一种耐磨的杂化聚酯丙烯酸酯UV涂料制造技术

本发明专利技术公开了一种耐磨的杂化聚酯丙烯酸酯UV涂料，包括如下组分：聚酯丙烯酸酯低聚物、改性二氧化硅、活性稀释剂、光引发剂、流平剂和消泡剂或杂化聚酯丙烯酸酯低聚物、活性稀释剂、光引发剂、流平剂和消泡剂；所述的杂化聚酯丙烯酸酯低聚物为采用原位溶胶‑凝胶法将二氧化硅前驱体在聚酯丙烯酸酯低聚物体系中制得的原位水解聚合产物。本发明专利技术通过制备透明的二氧化硅纳米粒子并对其改性处理使之与紫外光固化树脂体系匹配，提高了二氧化硅粒子与光固化树脂体系的相容性；杂化聚酯丙烯酸酯UV涂料具有较低的粘度和较低的无机组分添加量，制备的涂层具有优异的硬度和耐磨性，在地板等家具领域、3C产品领域和其它耐磨领域的应用具有极大价值。

【技术实现步骤摘要】
一种耐磨的杂化聚酯丙烯酸酯UV涂料
本专利技术属于光固化树脂和涂料领域，涉及一种耐磨的杂化聚酯丙烯酸酯UV涂料，特别涉及利用改性二氧化硅纳米粒子和光固化聚酯丙烯酸酯树脂制备的具有高表面硬度的耐磨的杂化聚酯丙烯酸酯树脂UV涂料。
技术介绍
紫外光固化涂料具有5E的特点，是一种环保高效的涂料。近年来，紫外光固化涂料在包装、家具、电子和汽车涂料等领域内得到了广泛的应用。传统的光固化树脂主要由可光固化的丙烯酸酯基团与聚氨酯、聚酯、环氧树脂进行接枝反应得到。光固化树脂主要由有机组分构成，导致其制成涂层后硬度和耐磨性较低，阻碍了光固化树脂在一些领域的应用。如在木地板领域，由于常规的聚酯丙烯酸酯硬度和耐磨性欠佳，导致地板表面的光泽和质感很快损失，缩短了木地板的使用寿命。目前，增加光固化树脂硬度和耐磨性主要有两种策略。一、在光固化树脂体系中引入高官能度的单体，增加光固化树脂的交联密度，从而增加涂层的硬度和耐磨性。但是加入高官能度组分会导致体系黏度增大，不利于储存和施工；此外，引入高官能度基团还会导致涂膜发脆和附着力降低等问题。二、在光固化树脂体系中引入无机组分，通过有机无机复配的方式制备出纳米杂化光化涂层。一般而言，在光固化树脂体系加入无机填料可以提高涂层的硬度和耐磨性，但是无机填料在光固化树脂体系中的分散性和沉降难以解决，存在以下三方面问题：第一，无机填料一般具有较大的粒径，其密度比光固化树脂大，导致无机颗粒在树脂体系中快速沉降，若直接添加无机填料则无法增加光固化涂料的硬度和耐磨性；第二，理论上，纳米无机填料在光固化树脂体系中的沉降速率可以忽略不计，但是由于纳米粒子具有极高的表面能，导致其在树脂体系中难以分散，形成聚集体，从而导致体系失稳；第三，一般需要在光固化树脂体系中加入大量的无机组分才能得到具有较佳硬度和耐磨性的光固化涂料，通常会导致体系黏度增大、无机填料在体系中分相，出现涂层缺陷和涂层附着力降低的问题。如何通过纳米杂化的方法，得到具有高表面硬度和高耐磨性的光固化涂料，一直是该领域内的研究热点和技术难点。
技术实现思路
本专利技术针对无机填料在光固化树脂体系中的分散性和沉降问题，提供一种可紫外光固化纳米杂化聚酯丙烯酸酯体系，该可紫外光固化纳米杂化聚酯丙烯酸酯体系具有较低的粘度和较低的无机组分添加量，利用刮涂、滚涂和喷涂等方式制备涂膜，在光固化之后，能够获得具有极高的表面硬度和耐磨性的涂层。本专利技术的目的是通过以下技术方案实现的：一种耐磨的杂化聚酯丙烯酸酯UV涂料，包括聚酯丙烯酸酯低聚物、改性二氧化硅、活性稀释剂、光引发剂、流平剂和消泡剂，聚酯丙烯酸酯低聚物、改性二氧化硅、活性稀释剂的重量百分比分别为40～75wt％、5～20wt％、10～40wt％，所述的聚酯丙烯酸酯低聚物、改性二氧化硅和活性稀释剂之和为100％，所述的光引发剂、流平剂和消泡剂分别为聚酯丙烯酸酯低聚物、改性二氧化硅和活性稀释剂的总量的2～6wt％、0.2～2wt％、0.2～2wt％；或包括杂化聚酯丙烯酸酯低聚物、活性稀释剂、光引发剂、流平剂和消泡剂，杂化聚酯丙烯酸酯低聚物、活性稀释剂的重量百分比分别为60～90wt％、10～40wt％，所述的杂化聚酯丙烯酸酯低聚物和活性稀释剂之和为100％，所述的光引发剂、流平剂和消泡剂分别为杂化聚酯丙烯酸酯低聚物和活性稀释剂的总量的2～6wt％、0.2～2wt％、0.2～2wt％。所述的聚酯丙烯酸酯低聚物的分子量为100～5000。所述的聚酯丙烯酸酯低聚物是以二元醇或多元醇中的至少一种在催化剂、阻聚剂作用下与有机酸(酐)以及丙烯酸或甲基丙烯酸经过一步或二步反应制得的。其中，所述的二元醇包括但不限于乙二醇、丙二醇、二乙二醇、二丙二醇、新戊二醇、甲基丙二醇、1,4-丁二醇、1,6-己二醇；所述的多元醇包括但不限于三羟甲基丙烷、双三羟甲基丙烷、季戊四醇、双季戊四醇；所述的二元有机酸(酐)包括但不限于丁二酸(酐)、己二酸(酐)、邻苯二甲酸(酐)、顺丁烯二酸(酐)、偏苯三酸(酐)、均苯四甲酸(酐)中一种或两种或两种以上的组合物，丙烯酸或甲基丙烯酸选自丙烯酸、甲基丙烯酸中的任意一种；所述的催化剂为对甲苯磺酸；所述的阻聚剂为对苯二酚、BHT(2,6-二叔丁基-4-甲基苯酚)、对羟基苯甲醚中的至少一种；所述的反应溶剂为苯、甲苯、正己烷、环己烷、甲基环己烷、庚烷中的一种或两种以上的组合。采用二步反应聚酯丙烯酸酯低聚物时，以二元醇或多元醇中的至少一种在催化剂作用下与有机酸(酐)反应；再加入丙烯酸或甲基丙烯酸，在催化剂和阻聚剂作用下反应制得。聚酯丙烯酸酯低聚物的制备具体可以参考《光固化材料性能及应用手册》，金养智，化学工业出版社，2010.5，第99-100页，聚酯丙烯酸酯的合成。本专利技术所述的聚酯丙烯酸酯低聚物也可以采用本领域技术人员公知的其他方法制备得到。所述的改性二氧化硅为二氧化硅前驱体采用纳米分散法制得的改性二氧化硅；所述的杂化聚酯丙烯酸酯低聚物为采用原位溶胶-凝胶法将二氧化硅前驱体在聚酯丙烯酸酯低聚物体系中制得的原位水解聚合产物。本专利技术通过纳米分散法或者原位溶胶-凝胶法在紫外光固化树脂体系中引入纳米改性二氧化硅粒子，得到可紫外光固化的有机/无机杂化聚酯丙烯酸酯树脂体系。采用原位溶胶-凝胶法制备和改性二氧化硅纳米粒子，相较于直接添加共混的方法，具有更佳得到均匀度，更优的分散性，制得涂层具有更优异的硬度和耐磨性。因此，本专利技术优选采用原位溶胶-凝胶法原位水解聚合生成改性二氧化硅。所述的二氧化硅前驱体为正硅酸四乙酯。所述的改性二氧化硅是由纳米分散法制得的：将正硅酸四乙酯和低级醇混溶，在碱类或酸类催化剂作用下水解和缩合反应得到二氧化硅溶胶，往二氧化硅溶胶加入改性试剂对二氧化硅进行改性，考虑到醇水体系中的改性二氧化硅粒子无法在光固化树脂中分散，反应结束后，减压蒸馏或者离心脱除改性二氧化硅溶胶体系中的水分和低级醇至水含量≤3％，再分散于与水混溶的有机溶剂获得改性二氧化硅分散液。通过纳米分散法制得的改性二氧化硅以分散液形式和聚酯氧丙烯酸酯低聚物混合，改性二氧化硅分散液与聚酯丙烯酸酯低聚物具有良好的相容性和稳定性，解决了干态无机纳米粒子难以分散的难题，避免直接往紫外光固化树脂体系中加入干态无机纳米粒子出现聚集体或者无法完全分散、影响涂膜的最终性能。所述的低级醇选自C1～C6一元醇，具体可以选用甲醇、乙醇或异丙醇等。所述的正硅酸四乙酯在其低级醇溶液中的质量分数为10～55wt％。所述的改性试剂选自γ-甲基丙烯酰氧丙基三甲氧基硅烷(MPTMS)、3-巯丙基三乙氧基硅烷中的至少一种。所述的改性试剂的用量为正硅酸四乙酯的1～10wt％。本专利技术通过γ-甲基丙烯酰氧丙基三甲氧基硅烷引入烯丙基双键，通过3-巯丙基三乙氧基硅烷引入巯基，上述基团可以有效提高二氧化硅纳米粒子与树脂体系的相容性。所述的改性二氧化硅分散液中，与水混溶的有机溶剂的用量为改性二氧化硅重量的5wt％～20wt％。所述的与水混溶的有机溶剂为四氢呋喃、丙酮、1-丁酮等。与水混溶的有机溶剂在杂化聚酯丙烯酸酯UV涂料中本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种耐磨的杂化聚酯丙烯酸酯UV涂料，其特征在于包括聚酯丙烯酸酯低聚物、改性二氧化硅、活性稀释剂、光引发剂、流平剂和消泡剂，聚酯丙烯酸酯低聚物、改性二氧化硅、活性稀释剂的重量百分比分别为40～75wt％、5～20wt％、10～40wt％，所述的聚酯丙烯酸酯低聚物、改性二氧化硅和活性稀释剂之和为100％，所述的光引发剂、流平剂和消泡剂分别为聚酯丙烯酸酯低聚物、改性二氧化硅和活性稀释剂的总量的2～6wt％、0.2～2wt％、0.2～2wt％；/n或包括杂化聚酯丙烯酸酯低聚物、活性稀释剂、光引发剂、流平剂和消泡剂，杂化聚酯丙烯酸酯低聚物、活性稀释剂的重量百分比分别为60～90wt％、10～40wt％，所述的杂化聚酯丙烯酸酯低聚物和活性稀释剂之和为100％，所述的光引发剂、流平剂和消泡剂分别为杂化聚酯丙烯酸酯低聚物和活性稀释剂的总量的2～6wt％、0.2～2wt％、0.2～2wt％；所述的杂化聚酯丙烯酸酯低聚物为采用原位溶胶-凝胶法将二氧化硅前驱体在聚酯丙烯酸酯低聚物体系中制得的原位水解聚合产物。/n

【技术特征摘要】
1.一种耐磨的杂化聚酯丙烯酸酯UV涂料，其特征在于包括聚酯丙烯酸酯低聚物、改性二氧化硅、活性稀释剂、光引发剂、流平剂和消泡剂，聚酯丙烯酸酯低聚物、改性二氧化硅、活性稀释剂的重量百分比分别为40～75wt％、5～20wt％、10～40wt％，所述的聚酯丙烯酸酯低聚物、改性二氧化硅和活性稀释剂之和为100％，所述的光引发剂、流平剂和消泡剂分别为聚酯丙烯酸酯低聚物、改性二氧化硅和活性稀释剂的总量的2～6wt％、0.2～2wt％、0.2～2wt％；
或包括杂化聚酯丙烯酸酯低聚物、活性稀释剂、光引发剂、流平剂和消泡剂，杂化聚酯丙烯酸酯低聚物、活性稀释剂的重量百分比分别为60～90wt％、10～40wt％，所述的杂化聚酯丙烯酸酯低聚物和活性稀释剂之和为100％，所述的光引发剂、流平剂和消泡剂分别为杂化聚酯丙烯酸酯低聚物和活性稀释剂的总量的2～6wt％、0.2～2wt％、0.2～2wt％；所述的杂化聚酯丙烯酸酯低聚物为采用原位溶胶-凝胶法将二氧化硅前驱体在聚酯丙烯酸酯低聚物体系中制得的原位水解聚合产物。


2.根据权利要求1所述的杂化聚酯丙烯酸酯UV涂料，其特征在于所述的聚酯丙烯酸酯低聚物的分子量为100～5000。


3.根据权利要求1所述的杂化聚酯丙烯酸酯UV涂料，其特征在于所述的改性二氧化硅是由纳米分散法制得的：将正硅酸四乙酯和低级醇混溶，在碱类或酸类催化剂作用下水解和缩合得到二氧化硅溶胶，往二氧化硅溶胶加入改性试剂对二氧化硅进行改性，反应结束后，减压蒸馏或者离心脱除改性二氧化硅溶胶体系中的水分和低级醇至水含量≤3％，再分散于与水混溶的有机溶剂获得改性二氧化硅分散液。


4.根据权利要求3所述的杂化聚酯丙烯酸酯UV涂料，其特征在于所述的正硅酸四乙酯在其低级醇溶液中的质量分数为10～55wt％；所述的低级醇选自C1～C6一元醇；
所述的改性试剂选自γ-甲基丙烯酰氧丙基三甲氧基硅烷、3-巯丙基三乙氧基硅烷中的至少一种；所述的改性试剂的用量为正硅酸四乙酯的1～10wt％。


5.根据权利要求3所述的杂化聚酯丙烯酸酯UV涂料，其特征在于所述的改性二氧化硅分散液中，与水混溶的有机溶剂的用量为改性二氧化硅的5wt％～20wt％；所述的与水...

【专利技术属性】
技术研发人员：胡剑飞，张丽丽，孙冠卿，张越炜，
申请(专利权)人：江苏利田科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏;32