本发明涉及涂料领域，具体涉及一种紫外光固化涂料及其制备方法以及采用该紫外光固化涂料制成的超亲水透明防雾涂层。
背景技术：
透明材料如玻璃、塑料、薄膜表面的水接触角一般都在40°以上，在内外表面有温差时，温度低的那面水分的饱和蒸汽压低于周围环境的蒸汽压，会在表面聚集凝结形成雾，湿气或蒸汽冷凝在透明材料制品的表面形成微小水滴，微小水滴的析出使光线经过时发生漫反射，很明显的降低了透明材料的透光率，出现起雾现象，从而使得透明材料变得不透明，影响视觉效果，雾化现象严重影响透明度。这会给人们的生活带来很多不便，如眼镜的雾化会使人视界模糊；汽车挡风玻璃及后视镜的雾化会给交通带来安全隐患；摄像机球罩的雾化会使监控图像模糊失真；对于太阳能装置雾化会严重降低对太阳能利用率；对农业用塑料膜大棚雾化也会严重降低薄膜透光率，影响作物生长。在材料表面涂覆能降低材料表面水接触角的涂层，这样在发生水汽凝结时水汽会在涂层的表面铺展开形成透明水膜，不影响透明度从而达到防雾的目的。但是目前的涂层普遍存在着使用一段时间之后防雾性能变差的问题。
技术实现要素：
鉴于上述涂料使用时的不足，本发明的目的是提供一种具有很好的长效防雾性能、耐水性好、耐候性好、超亲水的紫外光固化涂料及其制备方法。本发明的技术方案如下：一种紫外光固化涂料，该紫外光固化涂料的原料包括10～50重量份的改性硅溶胶、5～30重量份的UV树脂低聚物、5～30重量份的活性稀释剂、0.2～5重量份的表面活性剂、2～6重量份的光引发剂和0～50重量份的溶剂；其中所述改性硅溶胶为接枝有烯键和磺酸基的硅溶胶；所述UV树脂低聚物的色度≤2，所述UV树脂低聚物的分子量为350～3000，所述UV树脂低聚物的官能团的数量为2～5；所述活性稀释剂的官能团数量为1～6；所述表面活性剂为分子量为200～3000的反应性表面活性剂；所述光引发剂为2-羟基-2-甲基-1-苯基丙酮、1-羟基环己基苯基甲酮、2-甲基-2-(4-吗啉基)-1-[4-(甲硫基)苯基]-1-丙酮、2,4,6-三甲基苯甲酰基-二苯基氧化膦、2,4,6-三甲基苯甲酰基苯基膦酸乙酯、2-二甲氨基-2-苄基-1-[4-(4-吗啉基)苯基]-1-丁酮、2-羟基-2-甲基-1-[4-(2-羟基乙氧基)苯基]-1-丙酮以及苯甲酰甲酸甲酯中的一种或几种的混合物；所述溶剂为去离子水、乙醇、异丙醇、正丁醇、丙二醇甲醚醋酸酯、四氢呋喃、甲苯、丙二醇单烷基醚、丙二醇烷基醚乙酸酯、环戊酮、乙酸丁酯、甲基异丁基酮、正丁酮、4-甲基-2-戊酮、环己酮、2-庚酮、γ-丁内酯、乙二醇单乙醚乙酸酯、乙二醇单甲醚、乙二醇单乙醚、乙二醇单丁醚、乙二醇单甲醚乙酸酯、二甲基甲酰胺或二甲基乙酰胺中的一种或几种的混合物。。在其中一个实施例中，所述UV树脂低聚物为丙烯酸酯类低聚物。在其中一个实施例中，所述活性稀释剂为(甲基)丙烯酸酯类官能团的自由基单体。在其中一个实施例中，所述表面活性剂为烯丙基聚氧乙烯醚、甲基丙烯醇聚氧乙烯醚、(甲基)丙烯酸聚氧乙烯醚单酯中的一种或几种的混合物。在其中一个实施例中，所述紫外光固化涂料还包括0～1重量份的流平剂和/或0～1重量份的消泡剂。上述的紫外光固化涂料的制备方法，包括如下步骤：将改性硅溶胶、UV树脂低聚物、活性稀释剂、表面活性剂、光引发剂和溶剂按上述重量份数比混合均匀，过滤即得到所述的紫外光固化涂料。在其中一个实施例中，所述接枝有烯键和磺酸基的硅溶胶的制备方法包括如下步骤：制备接枝有烯键的硅溶胶；制备接枝有磺酸基的硅溶胶；将所述接枝有烯键的硅溶胶与所述接枝有磺酸基的硅溶胶混合、搅拌并陈化，得到同时接枝有烯键和磺酸基的硅溶胶，其中，所述接枝有烯键的硅溶胶与所述接枝有磺酸基的硅溶胶的质量份数比为0.2～1:1。在其中一个实施例中，所述制备接枝有烯键的硅溶胶包括以下步骤：取一定量的硅溶胶，调节其pH值至2～5并进行搅拌，边搅拌边滴加含有烯键的硅烷偶联剂，滴加完毕后继续搅拌1h～5h，然后陈化12h～48h，得到接枝有烯键的硅溶胶；其中，所述含有烯键的硅烷偶联剂与所述硅溶胶的固含量的质量份数比为0.5～2:1。在其中一个实施例中，所述含有烯键的硅烷偶联剂与所述硅溶胶的固含量的质量份数比为0.8～1:1。在其中一个实施例中，向所述硅溶胶中滴加所述含有烯键的硅烷偶联剂时，所述含有烯键的硅烷偶联剂的滴加时间为30min～120min。在其中一个实施例中，所述含有烯键的硅烷偶联剂为γ-(甲基丙烯酰氧)丙基三甲氧基硅烷、γ-甲基丙烯酰氧基丙基三乙氧基硅烷、乙烯基三乙氧基硅烷、乙烯基三甲氧基硅烷和乙烯基三(β-甲氧基乙氧基)硅烷中的一种或几种的混合物。在其中一个实施例中，所述制备接枝有磺酸基的硅溶胶包括以下步骤：取一定量的硅溶胶，调节其pH值至2～5并进行搅拌，边搅拌边滴加含有巯基的硅烷偶联剂，滴加完毕后继续搅拌1h～5h，然后陈化12h～48h，得到接枝有巯基的硅溶胶；其中，所述含有巯基的硅烷偶联剂与所述硅溶胶的固含量的质量份数比为0.5～2:1；在所述接枝有巯基的硅溶胶中加入过氧化物，所述过氧化物将所述巯基氧化为磺酸基，得到接枝有磺酸基的硅溶胶；其中，所述过氧化物与所述接枝有巯基的硅溶胶的摩尔比为1～3:1。在其中一个实施例中，所述含有巯基的硅烷偶联剂与所述硅溶胶的固含量的质量份数比为1～1.5:1；所述过氧化物与所述接枝有巯基的硅溶胶的摩尔比为1～1.5:1。在其中一个实施例中，向所述硅溶胶中滴加含有巯基的硅烷偶联剂时，所述含有巯基的硅烷偶联剂的滴加时间为30min～120min。在其中一个实施例中，所述含疏基的硅烷偶联剂的分子结构式为：SH(CH2)3Si(OR)3，其中，R为甲基、乙基或甲氧基乙基。在其中一个实施例中，所述过氧化物为过氧化氢和过氧乙酸中的一种或几种的混合物。在其中一个实施例中，所述接枝有烯键的硅溶胶与所述接枝有磺酸基的硅溶胶的质量份数比为0.4～0.6:1。在其中一个实施例中，将所述接枝有烯键的硅溶胶与所述接枝有磺酸基的硅溶胶混合、搅拌并陈化包括以下步骤：将所述接枝有磺酸基的硅溶胶进行搅拌，边搅拌边滴加所述接枝有烯键的硅溶胶，滴加完毕后继续搅拌1h～5h，然后陈化12h～48h。在其中一个实施例中，向所述接枝有磺酸基的硅溶胶中滴加所述接枝有烯键的硅溶胶时，所述接枝有烯键的硅溶胶的滴加时间为30min～120min。在其中一个实施例中，在制备接枝有烯键的硅溶胶和制备接枝有巯基的硅溶胶之前，还包括以下步骤：将硅溶胶在超声波中活化10min～60min。在其中一个实施例中，所述硅溶胶的固含量为5wt％～35wt％，粒径为5nm至100nm。本发明还提供一种超亲水透明防雾涂层，所述超亲水透明防雾涂层是通过将上述的紫外光固化涂料涂覆在基材上制成的，其中所述超亲水透明防雾涂层的厚度为5微米至35微米。上述的超亲水透明防雾涂层的制备方法，包括如下步骤：将上述的紫外光固化涂料涂覆在基材表面；对涂覆有涂层的基材进行预烘烤处理，预烘烤处理的温度为50℃至100℃，时间为1分钟至10分钟；对预烘烤处理之后的基材进行紫外固化处理即可得到超亲水透明防雾涂层。本发明的有益效果是：(1)本发明的紫外光固化涂料采用了改性硅溶胶、UV树脂低聚物、活性稀释剂、表面活性剂和光引发剂等成分，其中改性硅溶胶的表面接枝有烯键和磺酸基，所接枝的烯键可以参与自由基反应，接枝的烯键可以与UV树脂低聚物、活性稀释剂、反应性表面活性剂在光引发剂的存在下通过紫外光辐射发生化学共聚和交联从而形成均一的有机-无机杂化体系；硅溶胶表面接枝的磺酸基具有很高的亲水性，其可以保证本发明的紫外光固化涂料固化后的超亲水性能，再者由于烯键和磺酸基均化学接枝在无机物硅溶胶的表面，因此使得本发明的紫外光固化涂料制备的涂层具有长效超亲水性能和优良的防雾性能，而且耐水性好，耐候性好，同时其耐磨、耐刮擦和耐污性能也非常好。(2)本发明的紫外光固化涂料中的UV树脂低聚物、活性稀释剂和反应性表面活性剂构成了本发明的紫外光固化涂料的主要连接料，保证了各组分之间的相容性、反应性和成膜性，满足了涂料与涂层基材的附着力、硬度和透光率等的需求。(3)本发明的紫外光固化涂料完全适用于各种透明材料，适合各种涂覆工艺，在汽车倒车镜、挡风玻璃、浴室镜、游泳镜、摄像机球罩、透明薄膜以及光学材料上具有很好的应用前景。具体实施方式为了使本发明的紫外光固化涂料及制备方法和超亲水透明防雾涂层及制备方法的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，对本发明进行进一步详细说明。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。本发明提供一种紫外光固化涂料，其原料包括10～50重量份的改性硅溶胶、5～30重量份的UV树脂低聚物、5～30重量份的活性稀释剂、0.2～5重量份的表面活性剂、2～6重量份的光引发剂和0～50重量份的溶剂。其中所述改性硅溶胶为接枝有烯键和磺酸基的硅溶胶。硅溶胶亦称硅酸溶胶，硅溶胶是纳米级二氧化硅颗粒在水或其他溶剂(其他溶剂可以是乙醇、异丙醇、正丁醇、丙二醇甲醚醋酸酯、乙酸正丁酯、防白水中的一种或几种)中的分散液，硅溶胶中的二氧化硅含有大量的水及羟基，具有较大的比表面积，具有高分散性、高吸附性和高耐火绝热性等特点。其原料来源广泛，便于生产，价格低廉，对人类和环境无毒无害。本实施例中的接枝有烯键和磺酸基的硅溶胶的分子结构式为：其中n＝0～3，Y为本实施例中的改性硅溶胶的表面接枝有烯键(-C＝C)和磺酸基(-SO3H)，所接枝的烯键可以参与自由基反应，接枝的烯键可以与UV树脂低聚物、活性稀释剂、表面活性剂在光引发剂的存在下通过紫外光辐射发生化学共聚和交联从而形成均一的有机-无机杂化体系；硅溶胶表面接枝的磺酸基具有很高的亲水性，其可以保证本发明的紫外光固化涂料固化后的超亲水性能，再者由于烯键和磺酸基均化学接枝在无机物硅溶胶的表面(目前的纯高分子体系的涂料中起到亲水作用的亲水基团是直接接在高分子主链上的，因此这种纯高分子体系的耐水性较差，因此使用一段时间后防雾性能变差)，因此使得本发明的紫外光固化涂料制备的涂层具有长效超亲水性能和优良的防雾性能，而且耐水性好，耐候性好，同时其耐磨、耐刮擦和耐污性能也非常好。其中，原料中的所述UV树脂低聚物为低色度UV树脂低聚物，要求所使用UV树脂低聚物的色度(Fe-Co值)≤2，UV树脂低聚物的分子量为350～3000，所述UV树脂低聚物的官能团的数量为2～5；优选UV树脂低聚物为丙烯酸酯类低聚物。更优的，所述UV树脂低聚物为聚氨酯丙烯酸酯、聚酯丙烯酸酯、聚醚丙烯酸酯和磷酸丙烯酸酯中的一种或两种以上的混合物。其中所采用的活性稀释剂的官能团数量为1～6；优选的，活性稀释剂为(甲基)丙烯酸酯类的含1～6官能团的自由基型单体，例如单官能团(甲基)丙烯酸羟乙酯，单官能团的(甲基)丙烯酸羟丙酯、双官能团的1，6-已二醇双丙烯酸酯(HDDA)、双官能团的二缩丙二醇双丙烯酸酯(DPGDA)、双官能团的三缩丙二醇双丙烯酸酯(TPGDA)、三官能团的三羟甲基丙烷三丙烯酸酯(TMPTA)，三官能团的三羟甲基丙烷三甲基丙烯酸酯(TMPTMA)，三官能团的三(2-羟乙基)异氰脲酸三丙烯酸酯(THEICTA)、三官能团的乙氧化三羟甲基丙烷三丙烯酸酯(TMP6EOTA)、四官能团的乙氧化季戊四醇四丙烯酸酯(PPTTA)、六官能团的双-季戊四醇六丙烯酸酯(DPHA)等。官能团数量为1～6的活性稀释剂由于其官能团较多，分子链较短，能够兼顾硬度和提高交联密度，在固化过程中能够缓冲其他成分的成膜应力，防止固化时崩裂，辅助提高涂层的抗划伤性能，辅助提高耐磨性能。同时稀释剂的加入能够调节涂料的粘度，有利于涂料的加工。其中所采用的表面活性剂为分子量是200～3000的反应性表面活性剂；反应性表面活性剂是指带有活性自由基反应基团的表面活性剂，反应性表面活性剂能增加不同单体、改性硅溶胶、溶剂之间的相容性，并能与所混合的活性反应物发生聚合反应，从而永久的键合到联接料中，成为联接料的一部分。本实施例中的表面活性剂可以为烯丙基聚氧乙烯醚，甲基丙烯醇聚氧乙烯醚，(甲基)丙烯酸聚氧乙烯醚单酯中的一种或几种的混合物。其中所采用的光引发剂为2-羟基-2-甲基-1-苯基丙酮(1173)、1-羟基环己基苯基甲酮(184)、2-甲基-2-(4-吗啉基)-1-[4-(甲硫基)苯基]-1-丙酮(907)、2,4,6-三甲基苯甲酰基-二苯基氧化膦(TPO)、2,4,6-三甲基苯甲酰基苯基膦酸乙酯(TPO-L)、2-二甲氨基-2-苄基-1-[4-(4-吗啉基)苯基]-1-丁酮(IHT-PI910)、2-羟基-2-甲基-1-[4-(2-羟基乙氧基)苯基]-1-丙酮(659)以及苯甲酰甲酸甲酯(MBF)中的一种或几种的混合物。光引发剂能吸收紫外光，能够原料中的组分提供反应需要的自由基。其中所采用的溶剂为去离子水、乙醇、异丙醇、正丁醇、丙二醇甲醚醋酸酯、四氢呋喃、甲苯、丙二醇单烷基醚、丙二醇烷基醚乙酸酯、环戊酮、乙酸丁酯、甲基异丁基酮、正丁酮、4-甲基-2-戊酮、环己酮、2-庚酮、γ-丁内酯、乙二醇单乙醚乙酸酯、乙二醇单甲醚、乙二醇单乙醚、乙二醇单丁醚、乙二醇单甲醚乙酸酯、二甲基甲酰胺或二甲基乙酰胺中的一种或几种的混合物。各种溶剂之间的体积比可以为任意。较佳的，本发明的紫外光固化涂料还包括0～1重量份的流平剂和/或0～1重量份的消泡剂。本发明所用的消泡剂和流平剂均为聚酯改性含丙烯酸官能团聚二甲基硅氧烷。本发明的紫外光固化涂料的制备方法，将改性硅溶胶、UV树脂低聚物、活性稀释剂、表面活性剂、光引发剂和溶剂等各组分按上述重量份数比混合均匀，过滤即得到所述的紫外光固化涂料。其中，所述接枝有烯键和磺酸基的硅溶胶的制备方法包括如下步骤：S100：制备接枝有烯键的硅溶胶。较佳地，作为一种可实施方式，制备接枝有烯键的硅溶胶包括以下步骤：S110，取一定量的硅溶胶进行活化处理。由于硅溶胶在静置时容易出现团聚现象，较佳地，在使用之前，需要将硅溶胶进行活化处理，使硅溶胶中的颗粒均匀分散，以增加后续反应的均匀性。作为一种可实施方式，将硅溶胶在超声波中活化10min～60min。此外，也可采用其他方式进行活化，例如，可通过加热或高速搅拌等方式活化硅溶胶。需要说明的是，本步骤中所述的硅溶胶是指未经改性的硅溶胶，通常为二氧化硅颗粒(由SiO2分子及附着在SiO2分子表面的羟基等构成)在溶剂中的分散液，其中，溶剂可以为去离子水、乙醇、异丙醇、正丁醇、丙二醇甲醚醋酸酯、乙酸正丁酯和防白水中的一种或几种的混合物。较佳地，本步骤中，硅溶胶的固含量为5wt％～35wt％。其中，硅溶胶的固含量是指二氧化硅颗粒在整个分散液中的质量百分含量。更佳地，该硅溶胶中二氧化硅颗粒的粒径为纳米级，优选为5nm～100nm，更优为5nm～35nm。S120，用乙酸、盐酸或柠檬酸将活化后的硅溶胶的pH至调节至2～5并进行搅拌，边搅拌边滴加含有烯键的硅烷偶联剂。其中，含有烯键的硅烷偶联剂为γ-(甲基丙烯酰氧)丙基三甲氧基硅烷、γ-甲基丙烯酰氧基丙基三乙氧基硅烷、乙烯基三乙氧基硅烷、乙烯基三甲氧基硅烷和乙烯基三(β-甲氧基乙氧基)硅烷的一种或几种的混合物。步骤S120中，采用边搅拌边滴加反应物的方式将活化后的硅溶胶与含有烯键的硅烷偶联剂进行混合，有效防止了硅溶胶的团聚，增加了反应速率及反应均匀性；并且，采用正滴的方式(将含有烯键的硅烷偶联剂滴加至硅溶胶中)，有利于反应过程的控制，能够保证目标反应物的生成。为了控制烯键的引入量，提高改性后的硅溶胶与有机高分子单体的相容性，优选地，步骤S120中，所加入的含有烯键的硅烷偶联剂与硅溶胶的固含量的质量份数比为0.5～2:1，更优地，所加入的含有烯键的硅烷偶联剂与硅溶胶的固含量的质量份数比为0.8～1:1。较佳地，向硅溶胶中滴加含有烯键的硅烷偶联剂时，含有烯键的硅烷偶联剂的滴加时间控制在30min～120min之间；更佳地，含有烯键的硅烷偶联剂的滴加时间控制在60min～80min之间。为了有效防止烯键的氧化，步骤S120在保护气氛中...