聚氨酯丙烯酸酯树脂(sartomer产品,CN965)改为5g,环氧丙烯酸酯树脂(galstaff产品,syncryl104)改为10g,不添加聚酯丙烯酸酯树酯,但添加5.0g的碳化硅粉,其余和对比例1相同。
实施例8
将脂肪族聚氨酯丙烯酸酯树脂(sartomer产品,CN965)改为40g,环氧丙烯酸酯树脂(galstaff产品,syncryl104)改为50g,聚酯丙烯酸酯树酯(sartomer产品,CNUVP225)改为40g,添加5.0g的碳化硅粉,其余和对比例1相同。
实施例9
双官能团丙烯酸单体HDDA改为7g,三官能团丙烯酸单体TMPTA改为5g,不添加单官能团丙烯酸单体,但添加5.0g的碳化硅粉,其余和对比例1相同。
实施例10
将单官能团丙烯酸单体HEA改为20g,双官能团丙烯酸单体HDDA改为25g,三官能团丙烯酸单体TMPTA改为25g,添加5.0g的碳化硅粉,其余和对比例1相同。
以上实施例及所制成涂料的原漆性能见表1。
各实施例所制成的涂料经紫外光固化后的漆膜的性能见表2。
从表2中可以看出,未添加耐磨-硬度添加剂的实施例1的耐磨次数只有300次,硬度为2H,耐酒精测试不变色。当添加2.0g的碳化硅粉时,其耐磨和硬度大大增加,实施例2的数据结果显示耐磨达到610次,硬度为4H。继续增加耐磨-硬度添加剂的量达到8g,此时耐磨和硬度增幅不大,但附着力出现下降趋势,达到2B,并且耐腐蚀性能也下降。其原因在于耐磨和硬度添加剂消弱了机体树脂和底材的结合力。其他种类的无机添加剂也达到同样的效果,如实施例4、5所示。
添加少量的有机添加剂也可增加涂膜层的耐磨和硬度,如实施例6所示。
改变基体树脂或活性单体的量,加少量的耐磨和硬度添加剂,同样可以达到增加耐磨和硬度的效果,但基体树脂或活性稀释剂量的减少可能会造成漆膜层附着力及耐腐蚀性能的下降。在同等条件下,基体树脂量的降低造成的后果会更严重一些。实施例7-10即显示了这一结论。
测试方法:
耐磨性测试:使用美国诺曼仪器设备公司生产的7-IBB型RCA磨耗仪,在175g力的作用下,磨喷涂后的漆膜,漆膜露底材时,橡胶轮转动的次数。
硬度测试:采用中华不同H号铅笔,并用1kg力刻划长度超过30mm刻痕,再用橡皮搽试,看有无刻痕,如无,则为此H号硬度。
附着力测试:用划格器在喷涂表面划100个1毫米×1毫米的正方形格,用美国3M公司生产的型号为600的透明胶带平整粘结在方格上,不留一丝空隙,然后以最快速度垂直揭起,观察划痕边缘处有无脱漆。如脱漆量在0~5%之间为5B,在5~10%之间为4B,在10~20%之间为3B,在20~30%之间为2B,在30~50%之间为B,在50%以上为0B。
耐酒精测试:用干净纱布蘸取浓度为99%的酒精,以0.5千克的力在漆膜同一位置搽拭,观察面漆有无变色。
表1
容器中的状态 | 搅拌后无硬块,呈均匀状态 |
粘度(s) | 15~35 |
固含量(%) | 80~95 |
膜厚(μm) | 10~15 |
表2
耐磨性(次) | 硬度(H) | 附着力(B) | 耐酒精 | |
对比例1 | 300 | 2 | 3 | 不变色 |
对比例2 | 460 | 2 | 3 | 不变色 |
实施例1 | 610 | 4 | 5 | 不变色 |
实施例2 | 650 | 5 | 4 | 不变色 |
实施例3 | 700 | 5 | 2 | 稍有变色 |
实施例4 | 680 | 4 | 5 | 不变色 |
实施例5 | 650 | 4 | 5 | 不变色 |
实施例6 | 570 | 3 | 5 | 不变色 |
实施例7 | 720 | 5 | 2 | 稍有变色 |
实施例8 | 520 | 4 | 5 | 不变色 |
实施例9 | 650 | 5 | 3 | 不变色 |
实施例10 | 550 | 4 | 4 | 不变色 |
Claims (23)
1.一种用于塑料的紫外光固化涂料,包括基体树脂、活性稀释剂、光引发剂、溶剂,其特征在于还包括耐磨-硬度添加剂,该耐磨-硬度添加剂在该涂料中的重量百分比含量为0.1~8.0%。
2.根据权利要求1所述的用于塑料的紫外光固化涂料,其特征在于所述耐磨-硬度添加剂是显微硬度在500kgf/mm2以上的固体粉末。
3.根据权利要求2所述的用于塑料的紫外光固化涂料,其特征在于所述耐磨-硬度添加剂为选自碳化物、氮化物、氧化物或有机高聚物中的至少一种。
4.根据权利要求3所述的用于塑料的紫外光固化涂料,其特征在于所述碳化物为选自碳化硅、碳化锆、碳化硼、碳化铝、碳化铁、碳化铬中的至少一种。
5.根据权利要求3所述的用于塑料的紫外光固化涂料,其特征在于所述氮化物为选自氮化钛、氮化锆、氮化镓、氮化铝、氮化钙中的至少一种。
6.根据权利要求3所述的用于塑料的紫外光固化涂料,其特征在于所述氧化物为选自二氧化钛、氧化铝、氧化铬、氧化锡、二氧化硅中的至少一种。
7.根据权利要求3所述的用于塑料的紫外光固化涂料,其特征在于所述有机高聚物为选自尼龙、聚乙烯蜡、聚丙烯蜡、聚氯乙烯蜡、聚碳酸酯中的至少一种。
8.根据权利要求2所述的用于塑料的紫外光固化涂料,其特征在于所述耐磨-硬度添加剂固体粉末的平均颗粒大小为小于10μm
9.根据权利要求8所述的用于塑料的紫外光固化涂料,其特征在于所述耐磨-硬度添加剂固体粉末的平均颗粒大小为3μm~8μm。
10.根据权利要求1所述的用于塑料的紫外光固化涂料,其特征在于所述涂料含有具有下列重量百分比含量的组分:
基体树脂 15-70%
活性稀释剂 10~55%
耐磨-硬度添加剂 0.1~8.0%
光引发剂 2.0~10.0%
溶剂 2~50%
11.根据权利要求1所述的用于塑料的紫外光固化涂料,其特征在于所述基体树脂为选自脂肪族聚氨酯丙烯酸酯树脂、环氧(甲基)丙烯酸酯树脂和聚酯丙烯酸酯树脂中的至少一种。
12.根据权利要求11所述的用于塑料的紫外光固化涂料,其特征在于,相对于所述涂料的总重量,所述涂料含有具有下列重量百分比含量的组分作为所述基体树脂:
脂肪族聚氨酯丙烯酸酯树脂 5~20%;
环氧(甲基)丙烯酸酯树脂 5~30%;
聚酯丙烯酸酯树脂 5~20%。
13.根据权利要求1所述的用于塑料的紫外光固化涂料,其特征在于所述活性稀释剂为选自由单官能团丙烯酸酯单体、双官能团丙烯酸酯单体和三官能团丙烯酸酯单体所组成的组中的反应性丙烯酸酯单体中的至少一种。
14.根据权利要求13所述的用于塑料的紫外光固化涂料,其特征在于,相对于所述涂料的总重量,所述涂料含有具有下列重量百分比含量的组分作为所述活性稀释剂:
单官能团丙烯酸酯单体 2~15%;
双官能团丙烯酸酯单体 4~20%;
三官能团丙烯酸酯单体 4~20%。
15.根据权利要求1所述的用于塑料的紫外光固化涂料,其特征在于所述溶剂为两种或两种以上不同种有机溶剂所组成的混合溶剂。
16.根据权利要求15所述的用于塑料的紫外光固化涂料,其特征在于所述溶剂为选自甲苯、乙酸乙酯、乙酸丁酯、乙酸异丁酯、乙酸丙酯、乙醇、正丁醇、环己酮、二甲苯、甲基异丁基甲酮、丙酮、甲乙酮、乙二醇丁醚、丙二醇丁醚中的两种或两种以上的溶剂的混合物。
17.根据权利要求1所述的用于塑料的紫外光固化涂料,其特征在于还含有0.1~1.0重量%的流平剂。
18.根据权利要求1所述的用于塑料的紫外光固化涂料,其特征在于还含有0.1~1.5重量%的消泡剂。
19.根据权利要求1所述的用于塑料的紫外光固化涂料,其特征在于还含有0.2~3.0重量%的分散剂。
20.一种制造根据权利要求1的用于塑料的紫外光固化涂料的方法,包括以下步骤:
(1)将占涂料总体系15~70重量%的基体树脂溶解于占总体系10~55重量%的丙烯酸酯单体活性稀释剂中,搅拌均匀;
(2)将占涂料总体系2~10重量%的光引发剂与占涂料总体系2~50重量%的溶剂混合,搅拌至充分溶解;
(3)将步骤(2)所得混合物与步骤(1)所得混合物搅拌混合均匀;
(4)向步骤(3)所得混合物中加入占涂料总体系0.1~8.0重量%的显微硬度在500kgf/mm2以上的耐磨-硬度添加剂固体粉末,高速搅拌使该固体粉末均匀悬浮。
21、根据权利要求20所述的方法,其中步骤(4)还包括向步骤(3)所得混合物中加入占涂料总体系0.1~1.0重量%的流平剂。
22、根据权利要求20所述的方法,其中步骤(4)还包括向步骤(3)所得混合物中加入占涂料总体系0.1~1.5重量%的消泡剂。
23、根据权利要求20所述的方法,其中步骤(4)还包括向步骤(3)所得混合物中加入占涂料总体系0.2~3.0重量%的分散剂。
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