专利名称：一种紫外光固化耐热涂料及其制备和应用方法
技术领域：
本发明涉及一种用于钢板表面的环境友好型快速固化涂料，特别涉及一种紫外光 固化耐热涂料及其制备和应用方法。
背景技术：
耐热涂料在工业生产及日常生活等许多领域都发挥着不可替代的作用，不可忽视 的是，传统耐热涂料的制备及涂覆、固化过程中的许多环节都不能满足环境友好及高效率、 低能耗的要求，例如一些溶剂型涂料存在毒性及高挥发性有机物排放的问题。目前耐热涂料研究的主要方向是绿色环保及减量化，中国专利CN 101024739A公 开了一种水性无机耐热涂料，其组成(重量百分比)为高岭土 35 46%，石英粉30 35 %，陶瓷短纤维4 10 %，二氧化钛4 8 %，铁红10 15 %，液相为钠水玻璃和助剂，助 剂为液相质量的3. 5 6. 5%，固化后的涂层附着力强、硬度和冲击强度高；美国纳幕尔杜 邦公司在中国申请的专利CN1751106A涉及一种耐热粉末涂料，其主要成分为聚硅氧烷树 脂和低熔点玻璃颗粒，该涂层能够经受550°C以上的高温而不从基材上脱落，对上述环保型 耐热涂料而言，虽然水性涂料和粉末涂料在制备及涂覆过程中的挥发性有机物排放较低， 但其涂料固化方式均为热固化，涂料用烘烤设备中在较高温度下固化成膜，这种方法的能 耗较大并且涂料固化速度慢、生产效率低。
发明内容
本发明的目的是针对现有技术存在的问题，提供一种紫外光固化耐热涂料及其制 备和应用方法，应用该涂料在钢铁基材上快速固化，固化后涂层能够经受短时间高温热处 理而不开裂、不脱落。本发明为一种紫外光固化耐热涂料，其组成成分按质量百分比为光敏有机树 脂20 % 25 %、光敏单体25 % 32 %、光引发剂2. 5 % 3. 5 %、耐高温树脂粉末1 % 2.1%、纳米氧化铝0. 8 % 2. 1 %、云母粉2. 5 % 5. 5 %、滑石粉2. 5 % 5. 5 %、无机粘 结剂30% 37%、硅烷偶联剂1. 8% 2. 7%和助剂0. 2%，所述助剂由消泡剂和流平剂各 0. 组成的。所述的光敏有机树脂为双酚A型环氧丙烯酸酯；所述的光敏单体为三缩丙二醇双 丙烯酸酯；所述的光引发剂为1-羟基环己基苯甲酮、二苯甲酮和三乙醇胺组成的混合物， 其组成按质量比为1 1 0.3;所述的耐高温树脂粉末为N，N-二氨基二苯甲烷型双马来 酰亚胺树脂粉末；所述无机粘结剂为低温玻璃粉，其主要组成为氧化铅、氧化锌、三氧化二 硼、二氧化硅；所述硅烷偶联剂为甲基丙烯酰氧)丙基三甲氧基硅烷；所述消泡剂为 聚硅氧烷丙烯酸酯TEGO Rad 2500 ；所述流平剂为聚硅氧烷丙烯酸酯TEGO Rad 2100。上述的紫外光固化耐热涂料，所述云母粉，平均粒径为4. 9 i! m ；所述滑石粉，平均 粒径为4. 5 y m ；所述N，N- 二氨基二苯甲烷型双马来酰亚胺树脂粉末，平均粒径为5. 8 y m ；所述的紫外光固化耐热涂料的制备方法，按如下步骤进行
(1)将纳米氧化铝、云母粉、滑石粉、无机粘结剂、耐高温树脂粉末、硅烷偶联剂 加入到光敏单体中，按涂料组成成分质量百分比为纳米氧化铝0.8% 2. 1%、云母粉 2. 5 % 5. 5 %、滑石粉2. 5 % 5. 5 %、无机粘结剂30 % 37 %、耐高温树脂粉末1 % 2. 1%、硅烷偶联剂1.8% 2.7%、光敏单体25% 32% ；用高速分散均质机分散15min、 然后在超声清洗机中处理5min为一个处理周期，共处理6个周期，得到预分散浆料；(2)将得到的上述浆料加入光敏有机树脂、光引发剂、消泡剂、流平剂中，按涂料组 成成分质量百分比为光敏有机树脂20% 25%、光引发剂2% 5%、消泡剂0. 1%、流平剂 0. 1 %，用电动搅拌器进行混合，再采用上述的高速分散与超声清洗的方法处理6个周期， 得到紫外光固化耐热涂料。上述的紫外光固化耐热涂料制备方法中，所述无机粘结剂为低温玻璃粉；所述的 耐高温树脂粉末为N，N-二氨基二苯甲烷型双马来酰亚胺树脂粉末；所述硅烷偶联剂为 Y-(甲基丙烯酰氧)丙基三甲氧基硅烷；所述的光敏有机树脂为双酚A型环氧丙烯酸酯。 所述的光引发剂为1-羟基环己基苯甲酮、二苯甲酮和三乙醇胺组成的混合物，其组成按质 量比1-羟基环己基苯甲酮二苯甲酮三乙醇为1 1 0.3，所述消泡剂为聚硅氧烷丙 烯酸酯TEGO Rad 2500 ；所述流平剂为聚硅氧烷丙烯酸酯TEGO Rad 2100。所述的紫外光固化耐热涂料的应用方法为采用线棒涂膜器将紫外光固化耐热涂 料均勻涂于经表面预处理的钢板上，以100 140mW/cm2的紫外光，照射65 90s使涂料 固化，得到涂层。本发明与现有技术相比较，具有的优点和产生的积极效果如下是一种用于钢板 表面的环境友好型快速固化涂料，也适用于电工钢板、家电板、彩涂板、耐指纹板等，其制备 及涂装过程挥发性有机物排放较低，涂料可在紫外线照射下快速固化，具有安全、环保、高 效、节能等特点。固化后涂层有良好附着性，热处理前附着力为1级；在氮气气氛300 600°C下热处理lh后涂层保持完整、表面平整光滑，未出现开裂、鼓泡等现象，600°C热处理 lh后附着力为2级。
图1为本发明涂层经氮气气氛300°C和600°C条件下热处理lh后的表面形貌 (SEM)，其中(a)为氮气气氛300°C热处理lh后的表面形貌(SEM)，(b)为600°C条件下热处 理lh后的表面形貌(SEM)。由图可见，热处理后涂层保持完整，表面无明显孔洞。
具体实施例方式下面结合实施例，对本发明的紫外光固化耐热涂料和制备及其应用方法进行详细 介绍。下文所涉的双酚A型环氧丙烯酸酯，由E-51环氧树脂与丙烯酸在以N，N- 二甲基 苯胺为催化剂、对苯二酚为阻聚剂的条件下进行酯化反应制得，酯化反应温度为110°C ；其 中E-51环氧树脂、丙烯酸、N, N- 二甲基苯胺、对苯二酚均为市场购得。所涉及的三缩丙二醇双丙烯酸酯、1-羟基环己基苯甲酮、二苯甲酮、三乙醇胺、N， N-二氨基二苯甲烷型双马来酰亚胺树脂粉末、纳米氧化铝、云母粉、滑石粉、低温玻璃粉、 Y-(甲基丙烯酰氧)丙基三甲氧基硅烷、聚硅氧烷丙烯酸酯TEGO Rad 2500、聚硅氧烷丙烯酸酯TEGO Rad 2100均为市场购得。实施例1紫外光固化耐热涂料，其组成按质量百分比为光敏有机树脂24. 1%、光敏单体 30. 2%、光引发剂3. 1%、耐高温树脂粉末1. 1%、纳米氧化铝1. 1%、云母粉2.7%、滑石粉 2. 7%、无机粘结剂32. 7%、硅烷偶联剂2. 和助剂0. 2%，所述助剂由消泡剂和流平剂 各0. 组成的。所述光敏有机树脂为双酚A型环氧丙烯酸酯；所述的光敏单体为三缩丙 二醇双丙烯酸酯；所述的光引发剂为1-羟基环己基苯甲酮、二苯甲酮和三乙醇胺组成的混 合物，其组成按质量比1-羟基环己基苯甲酮二苯甲酮三乙醇胺组成为1 1 0.3; 所述的耐高温树脂粉末为N，N-二氨基二苯甲烷型双马来酰亚胺树脂粉末；所述无机粘结 剂为低温玻璃粉，其主要组成为氧化铅、氧化锌、三氧化二硼、二氧化硅；所述硅烷偶联剂 为甲基丙烯酰氧)丙基三甲氧基硅烷；所述消泡剂为聚硅氧烷丙烯酸酯TEGO Rad. 2500;所述流平剂为聚硅氧烷丙烯酸酯TEGO Rad 2100。上述材料N，N-二氨基二苯甲烷 型双马来酰亚胺树脂粉末，平均粒径为5. 8 y m ；云母粉，平均粒径为4. 9 y m ；滑石粉，平均 粒径为4. 5 ii m。紫外光固化耐热涂料其制备方法如下将纳米氧化铝、云母粉、滑石粉无机粘结剂、耐高温树脂粉末、硅烷偶联剂加入到 光敏单体中，按涂料组成成分其质量百分比为纳米氧化铝1. 1%、云母粉2.7%、滑石粉 2. 7%、无机粘结剂32. 7%、耐高温树脂粉末1. 1 %、硅烷偶联剂2. 1 %、光敏单体30. 2%，用 高速分散均质机分散15min、然后在超声清洗机中处理5min为一个处理周期，共处理6个周 期，得到预分散浆料。将得到的上述浆料中加入光敏有机树脂、光引发剂、消泡剂、流平剂，按涂料组成 成分质量百分比为光敏有机树脂24. 1%、光引发剂3. 1%、消泡剂0. 1%、流平剂0. 1% ；用 电动搅拌器进行混合，再采用上述的高速分散与超声清洗的方法处理6个周期，得到紫外 光固化耐热涂料。上述的紫外光固化耐热涂料，所述无机粘结剂为低温玻璃粉；所述的耐高温树脂 粉末为N，N-二氨基二苯甲烷型双马来酰亚胺树脂粉末；所述硅烷偶联剂为甲基丙 烯酰氧)丙基三甲氧基硅烷；所述的光敏有机树脂为双酚A型环氧丙烯酸酯。所述的光引 发剂为1-羟基环己基苯甲酮、二苯甲酮和三乙醇胺组成的混合物，其组成按质量比1-羟 基环己基苯甲酮二苯甲酮三乙醇为1 1 0.3，所述消泡剂为聚硅氧烷丙烯酸酯 TEGO Rad 2500 ；所述流平剂为聚硅氧烷丙烯酸酯TEGO Rad 2100。紫外光固化耐热涂料应用方法如下采用线棒涂膜器将所述的紫外光固化耐热涂料均勻涂于经表面预处理的钢板上， 以130mW/cm2的紫外光，照射85s使涂料固化，得到涂层，并对其性能进行测试。涂层附着 力测试按GB/T 9286-1998 “色漆和清漆-漆膜的划格试验”进行，涂层耐腐蚀性评价参照 GB/T1771-1991 “色漆和清漆耐中性盐雾性能的测定”进行，盐水喷雾24h后查看锈蚀面积， 锈蚀面积< 60%为合格，否则为不合格。所得涂层在热处理前的附着性、耐腐蚀性均较好。 热处理后涂层附着力稍下降，为2级，耐腐蚀合格。其余实施例和比较例与实施例1的组成物质、制备方法和应用方法基本相同，不 同之处在于个组成物质的百分比和应用方法中的固化光强和固化时间，如表1所示，所得涂层性能测试结果见表2。表1涂料物质成分质量百分比及应用中固化光强和固化时间 表2涂层性能测试结果 以上实例例中涂层附着力测试按GB/T 9286-1998 “色漆和清漆-漆膜的划格试 验”进行，涂层耐腐蚀性评价参照GB/T 1771-1991 “色漆和清漆耐中性盐雾性能的测定”进 行，盐水喷雾24h后查看锈蚀面积，锈蚀面积< 60%为合格(〇)，否则为不合格(X)。从表2可以看出，实施例2 7涂层在热处理前的附着性、耐腐蚀性均较好。热处 理后实施例2 7涂层附着力稍下降，为2级。比较例1中由于采用的固化光强较弱、比较 例2中由于采用的固化时间较短，致使涂层交联固化程度不高，因此涂层热处理前后附着 力及耐腐蚀性均较差。
权利要求
一种紫外光固化耐热涂料，其特征在于该涂料的组成成分按质量百分比为光敏有机树脂20％～25％、光敏单体25％～32％、光引发剂2.5％～3.5％、耐高温树脂粉末1％～2.1％、纳米氧化铝0.8％～2.1％、云母粉2.5％～5.5％、滑石粉2.5％～5.5％、无机粘结剂30％～37％、硅烷偶联剂1.8％～2.7％和助剂0.2％，所述助剂由消泡剂和流平剂各0.1％组成的。
2.根据权利要求1所述的紫外光固化耐热涂料，其特征在于所述的光敏有机树脂为双 酚A型环氧丙烯酸酯；所述的光敏单体为三缩丙二醇双丙烯酸酯；所述的光引发剂为1-羟 基环己基苯甲酮、二苯甲酮和三乙醇胺组成的混合物，其组成按质量比1-羟基环己基苯甲 酮二苯甲酮三乙醇胺为1 1 0.3;所述的耐高温树脂粉末为N，N-二氨基二苯甲烷 型双马来酰亚胺树脂粉末；所述无机粘结剂为低温玻璃粉；所述硅烷偶联剂为甲基丙 烯酰氧)丙基三甲氧基硅烷；所述消泡剂为聚硅氧烷丙烯酸酯TEGO Rad 2500 ；所述流平 剂为聚硅氧烷丙烯酸酯TEGO Rad 2100。
3.根据权利要求1所述的紫外光固化耐热涂料，其特征在于所述云母粉，平均粒径为 4.9um ；所述滑石粉，平均粒径为4. 5 ii m。
4.根据权利要求2所述的紫外光固化耐热涂料，其特征在于所述N，N-二氨基二苯甲 烷型双马来酰亚胺树脂粉末，平均粒径为5. 8 y m。
5.一种如权利要求1所述的紫外光固化耐热涂料的制备方法，其特征在于按如下步骤 进行(1)将纳米氧化铝、云母粉、滑石粉、无机粘结剂、耐高温 树脂粉末、硅烷偶联剂加入 到光敏单体中，按涂料组成成分质量百分比为纳米氧化铝0. 8 % 2. 1 %、云母粉2. 5 % 5. 5 %、滑石粉2. 5 % 5. 5 %、无机粘结剂30 % 37 %、耐高温树脂粉末1 % 2. 1 %、硅烷 偶联剂1. 8% 2. 7%，光敏单体25% 32% ；用高速分散均质机分散15min、然后在超声 清洗机中处理5min为一个处理周期，共处理6个周期，得到预分散浆料；(2)在得到的上述浆料中加入光敏有机树脂、光引发剂、消泡剂、流平剂，按涂料组成 成分质量百分比为光敏有机树脂20% 25%、光引发剂2% 5%、消泡剂0. 1%、流平剂 0. 1 % ；用电动搅拌器进行混合，再采用上述的高速分散与超声清洗的方法处理6个周期，得 到紫外光固化耐热涂料。
6.根据权利要求5所述的紫外光固化耐热涂料，其特征在于所述无机粘结剂为低温玻 璃粉；所述的耐高温树脂粉末为N，N-二氨基二苯甲烷型双马来酰亚胺树脂粉末；所述硅烷 偶联剂为甲基丙烯酰氧)丙基三甲氧基硅烷；所述的光敏有机树脂为双酚A型环氧丙 烯酸酯，所述的光引发剂为1-羟基环己基苯甲酮、二苯甲酮和三乙醇胺组成的混合物，其 组成按质量比1-羟基环己基苯甲酮二苯甲酮三乙醇胺为1 1 0.3，所述消泡剂为 聚硅氧烷丙烯酸酯TEGO Rad 2500 ；所述流平剂为聚硅氧烷丙烯酸酯TEGO Rad 2100。
7.—种如权利要求1所述的紫外光固化耐热涂料的应用方法，其特征在于采用线棒涂 膜器将所述的紫外光固化耐热涂料均勻涂于经表面预处理的钢板上，以100 140mW/cm2 的紫外光，照射65 90s使涂料固化，得到涂层。
全文摘要
一种紫外光固化耐热涂料及其制备和应用方法，属于涂料技术领域。该涂料的组成成分按质量百分比为光敏有机树脂20％～25％、光敏单体25％～32％、光引发剂2.5％～3.5％、耐高温树脂粉末1％～2.1％，纳米氧化铝0.8％～2.1％、云母粉2.5％～5.5％、滑石粉2.5％～5.5％、无机粘结剂30％～37％、硅烷偶联剂1.8％～2.7％和助剂0.2％，所述助剂由消泡剂和流平剂各0.1％组成的。该涂料制备方法纳米氧化铝、云母粉、滑石粉、无机粘结剂、耐高温树脂粉末和硅烷偶联剂加入光敏单体中；经搅拌分散、超声处理得到浆料；在浆料中加入光敏有机树脂、光引发剂、消泡剂、流平剂，搅拌混合，采用分散和超声处理得到涂料。该涂料应用方法将涂料均匀涂于钢板上，经紫外线照射得到涂层。本发明的优点具有环保、高效、节能特点。
文档编号C09D163/10GK101892004SQ20101023347
公开日2010年11月24日 申请日期2010年7月22日 优先权日2010年7月22日
发明者段培宁, 薛向欣, 高鹏 申请人:东北大学