專利名稱：一種紫外光固化涂料及其制備方法與應用的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及紫外光固化涂料領域，具體涉及一種透明的、耐磨的、具有增硬效果的 紫外光固化涂料，及其制備方法與應用。
背景技術：
光學塑料因具有密度低、抗沖擊性能好、易加工成型等優(yōu)點，常用于制作透明視 窗，例如交通工具、電子產品、建筑物、眼鏡及其他光學儀器等都可使用耐破裂的透明塑料。透明塑料的主要優(yōu)點是耐破裂、質量輕和具有設計的撓性，但其嚴重缺陷是耐摩 擦性能差、易因擦傷和劃傷而導致可見度下降和外觀差，限制了其使用范圍。通過表面增強以提高透明塑料的表面硬度和耐磨性，是一種簡便而實用的方法， 可以擴大這類材料的應用領域，延長其使用壽命。在表面增強材料中，耐磨透明涂層因具有制備工藝簡單、操作方便、成本低廉、性 能優(yōu)良的特點而得到日益廣泛的應用。其中，以水解成膜得到的聚有機硅氧烷耐磨涂層的 應用較為普遍。這種方法稱之為溶膠一凝膠法。中國專利 CN101445698A、CN101445701A、CN101051092A、CN101460582A、 CN101300318A公開了此類表面增強材料的制備方法。但是此類耐磨透明涂層有的需要特定 的底漆，否則不具備足夠的附著力；有的適用的材質單一，如對PMMA附著力良好的產品對 PC基材的附著力很差；此外，此類表面增強材料為熱固性涂料，涂覆后需要在80 120°C下 固化2 4hr，否則達不到所需的附著力和耐磨性，這樣就降低了生產效率，增加了能耗，而 且容易增加固化過程“晶點，，產生的概率。紫外光固化涂裝及其涂裝技術是八十年代興起的表面處理新技術。這類涂料利 用紫外光輻射引發(fā)樹脂固化，與現(xiàn)有的熱固性涂料相比，具有固化快、節(jié)能、常溫固化、污染 少、涂層性能優(yōu)越等優(yōu)點，是新一代綠色化工產品。同傳統(tǒng)工藝固化的涂料相比，紫外光固 化涂料顯示出更佳的綜合性能，但是對于一些精密儀器，光學器件要求的高耐刮傷性來說， 涂料的硬度、耐磨性、耐刮傷性仍需提高。專利CN1M4717A提到的添加無機填料的辦法在 一定程度上可以提高涂料的耐磨性，但同時存在無機填料與碳氫化合物互不相容的問題， 甚至導致宏觀分相，透光率下降。
發(fā)明內容
本發(fā)明的首要目的在于克服現(xiàn)有技術的缺點與不足，提供一種適合于在光學塑料 表面涂裝的透明的、耐磨的、具有增硬效果的紫外光固化涂料。本發(fā)明的另一目的在于提供上述紫外光固化涂料的制備方法。本發(fā)明的再一目的在于提供上述紫外光固化涂料的應用。本發(fā)明的目的通過下述技術方案實現(xiàn)一種紫外光固化涂料，其特征在于是由以下質量百分比的成分制備而成，改性SiA溶膠20 80 %
水溶性紫外光固化樹脂10 60%
溶劑7 33%
光引發(fā)劑2%
助劑0. 1%
所述改性SiO2 容膠為以含不飽和雙鍵的有機硅單體作為表面改性劑，對S^2溶膠
進行表面改性得到的改性S^2溶膠。改性SiA溶膠通過如下方法制備將S^2溶膠投入 容器中勻速攪拌，加熱到40 70°C，緩慢滴加含不飽和雙鍵的有機硅單體，滴加完畢后保 溫2 他！·，降溫至20 30°C得到改性SiA溶膠。作為優(yōu)選，有機硅單體的添加量為SiA 溶膠質量的8. 3 20%，有機硅單體添加量過大，SiA在組分中的作用不明顯，達不到所需 的耐磨性，有機硅單體添加量過少，則對SiA的改性效果不佳，涂料的相容性受到影響。所述含不飽和雙鍵的有機硅單體為乙烯基三甲氧基硅烷、乙烯基三乙氧基硅烷、 丙烯基三甲氧基硅烷或Y -甲基丙烯酰氧丙基三甲氧基硅烷中的一種；其中Y -甲基丙烯 酰氧丙基三甲氧基硅烷在紫外光固化涂料中具有較快的光固化速度，因此本發(fā)明的含不飽 和雙鍵的有機硅單體優(yōu)選Y-甲基丙烯酰氧丙基三甲氧基硅烷。所述SiA溶膠，其固體份含量在25 30%之間，固體份含量過高將導致改性后溶 膠體系不穩(wěn)定，易凝膠；其PH值在2 4之間，該pH值范圍有利于有機硅單體的水解及于 SiO2粒子的縮合反應；SW2粒徑在5 50納米之間，優(yōu)選10 25納米，SW2粒徑過低，耐 磨增強效果不明顯，SiO2粒徑過高，則會影響到最終涂料的相容性和透明性。所述水溶性紫外光固化樹脂為水溶性環(huán)氧丙烯酸酯、水溶性聚氨酯丙烯酸酯、水 溶性聚醚丙烯酸酯或水溶性聚酯丙烯酸酯中的一種；其中水溶性聚氨酯丙烯酸酯具有較優(yōu) 的耐磨性和柔韌性，因此作為本發(fā)明的優(yōu)選樹脂。所述溶劑包括水和任何水溶性或水混溶性的醇，例如甲醇、乙醇、異丙醇、丁醇等， 或醇醚如丙二醇甲醚、乙二醇丁醚等。根據(jù)涂層揮發(fā)不同的層次，選用幾種不同沸點的溶劑 作為混合溶劑，所述的混合溶劑至少兩種溶劑混合，首先選環(huán)保型溶劑。所述光引發(fā)劑為2-羥基-2-甲基-1-苯基-1-丙酮、1-羥基-環(huán)己基苯酮、2，4， 6-三甲基苯甲酰二苯基氧化磷或雙2，4，6-三甲基苯甲酰苯基氧化磷中的一種。由于本發(fā) 明涂料產品為親水性較好的體系，為提高相容性，光引發(fā)劑優(yōu)選具有一定親水性的光引發(fā) 劑，如2-羥基-2-甲基-1-苯基-1-丙酮、1-羥基-環(huán)己基苯酮等。所述助劑為流平劑或/和消泡劑。這些流平劑和消泡劑為本行業(yè)技術人員所共知 的流平劑和消泡劑。上述紫外光固化涂料的制備方法，其特征在于包括以下步驟稱取20 80%的改性SW2溶膠于容器中，依次加入10 60%的水溶性紫外光 固化樹脂、7 33%的溶劑和0. 的助劑，混合10分鐘，再加入2%的光引發(fā)劑，混合5分 鐘即得紫外光固化涂料，避光保存；所述的百分比是質量百分比。本發(fā)明采用納米雜化技術制備有機/無機納米復合材料，以含不飽和雙鍵的有機 硅單體作為表面改性劑，對SiO2溶膠進行表面改性，然后將得到的改性SiA溶膠，含不飽和 雙健的有機硅單體主要其偶聯(lián)劑的作用，連接有機相和無機相，使有機相和無機相以化學 鍵連接，從而改善兩者的相容性，而且改性的S^2溶膠具有參與紫外光交聯(lián)的特性，再與水
4溶性紫外光固化樹脂、溶劑、光引發(fā)劑、助劑按比例混合，攪拌均勻后得到紫外光固化涂料 產品，可以在低溫下紫外光固化，適用于熱敏性的塑膠基材。本發(fā)明相對于現(xiàn)有技術具有如下的優(yōu)點及效果利用本發(fā)明提供的方法制備的紫外光固化涂料具有無機材料的高硬度、高耐磨、 耐刮傷和良好的熱穩(wěn)定性，同時具有有機材料的粘附性和相對的柔韌性；適用于作為各類 光學塑膠產品(例如聚碳酸酯、聚甲基丙烯酸甲酯、PET等聚酯等)表面的保護涂層。
具體實施例方式下面結合實施例對本發(fā)明作進一步詳細的描述，但本發(fā)明的實施方式不限于此。實施例1將IOOg SiO2溶膠(固含30%，pH = 3)投入四口燒瓶中勻速攪拌，加熱到50°C， 緩慢滴加20g γ -甲基丙烯酰氧丙基三甲氧基硅烷，滴加完畢后保溫證！·，降溫至20°C得到 改性SW2溶膠。取50g改性SW2溶膠，攪拌下加入15g水溶性聚氨酯丙烯酸酯，25g去離子水， 8g乙二醇丁醚，流平劑BI333(產自德國畢克公司)0. lg，混合lOmin，再加入2g 2-羥 基-2-甲基-1-苯基-1-丙酮，攪拌5min，制得紫外光固化涂料。實施例2將IOOg SiO2溶膠(固含30%，pH =幻投入四口燒瓶中勻速攪拌，加熱到60°C， 緩慢滴加20g乙烯基三甲氧基硅烷，滴加完畢后保溫!3hr，降溫至得到改性SiO2溶膠。取80g改性SW2溶膠，攪拌下加入IOg水溶性環(huán)氧丙烯酸酯，5g無水乙醇，2g丙 二醇甲醚，流平劑BI333 (產自德國畢克公司)0. Ig,混合lOmin，再加入2g 1-羥基-環(huán)己 基苯酮，攪拌5min，制得紫外光固化涂料。實施例3將120g SiO2溶膠(固含25%，pH = 4)投入四口燒瓶中勻速攪拌，加熱到40°C， 緩慢滴加IOg乙烯基三乙氧基硅烷，滴加完畢后保溫Mir，降溫至得到改性SiO2溶膠。取50g改性SiO2溶膠，攪拌下加入15g水溶性聚醚丙烯酸酯，25g甲醇，8g異丙醇， 流平劑BI333(產自德國畢克公司)0. lg，混合lOmin，再加入2g 2，4，6_三甲基苯甲酰二 苯基氧化磷，攪拌5min，制得紫外光固化涂料。實施例4將120g SiO2溶膠(固含25%，pH = 3)投入四口燒瓶中勻速攪拌，加熱到70°C， 緩慢滴加IOg丙烯基三甲氧基硅烷，滴加完畢后保溫air，降溫至30°C得到改性SiO2溶膠。取20g改性SW2溶膠，攪拌下加入60g水溶性聚酯丙烯酸酯，12g去離子水，6g 丁 醇，流平劑BI333 (產自德國畢克公司)0. lg，混合lOmin，再加入2g雙2，4，6-三甲基苯甲 酰苯基氧化磷，攪拌5min，制得紫外光固化涂料。對比實施例1將IOOg 3丨02溶膠(固含30%，？!1 = 3)投入四口燒瓶中勻速攪拌，加熱到501，緩 慢滴加20g γ -甲基丙烯酰氧丙基三甲氧基硅烷，滴加完畢后保溫^ir，降溫得到改性SW2 溶膠。取65g改性SW2溶膠，攪拌下加入25g去離子水，8g乙二醇丁醚，流平劑BI333(產自德國畢克公司)0. lg，混合lOmin，再加入2g 2-羥基-2-甲基-1-苯基-1-丙 酮，攪拌5min，制得紫外光固化涂料。對比實施例2取50g SiO2溶膠，攪拌下加入15g水溶性聚氨酯丙烯酸酯，25g無水乙醇，8g乙二 醇丁醚，流平劑BI333(產自德國畢克公司)0. lg，混合lOmin，再加入2g 2-羥基-2-甲 基-1-苯基-1-丙酮，攪拌5min，制得紫外光固化涂料。實施例5本實施例為本發(fā)明實施例所得的紫外光固化涂料產品進行涂膜性能測試的試驗 例發(fā)明人分別用上述實施例1-4及對比實施例1、2所配制的紫外光固化涂料采用浸 涂的方式涂敷在PC(聚碳酸酯)片材表面。用4KW的紫外燈作輻射源照射&，對所形成的 固化膜進行各項性能測試和評定，其結果如表1所示表1涂膜性能
權利要求
1. 一種紫外光固化涂料，其特征在于是由以下質量百分比的成分制備得到，改性SW2溶膠20 80% 水溶性紫外光固化樹脂10 60%溶劑 7 33% 光引發(fā)劑2% 助劑0. 1% ；所述改性SiA溶膠通過如下方法制備得到將SiA溶膠投入容器中勻速攪拌，加熱到40 70°C，緩慢滴加含不飽和雙鍵的有機硅 單體，滴加完畢后保溫2 6hr，降溫至20 30°C得到改性SW2溶膠；所述含不飽和雙鍵的有機硅單體為乙烯基三甲氧基硅烷、乙烯基三乙氧基硅烷、丙烯 基三甲氧基硅烷或Y-甲基丙烯酰氧丙基三甲氧基硅烷中的一種；所述水溶性紫外光固化樹脂為水溶性環(huán)氧丙烯酸酯、水溶性聚氨酯丙烯酸酯、水溶性 聚醚丙烯酸酯或水溶性聚酯丙烯酸酯中的一種。
2.根據(jù)權利要求1所述的紫外光固化涂料，其特征在于所述含不飽和雙鍵的有機硅 單體的添加量為SiA溶膠質量的8. 3 20%。
3.根據(jù)權利要求1所述的紫外光固化涂料，其特征在于所述含不飽和雙鍵的有機硅單體為Y-甲基丙烯酰氧丙基三甲氧基硅烷；所述水溶性紫外光固化樹脂為水溶性聚氨酯丙烯酸酯。
4.根據(jù)權利要求1所述的紫外光固化涂料，其特征在于所述SiO2溶膠，其固體份含量 為25 30%，其pH值為2 4。
5.根據(jù)權利要求1所述的紫外光固化涂料，其特征在于所述溶劑是水、甲醇、乙醇、異 丙醇、丁醇、丙二醇甲醚或乙二醇丁醚中的至少兩種組成的混合物。
6.根據(jù)權利要求1所述的紫外光固化涂料，其特征在于所述光引發(fā)劑為2-羥 基-2-甲基-1-苯基-1-丙酮、1-羥基-環(huán)己基苯酮、2，4，6-三甲基苯甲酰二苯基氧化磷 或雙2，4，6-三甲基苯甲酰苯基氧化磷中的一種。
7.權利要求1所述紫外光固化涂料的制備方法，其特征在于包括以下步驟稱取20 80%的改性SW2溶膠于容器中，依次加入10 60%的水溶性紫外光固化 樹脂、7 33%的溶劑和0. 的助劑，混合10分鐘，再加入2%的光引發(fā)劑，混合5分鐘即 得紫外光固化涂料；所述的百分比是質量百分比。
8.權利要求1所述紫外光固化涂料用作光學塑膠的表面保護涂層。
9.根據(jù)權利要求8所述紫外光固化涂料用作光學塑膠的表面保護涂層，其特征在于 所述光學塑膠為聚碳酸酯。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種紫外光固化涂料及其制備方法與應用。一種紫外光固化涂料的制備方法，包括以下步驟稱取20～80％的改性SiO2溶膠于容器中，依次加入10～60％的水溶性紫外光固化樹脂、7～33％的溶劑和0.1％的助劑，混合10分鐘，再加入2％的光引發(fā)劑，混合5分鐘即得紫外光固化涂料。利用本發(fā)明提供的方法制備的紫外光固化涂料具有無機材料的高硬度、高耐磨、耐刮傷和良好的熱穩(wěn)定性，同時具有有機材料的粘附性和相對的柔韌性；適用于作為各類光學塑膠產品(例如聚碳酸酯、聚甲基丙烯酸甲酯、PET等聚酯等)表面的保護涂層。本發(fā)明紫外光固化涂料在一定程度上克服了現(xiàn)有紫外光固化涂料在硬度、耐磨性、耐刮傷性、透光率上的缺陷。
文檔編號C09D175/14GK102070981SQ20101057190
公開日2011年5月25日 申請日期2010年12月2日 優(yōu)先權日2010年12月2日
發(fā)明者劉世基, 劉建偉 申請人:廣州慧谷化學有限公司