一种低紫外光能量固化真空喷涂UV涂料及其制备方法

摘要

本发明公开了一种低紫外光能量固化真空喷涂UV涂料及其制备方法，其配方由如下重量百分比的原料构成：改性低粘度高官能度环氧丙烯酸酯26-35％，改性高官能度聚酯丙烯酸酯10-25％，特种改性聚氨酯丙烯酸酯8-12％，TPGDA25-40％，HEMA3-7%，润湿分散剂0.3-0.8％，透明填充料5-10％，光引发剂4-8％，流平剂0.3-0.5％，其他助剂0.1％-0.3％。本发明的真空喷涂UV涂料与普通的同类涂料相比，大大降低了涂料固化所需的紫外光能量，具有节能高效的优点，并降低了异型工件背光面产生质量缺陷的可能性。此外，本发明的真空喷涂UV涂料还具有涂层强度好、瞬时流平性佳的特点。

说明书

技术领域

本发明内容涉及紫外光固化材料领域，尤其涉及一种低紫外光能量固化真空喷涂 UV涂料及其制备方法。

背景技术

真空喷涂是近年来在涂装领域兴起的一种环保高效喷涂施工工艺，该涂装工艺可 以使涂料在封闭的负压环境中形成雾化循环使用，对于各类基材的异形件（如异形木质线 条、塑料线条等）无论截面形状如何复杂，都可保证各表面均匀喷涂,可对工件表面进行一 次性全方位喷涂。本发明中涂料在施工场所无外泄排放、安全环保、并极大程度上提高了生 产效率，同时提高了异形工件产品质量的稳定性。目前，市面上针对真空喷涂工艺所开发的 UV涂料，其光固化专用设备的光源普遍使用比较经济适用的高压汞灯，其产生的紫外光能 量占比约30％，其中很大一部分为红外线能量。由于大量红外线能量的产生使固化过程中 工件表面温度过高而造成工件受损。

现在市场上很多材料是在基材上压贴木皮或装饰纸，但在涂层固化过程中过高的 温度易造成压贴层脱胶起泡。而且异形件的不同造型导致涂装过程中不能充分接受紫外光 的辐照，从而达不到需要的固化效果。为降低固化过程中温度对异形件的不良影响，固化设 备中采用滤光器件阻止红外线照射到工件表面达到降温的目的，而滤光器件在过滤红外线 的同时也将很大部分紫外光过滤，大大降低了涂层的紫外光照射能量，影响了涂料的固化 程度，从而造成产品的品质缺陷。

鉴于上述问题，本发明研发了一种低紫外光能量固化真空喷涂UV涂料，可在40~ 80mj/cm²辐射能量下进行固化，减少由于固化设备热量所造成的产品质量问题。并通过优 化配方中各组分含量以解决涂料在低能固化的条件下可能出现的漆膜固化不完全、附着力 差等性能问题，同时在极短流平时间内达到较好的流平效果。

发明内容

本发明的目的在于针对现有真空喷涂UV涂料产品在低能固化中的不足，提供一种 低紫外光能量固化真空喷涂UV涂料及其制备方法。

本发明的上述目的通过如下方案予以实现：一种低紫外光能量固化真空喷涂UV涂 料及其制备方法，其配方由如下各重量百分比的原料构成：改性低粘度高官能度环氧丙烯 酸酯26-35％，改性高官能度聚酯丙烯酸酯10-25％，特种改性聚氨酯丙烯酸酯8-12％， TPGDA25-35％，HEMA3-5%，润湿分散剂0.3-0.8％，透明填充料5-10％，光引发剂4-8％，流平 剂0.3-0.5％，其他助剂0.1％-0.3％。其中：改性环氧丙烯酸酯为脂肪酸或酸酐改性的环氧 丙烯酸酯树脂，改性后的环氧树脂兼具漆膜韧性和快速固化的优点；改性多官能度聚酯丙 烯酸酯树脂为季戊四醇三丙烯酸酯改性的低粘度三官能度聚酯丙烯酸酯树脂；改性环氧丙 烯酸酯为富马酸酐改性的环氧丙烯酸酯树脂；改性聚氨酯丙烯酸酯为脂肪族双官能度改性 聚氨酯丙烯酸树脂；光引发剂为裂解型光引发剂。

本发明上述原料组成的配方的优选是：

改性低粘度环氧丙烯酸酯29％

改性聚酯丙烯酸酯12％

改性聚氨酯丙烯酸酯10％

TPGDA33％

HEMA4％

润湿分散剂0.3％

透明填充料7％

光引发剂4.2％

其他助剂0.2％

流平剂0.3％。

本发明所述一种低紫外光能量固化真空喷涂UV涂料的制备方法如下：

将改性高官能聚酯丙烯酸酯树脂、改性环氧树脂、改性聚氨酯丙烯酸酯、TPGDA、HEMA混 合，在800-1000r/min的搅拌速度下分散60min，再加入分散助剂、光引发剂分散60-100min， 然后将其他助剂、透明填充料投入并1500－2000r/min的速度分散60min后即得到本发明中 的低紫外光能量固化真空喷涂UV涂料。

鉴于低紫外光能量固化真空喷涂UV涂料的性能要求，本发明需解决的技术点如 下：

(1)为满足高固含量和快速流平的性能要求，主要树脂原料需要满足低粘度、快固化速 度、漆膜韧性好、附着力好等要求。本发明通过大量实验确定其适宜的添加范围并与其它低 聚物搭配使用；

(2)活性稀释单体是紫外光固化涂料组成中不可缺少的组份，常用的高官能度单体有 双季戊四醇丙烯酸酯（DPHA）、季戊四醇丙烯酸酯（PETA）、三羟甲基丙烷丙烯酸酯（TMPTA）。 上述单体价格高，漆膜脆性大，因此需要寻找兼顾固化速度和漆膜韧性以及整体流平效果 的活性稀释剂。

鉴于以上技术难点，本发明对原材料进行广泛的测试筛选，通过大量的实验设计 与验证，并优化配方组成得到了一种全固含量、低能固化、快速流平、附着优良、高性价比的 真空喷涂UV涂料。

本发明通过大量的实验探索，对多种型号的多种高官能度聚酯丙烯酸酯进行性能 测试与评估，最终得到适合于本发明要求的改性多官能度聚酯丙烯酸酯树脂，为一种季戊 四醇三丙烯酸酯改性的三官能度聚酯树脂，兼顾固化速度和漆膜柔韧性。其作用是提供漆 膜的主体性能，达到低能固化快的效果，同时兼具性能与低成本的优势。上述改性聚酯丙烯 酸酯树脂采用市售产品均可实现本发明。

改性环氧丙烯酸酯树脂的作用在于为最终涂料的漆膜提供韧性，防止漆膜在使用 过程中产生龟裂的弊病。本发明中采用的改性环氧树脂为脂肪酸或酸酐改性的环氧丙烯酸 酯树脂，与普通的双酚A标准环氧丙烯酸酯树脂相比，改性后的环氧丙烯酸酯树脂具有固化 速度快、漆膜柔韧性好等特点。

特种改性聚氨酯的添加可降低漆膜因固化速度过快而产生的收缩应力，改善漆膜 附着、韧性、硬度等漆膜性能指标。本发明中采用的改性聚氨酯为脂肪族改性的双官能度丙 烯酸酯树脂。并通过正交实验试验了其在兼顾成本下的最佳添加量，在快速固化反应中迅 速与高官能度聚酯以及改性环氧树脂形成体型网状结构，既保证有高链长的脂肪柔顺链段 又提高漆膜交联度，从而使漆膜在低能固化条件下仍具备优异的性能，并可降低反应过快 形成的内部收缩应力。

上述改性季戊四醇三丙烯酸酯和二缩三丙二醇二丙烯酸酯（TPGDA）及甲基化丙烯 酸酯（HEMA）在配方组成中起活性稀释剂的作用。改性季戊四醇三丙烯酸酯较未改性产品具 有良好的漆膜韧性，在配方中提供稀释作用的同时提高漆膜的交联密度和硬度。TPGDA在配 方中主要起稀释作用，HEMA为涂料提供良好的施工性能和流平性。

上述分散剂在配方组成中对填充料起润湿分散、防沉降、防结块的作用，采用本领 域技术人员制备紫外光固化木器涂料常用的润湿分散剂即可实现本发明，如EFKA公司的 4010或BYK公司的164等。

上述透明填充料的作用是增强涂料的填充性、硬度、丰满度和打磨性能，采用本领 域技术人员制备紫外光固化木器涂料常用的透明填充料均可实现本发明，如金猴TM-1250， 龙胜1250透明粉等。

上述光引发剂采用引发效率高的裂解型光引发剂，如2-羟基-2-甲基-1-苯基-1- 丙酮。

上述流平剂的作用是增加漆膜的流平性，采用本领域技术人员制备紫外光固化涂 料常用的流平剂可实现本发明，如BYK的358N、EFKA的3777等。

与现有普通的真空喷涂UV涂料相比，本发明具有如下有益效果：

1.本发明以改性环氧丙烯酸酯树脂、高官能度的改性聚酯丙烯酸酯树脂、改性聚氨酯 丙烯酸酯树脂作为主体树脂，所制备的涂料具有高固含量、低粘度、快固化、漆膜柔韧、高性 价比的特点。成本上与普通紫外光固化涂料相当，但UV固化成膜所需的紫外光能量仅为普 通UV木器涂料的1/5-1/4；

2.本发明的低紫外光能量固化真空喷涂UV涂料与通常市售的真空喷涂UV涂料相比在 低能固化的前提下具有较高的硬度，但漆膜韧性好，不脆且不易龟裂。通常市售的真空喷涂 UV涂料为提高固化速度就需要添加高官能度的单体或树脂来增加交联密度，从而造成漆膜 发脆和易龟裂的严重弊病；

3.本发明具有所需固化能量低的优点，节能环保可减少固化设备热量对工件的影响。 该项优点是由于本涂料选用了高官能度、低粘度的光固化树脂，而且涂料固含量接近百分 之百，故所需固化能量低；

4.本发明在低能固化的前提下兼具快速流平、附着力优异的指标性能。通常高官能度、 快固化、低粘度的光固化树脂固化时收缩应力大，易造成漆膜龟裂等问题。本发明中通过大 量实验优化，定性定量地添加了可改善甚至消除此类不利影响的相关组分，以改性环氧丙 烯酸树脂改善漆膜韧性，同时保证其固化速度并增强漆膜附着力。以特种改性聚氨酯降低 漆膜因固化速度过快而产生的收缩应力问题，解决漆膜可能出现龟裂的性能缺陷。从而使 漆膜在低能固化条件下仍具备优异的相关性能。

本发明真空喷涂UV涂料固化所需的紫外光能量为普通真空喷涂UV涂料的1/5，只 需40-80mj/cm²的紫外光能量即可达到所需要的固化程度，大大降低了涂料固化所需的能 量，提高了施工效率，并降低了异型工件背光面产生质量缺陷的可能性。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明做进一步的描述，但具体实施例并不对本发明做任 何限定。

本实施例的低紫外光能量固化真空喷涂UV涂料，其配方中的原料重量百分比如 下：

实施例1

改性环氧丙烯酸酯30％

改性多官能度聚酯丙烯酸酯12％

改性聚氨酯丙烯酸酯10％

TPGDA32％

HEMA3％

润湿分散剂0.5％

透明填充料8％

光引发剂4％

流平剂0.4％

其他助剂0.1%。

实施例2

改性环氧丙烯酸酯：26％

改性多官能度聚酯丙烯酸酯23％

改性聚氨酯丙烯酸酯8％

TPGDA25％

HEMA4％

润湿分散剂0.4％

透明填充料5％

光引发剂8％

流平剂0.4％

其他助剂0.2%。

实施例3

改性环氧丙烯酸酯：35％

改性多官能度聚酯丙烯酸酯10％

改性聚氨酯丙烯酸酯8％

TPGDA25％

HEMA6％

润湿分散剂0.2％

透明填充料10％

光引发剂5％

其他助剂0.3%

流平剂0.3％。

本发明所述一种低紫外光能量固化真空喷涂UV涂料的制备方法如下：

将改性高官能聚酯丙烯酸酯树脂、改性环氧树脂、改性聚氨酯丙烯酸酯、TPGDA、HEMA混 合，在800-1000r/min的搅拌速度下分散60min，再加入分散助剂、光引发剂分散60-100min， 然后将其他助剂、透明填充料投入并1500－2000r/min的速度分散60min后即得到本发明中 的低紫外光能量固化真空喷涂UV涂料。

上述实施例所得到的真空喷涂UV涂料性能检测结果如下表：

检测项目 检测标准及方法 测试结果 固含量 GB/T 1725-79 >98% 粘度（涂4#杯，40°C） GB/T 1723-93 18s 固化能量 UV能量计 40-80 mj/cm²工件表面温度 红外测温仪 <40℃ 流平性(30℃) JB/T 3998-1999 8级 打磨性 GB/T 1770-1979 优 硬度 GB/T 6739-1996 ≥2H 附着力 GB/T 9286-1998 0-1级 冷热循环 GB/T 12600-2005 四次循环无异常

由上表可以看出来，本发明中的低紫外光能量固化真空喷涂UV涂料达到预期的性能指 标，具有明显的性能优势。本发明中的真空喷涂UV涂料与普通的同类涂料相比，大大降低了 涂料固化所需的紫外光能量，具有节能高效的优点；由于其低能固化的特点，降低了异型工 件背光面产生质量缺陷的可能性。此外，本发明中的低能固化真空喷涂UV涂料还具有高固 含量、快速流平、涂层强度好的特点。