CN101781502B - 一种涂料 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种涂料，含有以下组分，以涂料的总重量为基准，预聚树脂的含量为20-50％，活性单体的含量为10-40％，光引发剂的含量为0.5-5％，消光剂的含量为2-10％，手感剂的含量为2-10％，余量为溶剂；预聚树脂为丙烯酸酯，消光剂为包含硅藻土、高岭土、气相二氧化硅中的一种或几种的物质，手感剂为含有聚氨酯弹性体和/或聚烯烃蜡的物质。采用本发明所提供的涂料，固化后形成的涂层在保持低光泽度和高耐磨性的前提下膜层厚度达到30微米以上。
Description
【技术领域】
本发明涉及涂料领域，尤其涉及紫外光固化涂料领域。
【背景技术】
随着人民的生活水平提高，对日用品的外观效果要求越来越高，如铝粉效果、裂纹效果、弹性手感效果等等，特别是一些经常用手触摸的部位，要求喷涂弹性涂料，如吹风筒手柄、MP3外壳、鼠标、手机外壳、望远镜、伞柄等。
紫外光固化涂料(以下简称UV涂料)是20世纪60年代开发的一种环保节能型涂料。紫外光固化涂料在紫外光照射下可快速固化，而且与热固化涂料相比还节省能源。由于UV涂料普遍都属于高光泽、高硬型，交联固化迅速，导致漆膜薄(厚度低于15微米)而且致密，，加入手感剂、消光剂后难以制备出固化后膜层较厚的涂料，或者，得到厚涂膜后膜层的光泽度太高，耐摩擦性能下降。
【发明内容】
本发明的目的在于克服现有技术的紫外光固化涂料存在的缺点，提供了一种固化后膜层厚度大于30微米且膜层光泽度低、耐摩擦性能好的涂料。
本发明提供了一种涂料，含有以下组分，以所述涂料的总重量为基准，各组分的含量为：
预聚树脂 20-50％
活性单体 10-40％
光引发剂 0.5-5％
消光剂 2-10％
手感剂 2-10％
余量为溶剂；
所述预聚树脂为丙烯酸酯，消光剂为包含硅藻土、高岭土、气相二氧化硅中的一种或几种的物质，手感剂为含有聚氨酯弹性体和/或聚烯烃蜡的物质。
采用本发明所提供的涂料，固化后形成的涂层在保持光泽度低、耐磨擦性能好的前提下膜层厚度达到30微米以上。
【具体实施方式】
本发明提供了一种涂料，含有以下组分，以所述涂料的总重量为基准，各组分的含量为：
预聚树脂 20-50％
活性单体 10-40％
光引发剂 0.5-5％
消光剂 2-10％
手感剂 2-10％
余量为溶剂；
所述预聚树脂为丙烯酸酯，消光剂为包含硅藻土、高岭土、气相二氧化硅中的一种或几种的物质，手感剂为含有聚氨酯弹性体和/或聚烯烃蜡的物质。
现有的UV涂料经紫外光照射后，首先光引发剂吸收紫外光辐射能量而被激活，其分子外层电子发生跳跃，在极短的时间内生成活性中心；活性中心与预聚树脂中的不饱和基团作用，引发预聚树脂和活性单体分子中的双键断开，发生连续聚合反应，从而相互交联成膜。在现有的UV涂料中加入消光粉后，表面凹凸不平的消光粉粒子使紫外光被大量散射，从而导致光引发剂吸收能量不足，UV涂料涂膜后难以固化完全。
本发明的设计人通过大量的实验得出：通过合理调节UV涂料中预聚树脂、活性单体、光引发剂以及消光剂、手感剂的合适配比，以及对预聚树脂、消光剂和手感剂的合理选择，可以使UV涂料完全固化，并得到厚度较大的UV固化涂层，且涂层的光泽度低、耐摩擦性好。
优选情况下，以涂料的总重量为基准，各组分的含量为：
预聚树脂 25-40％
活性单体 15-30％
光引发剂 0.5-3％
消光剂 3-7％
手感剂 3-7％
余量为溶剂；
所述预聚树脂为丙烯酸酯，消光剂为包含硅藻土、高岭土、气相二氧化硅中的一种或几种的物质，手感剂为含有聚氨酯弹性体和/或聚烯烃蜡的物质。
本发明所提供的涂料中，所述预聚树脂为UV涂料中的成膜物质，在紫外线光子的作用下形成具有立体结构的涂层，并赋予涂层各种特性，例如硬度、柔韧性、附着力、光泽、耐老化等性能。所述预聚树脂为本领域技术常用的各种丙烯酸酯树脂。为了提高涂料的弹性性能和柔韧性，本发明中优选采用双官能度的脂肪族聚氨酯丙烯酸酯。所述官能度指的是丙烯酸酯单体分子中丙烯酸所形成的官能团的数目，即所述双官能度的脂肪族聚氨酯丙烯酸酯指该脂肪族聚氨酯丙烯酸酯分子中丙烯酸所形成的官能团的数目为两个。所述双官能度的脂肪族聚氨酯丙烯酸酯可以通过公知的合成方法合成或者通过商购得到，例如，可以为SARTOMER公司生产的CN966H90，Bayer公司生产的UA XP 2513、UA XP 2490，日本合成化学生产的UV-3520TL中的一种或几种。
所述活性单体主要是为了改善粘度，改善UV涂层的柔韧性和硬度。常用的双官能度活性单体固化速度快，但是易收缩，会降低涂层与底漆或基材之间的附着力。因此，本发明中所述活性单体优选采用单官能度的丙烯酸酯单体，类似地，所述单官能度的丙烯酸酯是指该丙烯酸酯分子中丙烯酸酯所形成的官能团的数目为一个。单官能度的丙烯酸酯单体能增加涂膜的柔韧性，且固化收缩率适中，粘附性好。本发明中所述单官能度的丙烯酸酯可以通过公知的合成方法合成，也可以通过商购得到，例如，可以采用SARTOMER公司生产的SR256，COGNIS公司生产的4810、4812。
所述光引发剂用来传递紫外线光子的能量，迅速引发所述活性单体和预聚树脂的交联聚合，促进体系的液固转换过程。所述光引发剂为现有技术中的各种光引发剂，例如可以选自1-羟基环己基苯酮(简称184)、2，2-二甲基-α-羟基苯乙酮(简称1173)和(2，4，6-三甲基苯甲酰基)二苯基氧化膦(简称TPO)中的一种或几种。优选情况下，所述光引发剂采用184、TPO的混合物；更优选情况下，所述光引发剂中184与TPO的重量百分比为1∶0.5-1。
所述溶剂可以选自甲苯、乙酸乙酯、乙酸正丁酯、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、丙二醇丁醚中的一种或几种。优选情况下，为了更好地提高形成的紫外光固化涂层的硬度，所述溶剂为乙酸乙酯和/或乙酸正丁酯与异丙醇和/或正丁醇的混合物，其中，乙酸乙酯和/或乙酸正丁酯∶异丙醇和/或正丁醇的重量比可以为1∶0.05-1，优选为1∶0.1-0.3。
根据本发明所提供的涂料，所述UV涂料中还含有消光剂。消光剂为本领域技术人员公知的一类含有大比表面积和孔容基团的物质。在UV涂料中，消光剂作为体制颜料加入，在涂膜干燥时，消光剂的微小颗粒在涂膜表面形成微粗糙面，减少光线的反射而使涂膜光泽度高。本发明中所采用的消光剂为包含硅藻土、高岭土、气相二氧化硅中的一种或几种的物质。消光剂为本领域技术常用，可以通过公知的合成方法配制，也可以采用商购得到，例如可以采用DEGUSSA公司的生产的ACEMATT OK520和TS-100。
根据本发明所提供的涂料，所述涂料中还含有手感剂。本发明中所述手感剂为一类含有聚氨酯弹性体和/或聚烯烃蜡的物质。聚氨酯弹性体是由聚醚或聚酯多元醇、TDI或MDI等有机多异氰酸酯与二胺或二醇类加成聚合而成的具有氨基甲酸酯基团的高分子化合物。在UV涂料中，聚氨酯弹性体所含有的聚酯、聚醚多元醇或聚烯烃等柔软性碳链段，使涂膜具有较高的厚实感。聚氨酯弹性体作为填料加入UV涂料中，依靠溶剂的挥发自干成膜，均匀分散在涂膜中，从而提高涂膜的厚实感。
手感剂中还可以包含聚烯烃蜡，例如可以为聚乙烯蜡、聚丙烯蜡、聚酰胺蜡、聚四氟乙烯蜡中的一种或几种。聚烯烃蜡作为体制填料加入UV涂料后，均匀分散在涂料中，在涂料的物理干燥或者固化交联的过程中，聚烯烃蜡逐步迁移到固化膜层表面，从而改善涂层的爽滑感。
本发明中所述手感剂可以通过公知的方法配制，也可直接采用商购得到，例如可以采用日本大日精化工业株式会社生产的5070D弹性粉，GE ToshibaSilicones公司生产的CoatOSil3503、3509，BYK公司生产的BYK-UV3500。
更优选情况下，本发明提供的涂料中还含有助剂。所述助剂是为满足具体使用要求、改善UV涂料固化后涂层的性能而添加的辅助性组分。助剂包括流平剂、消泡剂、分散剂和润湿剂中的一种或几种。以涂料的总重量为基准，助剂的含量为1-15％。
所述流平剂可以为本领域技术人员公知的各种能够改善涂料固化后涂层的流平性能，增加涂层的平滑度的物质，例如，可以选自EFKA3883、EFKA3886、EFKA3600、BYK366、BYK333、BYK307、DEGO410、DEGO435、DEGO432、TEGO Flow300中一种或几种。其中EFKA系列是荷兰爱夫卡公司产品，BYK系列是BYK公司产品，DEGO系列是德国迪高公司产品，TEGO是德国TEGO公司的产品。以涂料的总重量为基准，所述流平剂的含量可以为0-2重量％，优选为0-1重量％。
所述消泡剂可以为本领域技术人员公知的各种能够消除涂料中的气泡或减少气泡产生的物质，例如，可以选自EFKA2022、EFKA2527、EFKA2040、BYK352，BYK354、BYK357和TEGO 920、Airex 931中一种或几种。以涂料的总重量为基准，所述消泡剂的含量可以为0-2重量％，优选为0-1.5重量％。
所述分散剂可以为本领域技术人员公知的各种能够改善涂料中的预聚树脂在溶剂中的分散状态的物质，例如可以选用商购的美国Kerper公司的Kerper-602、Kerper-605和Kerper-630，法国CFC公司的CFC-500HP、CFC-510、CFC-637和CFC-604S。以涂料的总重量为基准，所述分散剂的含量可以为0-2重量％，优选为0-1.5重量％。
所述润湿剂可以为本领域技术人员公知的各种用于紫外光固化涂料中的表面活性剂，例如可以选用商购的杜邦公司的8857A和Zonyl FSO-100以及旭肖子公司DP-10和DP-20。以涂料的总重量为基准，所述润湿剂的含量可以为0-2重量％，优选为0-1.5重量％。
本发明的涂料的制备方法可以将预聚树脂、活性单体、溶剂和光引发剂一次性进行混合也可以分步进行混合。在优选情况下，先将光引发剂与部分溶剂混合，使光引发剂充分溶解，得到含有光引发剂的溶液；然后将预聚树脂、活性单体与另一部分溶剂混合均匀，得到树脂成分浆液；接着将含有光引发剂的溶液与含有树脂成分的浆液混合；消光剂、手感剂可在以上任何一步加入，可以同时加入也可以分步加入，加入的顺序对本涂料的性能没有显著的影响；最后加入剩余的溶剂混合均匀。上述混合通常在常温下进行，必要时，可以轻微加热至30-60℃，以加速混合。
如果在所述涂料中还加入流平剂、消泡剂、分散剂和润湿剂等助剂中的一种或几种时，上述制备方法还包括在加入剩余的溶剂之前，在将含有光引发剂的溶液和含有树脂成分的浆液混合时，再加入上述各种助剂中的一种或几种，并均匀混合。各种助剂可以同时加入也可以分步加入，加入的顺序对本发明的涂料的性能没有显著的影响。
本发明所提供的涂料适合用于塑料基材的表面涂层，如电子产品的显示屏表面、电子产品的壳体表面、化妆品包装外壳等的表面涂层。本发明提供的涂料的应用方法为：将本发明的涂料涂覆到基材上之后，将该涂覆了涂料的基材在60-80℃的温度下烘烤10-15分钟，并采用紫外光照射20-30秒，在基材上形成厚度为30-40微米的涂层。
下面通过实施例对本发明作进一步的说明。
实施例1
本实施例说明本发明提供的涂料，涂料中各组分的含量为：
| 组分 | 预聚树脂 | 活性单体 | 光引发剂 | 消光剂 | 手感剂 | 溶剂 | 助剂 |
| 质量/克 | 20 | 12 | 0.8 | 2.5 | 2.5 | 21 | 1.2 |
按以下步骤配制涂料：
(1)按照乙酸乙酯∶异丙醇∶二甲苯∶环己酮重量比＝5∶5∶3∶1配制溶剂；
(2)将光引发剂(184∶TPO重量比＝5∶3)与5克溶剂混合，搅拌至充分溶解；
(3)将消光剂(ACEMATT OK520，DEGUSSA公司)、1.8克手感剂(5070D，日本大日精化工业株式会社)与10g溶剂混合均匀，浸泡2.5小时；再加入预聚树脂(CN966H90，)SARTOMER公司)、活性单体(SR256∶4810重量比＝1∶1)，混合均匀；再加入0.7克手感剂(其中CoatOSil 3509∶BYK-UV 3500重量比＝5∶2)、0.4克BYK 333、0.4克Airex 931(DEGUSSA公司)、0.4克Kerper-602，混合均匀；
(4)将步骤(1)和(2)得到的产物混合，搅拌均匀；加入剩余的6克溶剂，搅拌均匀，得到涂料A1。
实施例2
本实施例说明本发明提供的涂料，涂料中各组分的含量为：
| 组分 | 预聚树脂 | 活性单体 | 光引发剂 | 消光剂 | 手感剂 | 溶剂 | 助剂 |
| 质量/克 | 20 | 8 | 2 | 1.5 | 1.5 | 26 | 1 |
按以下方法配制涂料：将光引发剂(台湾长兴化工有限公司，184)、预聚树脂(UA XP 2513，Bayer公司)、活性单体(SR256，SARTOMER公司)、消光剂(ACEMATT TS-100，DEGUSSA公司)、手感剂(BYK-UV3500，BYK公司)、0.5克流平剂(TEGO公司，TEGO Flow 300)和0.5克消泡剂(TEGO公司，TEGO Airex 931)与26克溶剂(乙酸丁酯∶异丙醇重量比＝1∶0.2)混合，搅拌均匀，得到涂料A2。
实施例3
本实施例说明本发明提供的涂料，涂料中各组分的含量为：
| 组分 | 预聚树脂 | 活性单体 | 光引发剂 | 消光剂 | 手感剂 | 溶剂 | 助剂 |
| 质量/g | 18 | 10 | 1 | 2.5 | 2 | 25 | 1.5 |
采用与实施例1相同的方法配制涂料：
(1)按照乙酸乙酯∶乙酸正丁酯∶正丁醇重量比＝1∶1∶0.5配制溶剂；
(2)将光引发剂(台湾长兴化工有限公司，TPO)与5克溶剂混合，搅拌至充分溶解；
(3)将消光剂(ACEMATT OK520，DEGUSSA公司)、1克手感剂(5070D，日本大日精化工业株式会社)与10g溶剂混合均匀，浸泡2.5小时；再加入三官能度的聚氨酯丙烯酸酯预聚树脂(CN9008，SARTOMER公司)、活性单体(SR256，SARTOMER公司)混合均匀；再加入1克手感剂(其中CoatOSil 3509∶BYK-UV 3500重量比＝7∶3)、0.5克BYK 333、0.5克Airex 931(DEGUSSA公司)、0.5克Kerper-602，混合均匀；
(4)将步骤(1)和(2)得到的产物混合，搅拌均匀；加入剩余的10克溶剂，搅拌均匀，得到涂料A3。
实施例4
本实施例说明本发明提供的涂料，涂料中各组分的含量为：
| 组分 | 预聚树脂 | 活性单体 | 光引发剂 | 消光剂 | 手感剂 | 溶剂 |
| 质量/g | 18 | 10 | 1 | 2 | 2 | 27 |
采用与实施例1相同的方法配制涂料：
(1)按照乙酸乙酯∶正丁醇重量比＝1∶0.2配制溶剂；
(2)将光引发剂(台湾长兴化工有限公司，TPO)与5克溶剂混合，搅拌至充分溶解；
(3)将消光剂(ACEMATT OK520，DEGUSSA公司)、1克手感剂(5070D，日本大日精化工业株式会社)与10g溶剂混合均匀，浸泡2.5小时；再加入三官能度的聚氨酯丙烯酸酯预聚树脂(CN9008，SARTOMER公司)、活性单体(SR256，SARTOMER公司)混合均匀；再加入1克手感剂(其中CoatOSil 3509∶BYK-UV 3500重量比＝3∶2)，混合均匀；
(4)将步骤(1)和(2)得到的产物混合，搅拌均匀；加入剩余的12克溶剂，搅拌均匀，得到涂料A4。
对比例1
采用与实施例1相同的方法配制涂料，不同之处在于：涂料中不含有消光剂。采用本方法制得的涂料，记为C1。
对比例2
采用与实施例1相同的方法配制涂料，不同之处在于：涂料中不含有手感剂。采用本方法制得的涂料，记为C2。
对比例3
采用与实施例1相同的方式配制涂料，不同之处在于涂料中各组分的含量为：
| 组分 | 预聚树脂 | 活性单体 | 光引发剂 | 消光剂 | 手感剂 | 溶剂 | 助剂 |
| 质量/克 | 20 | 10 | 0.8 | 1 | 1 | 26 | 1.2 |
采用本方法制得的涂料，记为C3。
性能测试
将实施例1-4和对比例1-3制备得到的涂料A1-A4和C1-C3分别喷涂在塑料板(60毫米×100毫米的透明PC DMX2415板)上，在60℃的温度下烘烤10分钟，然后经过紫外光(能量为1300毫焦/平方厘米)照射25秒，在塑料板上得到UV固化涂层。对所得到的涂层进行如下的性能测试，测试结果如表1所示。
(1)膜层厚度测试：
采用Positector非磁性测厚仪，利用涡流测厚原理测量不导磁底材上涂层的厚度。
(2)附着力测试：
采用划格器在涂层表面上划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，然后以最快的速度60度角揭起，观察划痕边缘处是否有脱漆。如没有任何脱漆为5B，脱漆量在0-5％之间为4B，5-15％之间为3B，15-35％之间为2B，35-65％之间为1B，65％以上为0B。
(3)RCA纸带耐磨测试：
采用Norman耐磨测试仪，宽为11英尺、直径为8英尺、中心孔为2英尺的卷纸，环境湿度保持在30-60％。施以150g力于样品表面进行循环测试，记下产品所能承受的耐磨次数，直到涂层出现磨痕为止。
(4)抗划伤性测试：
采用BYK PH-5811/PH-5811配PH-5813测头：测头直径为0.75毫米，测试角度为90°，施加一定的负荷(N)以1厘米/秒的速度在样品表面划过，观察样品表面是否有划痕，记录出现划痕的最低负荷力(N)。
(5)光泽度测试：
采用微型光泽度仪(BYK)在60°角下测试各涂层样品表面的光泽度。
表1
由表1的测试结果可以看出，A1-A4配制的涂料固化后得到的涂层的厚度均在30微米以上，且涂层与基材的结合力较好、耐磨性高，同时光泽度低。
Claims (9)
1.一种涂料，其特征在于含有以下组分，以所述涂料的总重量为基准，各组分的含量为：
余量为溶剂；
所述预聚树脂为丙烯酸酯树脂，消光剂为包含硅藻土、高岭土、气相二氧化硅中的一种或几种的物质，手感剂为含有聚氨酯弹性体和/或聚烯烃蜡的物质。
2.根据权利要求1所述的涂料，以所述涂料的总重量为基准，各组分的含量为：
余量为溶剂；
所述预聚树脂为丙烯酸酯树脂，消光剂为包含硅藻土、高岭土、气相二氧化硅中的一种或几种的物质，手感剂为含有聚氨酯弹性体和/或聚烯烃蜡的物质。
3.根据权利要求1所述的涂料，其中，所述预聚树脂为双官能度的脂肪族聚氨酯丙烯酸酯树脂。
4.根据权利要求1所述的涂料，其中，所述活性单体为单官能度的丙烯酸酯。
5.根据权利要求1所述的涂料，其中，所述光引发剂选自1-羟基环己基苯酮、2，2-二甲基-α-羟基苯乙酮和(2，4，6-三甲基苯甲酰基)二苯基氧化膦中的一种或几种。
6.根据权利要求1所述的涂料，其中，所述溶剂选自乙酸乙酯，乙酸丁酯，异丙醇，正丁醇，甲苯，二甲苯，环己酮中的一种或几种。
7.根据权利要求6所述的涂料，其中，所述溶剂为乙酸乙酯和/或乙酸正丁酯与异丙醇和/或正丁醇的混合物，其中，乙酸乙酯和/或乙酸正丁酯：异丙醇和/或正丁醇的重量比为1∶0.05-1。
8.根据权利要求1所述的涂料，还包括助剂，以所述涂料的总重量为基准，所述助剂的含量为1-15％。
9.根据权利要求8所述的涂料，所述助剂包括流平剂、消泡剂、分散剂和润湿剂中的一种或几种。
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