单组分紫外光自交联型丙烯酸酯共聚物涂料及其合成方法和应用

摘要

本发明涉及一种单组分紫外光自交联型丙烯酸酯共聚物涂料及其合成方法和应用，该涂料包括以下组分及重量份含量：紫外光活性单体0.02～8；光交联功能单体2～20；其他单官能度单体15～40；引发剂0.04～0.8；溶剂30～80。将上述原料投入反应釜中，在75℃～90℃回流搅拌5h～8h混合均匀，冷却后即得产品。将该产品涂布在待涂覆产品的基材上，挥干溶剂后在紫外光固化装置中进行光照交联即可。与现有技术相比，本发明具有耐温性好、不含小分子化合物，不会形成毒性副产物，可适应不同应用要求、性能稳定的等优点。

说明书

技术领域

本发明涉及一种涂料，尤其是涉及一种单组分紫外光自交联型丙烯酸酯共聚物涂料及其合成方法和应用。

背景技术

丙烯酸酯共聚物涂料具有优异的耐光性以及户外老化性能，大多数丙烯酸酯共聚物是低毒或无毒的，可直接用于食品包装和医疗卫生用品。普通的丙烯酸酯共聚物不具有交联性，其涂层在受热时容易软化，遇有机溶剂时会溶解脱落，因而在应用上受到限制。现有的解决办法是在丙烯酸酯共聚物中引入交联功能，例如热交联(中国发明专利申请CN101724173A；中国发明专利公开CN101338006A)、双组份室温交联(中国发明专利CN100368485C)。中国专利申请CN101935387则提出一种改性UV光固化纯丙烯酸树脂，利用丙烯酸酯共聚物中的环氧基在共聚物链上引入丙烯酸酯双键，这个双键可以发生光聚合从而使涂层固化。

紫外光辐照固化技术具有固化迅速、固化区域选择性强和温度低等优点，倍受人们关注。传统的紫外光辐照固化涂料中需要加入紫外光引发剂和紫外光引发助剂，紫外光引发剂多为2-羟基-2-甲基-1-苯基丙酮、1-羟基-环己基苯酮、二苯甲酮、安息香甲醚、安息香乙醚或安息香正丁醚等；紫外光引发助剂多为三乙胺、二乙胺、三乙醇胺或二乙醇胺等。固化后残留的紫外光引发剂容易向表面迁移，生成毒性副产物，具有较强的气味，且涂膜容易变黄，大大限制了紫外光固化技术在某些高档产品(如食品包装、医疗卫生用品、美容用品和个人护理用品)的发展空间。

发明内容

本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种耐温性好、不含小分子化合物，不会形成毒性副产物，可适应不同应用要求、性能稳定的单组分紫外光自交联型丙烯酸酯共聚物涂料及其合成方法和应用。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：一种单组分紫外光自交联型丙烯酸酯共聚物涂料，其特征在于，该涂料包括以下组分及重量份含量：

紫外光活性单体           0.02～8；

光交联功能单体           2～20；

其他单官能度单体         15～40；

引发剂                   0.04～0.8；

溶剂                     30～80。

所述的涂料包括以下组分及重量份含量：

紫外光活性单体           2～6；

光交联功能单体           8～16；

其他单官能度单体         20～30；

引发剂                   0.1～0.5；

溶剂                     45～70。

所述的涂料包括以下组分及重量份含量：

紫外光活性单体           2～4；

光交联功能单体           10～12；

其他单官能度单体         22～28；

引发剂                   0.2～0.3；

溶剂                     50～60。

所述的紫外光活性单体选自含紫外光活性基团的丙烯酸酯类单体或烯类单体中的一种或几种；所述的光交联功能单体选自丙烯酸酯类单体或烯类单体中的一种或几种；所述的其他单官能度单体选自丙烯酸酯类单体或烯类单体中的3～8种。

所述的紫外光活性单体选自4-(2-羟基-3-烯丙氧基-丙氧基)二苯甲酮、4-(2-羟基-3-丙烯酰氧基-丙氧基)二苯甲酮、4-(2-羟基-3-甲基丙烯酰氧基-丙氧基)二苯甲酮、4-(2-丙烯酰氧基-乙基)二苯甲酮、4-(2-甲基丙烯酰氧基-乙基)二苯甲酮、4-丙烯酰氧基二苯甲酮中的一种或几种；所述的光交联功能单体选自甲基丙烯酸二甲基氨基乙酯、丙烯酸-2-羟丙酯、甲基丙烯酸-2-羟丙酯、丙烯酸异丁酯、甲基丙烯酸异丁酯、丙烯酸异癸酯、甲基丙烯酸异癸酯、丙烯酸异辛酯或甲基丙烯酸异辛酯中的一种或几种；所述的其他单官能度单体选自丙烯酸、甲基丙烯酸、丙烯酸-2-羟乙酯、甲基丙烯酸-2-羟乙酯、丙烯酸缩水甘油酯、甲基丙烯酸缩水甘油酯、衣康酸、顺丁烯二酸二丁酯、顺丁烯二酸二辛酯、乙酸乙烯酯、苯乙烯、丙烯酰胺、甲基丙烯酰胺、丙烯腈、丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸甲酯、丙烯酸乙酯、甲基丙烯酸乙酯、丙烯酸丁酯、甲基丙烯酸丁酯、丙烯酸月桂酯或甲基丙烯酸月桂酯中的3～8种。

所述的引发剂选自过氧化苯甲酰或偶氮二异丁腈。

所述的溶剂选自乙醇、异丙醇或乙酸乙酯中的一种或几种。

一种单组分紫外光自交联型丙烯酸酯共聚物涂料的制备方法，其特征在于，该方法是将紫外光活性单体、光交联功能单体、其他单官能度单体、引发剂和溶剂投入反应釜中，在75℃～90℃回流搅拌5h～8h混合均匀，冷却后即得产品。

一种单组分紫外光自交联型丙烯酸酯共聚物涂料的应用，其特征在于，将单组分紫外光自交联型丙烯酸酯共聚物涂料涂布在待涂覆产品的基材上，挥干溶剂后在紫外光固化装置中进行光照交联即可。

所述的紫外光自交联的辐照能量为500mJ，经测试，紫外光辐照后涂层的交联度为80％，耐温性能提高40℃。

紫外光交联涂层的交联度按索氏抽提法测试。

涂层的耐温性能用热封梯度仪测试。

与现有技术相比，本发明涂料中的紫外光活性基团在聚合过程中以共价键的方式与聚合物链结合，避免了外加紫外光引发剂和紫外光引发助剂引起的小分子的析出和迁移。涂布干燥后，涂层在紫外灯辐照下快速形成交联网络。涂层中的二苯甲酮型紫外光活性基团和非双键型光交联功能基团反应形成共价键而产生交联，本发明产品具有以下优点：

(1)通过对涂料的成分和分子结构的设计，经紫外光辐照快速形成交联网络，耐温性能有明显提高；(2)不含小分子化合物，不会形成毒性副产物；(3)可通过调节紫外光活性单体的用量、光交联功能单体的用量和其他单官能度单体的用量获得合适的交联度，以适应不同应用要求；(4)由于紫外光活性基团在涂料中性能稳定，避光条件下不会和其他基团发生交联反应，仅在紫外光作用下才会发生自交联，在室温下避光贮存6个月，性能仍保持稳定。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。

实施例1

本实施例的单组分紫外光自交联型丙烯酸酯共聚物涂料由以下组分(重量份)为原料合成：

具体合成过程为：将紫外光活性单体、光交联功能单体、其他单官能度单体、引发剂和溶剂投入反应釜中搅拌使混合均匀，搅拌条件为在80℃回流6h，冷却后得到单组分紫外光自交联型丙烯酸酯共聚物涂料。

上述所得单组分紫外光自交联型丙烯酸酯共聚物涂料在基材上涂布，挥干溶剂后在紫外光固化装置中进行光照交联，紫外光自交联的辐照能量为500mJ。经测试，紫外光辐照后涂层的交联度为80％，耐温性能提高40℃。

实施例2

本实施例的单组分紫外光自交联型丙烯酸酯共聚物涂料由以下组分(重量份)为原料合成：

合成过程与实施例1相同。所得单组分紫外光自交联型丙烯酸酯共聚物涂料在基材上涂布，挥干溶剂后在紫外光固化装置中进行光照交联，紫外光自交联的辐照能量为500mJ。经测试，紫外光辐照后涂层的交联度为60％，耐温性能提高20℃。

实施例3

本实施例的单组分紫外光自交联型丙烯酸酯共聚物涂料由以下组分(重量份)为原料合成：

合成过程与实施例1相同。所得单组分紫外光自交联型丙烯酸酯共聚物涂料在基材上涂布，挥干溶剂后在紫外光固化装置中进行光照交联，紫外光自交联的辐照能量为500mJ。经测试，紫外光辐照后涂层的交联度为90％，耐温性能提高40℃。

实施例4

本实施例的单组分紫外光自交联型丙烯酸酯共聚物涂料由以下组分(重量份)为原料合成：

合成过程与实施例1相同。所得单组分紫外光自交联型丙烯酸酯共聚物涂料在基材上涂布，挥干溶剂后在紫外光固化装置中进行光照交联，紫外光自交联的辐照能量为500mJ。经测试，紫外光辐照后涂层的交联度为69％，耐温性能提高30℃。

实施例5

本实施例的单组分紫外光自交联型丙烯酸酯共聚物涂料由以下组分(重量份)为原料合成：

合成过程与实施例1相同。所得单组分紫外光自交联型丙烯酸酯共聚物涂料在基材上涂布，挥干溶剂后在紫外光固化装置中进行光照交联，紫外光自交联的辐照能量为500mJ。经测试，紫外光辐照后涂层的交联度为65％，耐温性能提高30℃。

实施例6

本实施例的单组分紫外光自交联型丙烯酸酯共聚物涂料由以下组分(重量份)为原料合成：

具体合成过程为：将紫外光活性单体、光交联功能单体、其他单官能度单体、引发剂和溶剂投入反应釜中搅拌使混合均匀，搅拌条件为在75℃回流5h，冷却后得到单组分紫外光自交联型丙烯酸酯共聚物涂料。

上述所得单组分紫外光自交联型丙烯酸酯共聚物涂料在基材上涂布，挥干溶剂后在紫外光固化装置中进行光照交联，紫外光自交联的辐照能量为200mJ。经测试，紫外光辐照后涂层的交联度为80％，耐温性能提高40℃。

实施例7

本实施例的单组分紫外光自交联型丙烯酸酯共聚物涂料由以下组分(重量份)为原料合成：

具体合成过程为：将紫外光活性单体、光交联功能单体、其他单官能度单体、引发剂和溶剂投入反应釜中搅拌使混合均匀，搅拌条件为在90℃回流8h，冷却后得到单组分紫外光自交联型丙烯酸酯共聚物涂料。

上述所得单组分紫外光自交联型丙烯酸酯共聚物涂料在基材上涂布，挥干溶剂后在紫外光固化装置中进行光照交联，紫外光自交联的辐照能量为2000mJ。经测试，紫外光辐照后涂层的交联度为80％，耐温性能提高40℃。

实施例8

本实施例的单组分紫外光自交联型丙烯酸酯共聚物涂料由以下组分(重量份)为原料合成：

具体合成过程为：将紫外光活性单体、光交联功能单体、其他单官能度单体、引发剂和溶剂投入反应釜中搅拌使混合均匀，搅拌条件为在75～80℃回流5～6h，冷却后得到单组分紫外光自交联型丙烯酸酯共聚物涂料。

上述所得单组分紫外光自交联型丙烯酸酯共聚物涂料在基材上涂布，挥干溶剂后在紫外光固化装置中进行光照交联，紫外光自交联的辐照能量为500～600mJ。经测试，紫外光辐照后涂层的交联度为85％，耐温性能提高45℃。

实施例9

本实施例的单组分紫外光自交联型丙烯酸酯共聚物涂料由以下组分(重量份)为原料合成：

具体合成过程为：将紫外光活性单体、光交联功能单体、其他单官能度单体、引发剂和溶剂投入反应釜中搅拌使混合均匀，搅拌条件为在85～90℃回流7～8h，冷却后得到单组分紫外光自交联型丙烯酸酯共聚物涂料。

上述所得单组分紫外光自交联型丙烯酸酯共聚物涂料在基材上涂布，挥干溶剂后在紫外光固化装置中进行光照交联，紫外光自交联的辐照能量为1000～1200mJ。经测试，紫外光辐照后涂层的交联度为90％，耐温性能提高50℃。