本发明涉及一种led光源水性uv涂料。
背景技术：
目前市场上出现了一种节能led光源固化系统，用一种特殊的uv光油涂布在印刷材料上，然后再用这种节能led光源固化系统固化。该固化系统具有以下几个主要特点：比传统的高压汞灯装置固化系能耗低，耗电量仅为传统汞灯式固化剂10％；使用寿命长，led-uv光源使用寿命可高达2万～3万小时，是现有高压汞灯和金属卤素灯(1500小时)的十几倍；另外还有热量小等特点，用led光源的光电转换效率高，不会产生太多的热量，能有效防止印品因过热而产生收缩形变。
水性uv涂料是最近兴起的新一代光固化涂料，它同时具备光固化涂料的固化速度快，生产效率高，漆膜丰满度高等优点，同时以水做溶剂取代有机溶剂，大大减低了voc的挥发量，很好的符合了当代对环境的环保要求。
使用led光源固化系统，具有低能耗，低热量，灯管使用寿命长等优点，但普通水性uv涂料在led系统无法固化。因传统的uv光油固化利用了200～400nm的整个紫外光谱，而这种led固化系统发出的光是长波段，只集中在紫外光谱中一个狭窄的范围，通常是390～405nm，所以普通的水性uv涂料用这种led系统固化时会出现不能将光油固化，气味大，光泽度低，耐磨差等缺点。
因此，在本领域中，期望开发一种能够适用于led光源固化系统的led光源水性uv涂料，以克服普通led光源水性uv涂料在led固化系统不能固化，不耐磨等技术难题。
技术实现要素：
为了解决上述技术问题，本发明提供了一种led光源水性uv涂料，所述水性uv涂料由100重量份的水性脂肪族聚氨酯丙烯酸酯树脂、20-50重量份的水性脂肪族聚氨酯分散体、1-20重量份的丙烯酸单体、1-10重量份的光引发剂、1-15重量份的添加助剂，所述水性uv涂料的固含量为30-60%，所述光引发剂选自irgacure500、irgacure819dw、光引发剂1173、光引发剂184、tpo、tpo-l中的两种或多种。
所述光引发剂为irgacure819dw、irgacure500与tpo-l的混合物，所述irgacure819dw、irgacure500与tpo-l的质量比为1：（5-10）：（5-10）。
所述添加助剂选自消泡剂、流平剂、润湿分散剂、防流挂助剂、附着力促进剂中的一种或几种。
所述消泡剂选自破泡聚硅氧烷溶液、聚醚改性聚二甲基硅氧烷溶液、不含有机硅的破泡聚硅氧烷和憎水固体的混合物、硅氧化聚醚乳液中的一种或多种。
所述流平剂选自聚醚改性硅氧烷溶液、非离子型丙烯酸共聚物溶液、离子型聚丙烯酸酯溶液、聚醚改性丙烯酸类能团聚二甲基硅氧烷溶液、聚醚改性丙烯酸类官能团聚的聚二甲基硅氧烷溶液中的一种或多种。
所述润湿分散剂选自低分子量多元羧酸聚合物羟基铵盐溶液、多官能团聚合物的醇铵盐溶液、部分中和的多元羧酸聚合物的烃基铵盐、聚硅氧烷共聚物溶液中的一种或多种。
所述附着力促进剂选自所述硅烷类偶联剂选自γ-氨丙基三甲氧基硅烷、氨丙基三乙氧基硅烷3-氨丙基三甲氧基硅烷3-缩水甘油醚氧基丙基三甲氧基硅烷γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷γ―巯丙基三乙氧基硅烷中的一种或多种。
所述水性uv涂料还包括5-30重量份的疏水不饱和季铵盐化合物，所述疏水不饱和季铵盐化合物的结构如下：
其中，r1为长链疏水性基团，r2为甲基或乙基，r3、r4为含不饱和键的基团。
喷涂固化工艺，所述喷涂固化工艺包括以下步骤：
喷涂步骤：按照80-100克每平方米的涂布量喷涂水性uv涂料于基材；
第一除湿步骤：将喷涂后的基材放置于待干房中0.2-3小时，所述待干房内的温度控制在20-28摄氏度，湿度控制在30%rh以下；
第二除湿步骤：待干房升温至30-35摄氏度并保持0.5-3小时，湿度控制在30%rh以下；
第三除湿步骤：待干房升温至60-70摄氏度并保持5-20分钟，湿度控制在30%rh以下；
固化步骤：湿度控制在30%rh以下的条件下，将喷涂有水性uv涂料的基材进行光固化。
所述光固化的光能量为400-800焦耳，所述灯管与基材表面的垂直距离控制在20cm以下，所述灯管固定，所述基材的输送速度为10-20m/min。
本发明通过引入水性脂肪族聚氨酯分散体，采用特定的光引发剂和干燥工艺，大大提高了uv涂料led光源固化后的耐磨性。
参考以下详细说明更易于理解本申请的上述以及其他特征、方面和优点。
具体实施方式
除非另有限定，本文使用的所有技术以及科学术语具有与本发明所属领域普通技术人员通常理解的相同的含义。当存在矛盾时，以本说明书中的定义为准。
一种led光源水性uv涂料，所述水性uv涂料由100重量份的水性脂肪族聚氨酯丙烯酸酯树脂、20-50重量份的水性脂肪族聚氨酯分散体、1-20重量份的丙烯酸单体、1-10重量份的光引发剂、1-15重量份的添加助剂，所述水性uv涂料的固含量为30-60%，所述光引发剂选自irgacure500、irgacure819dw、光引发剂1173、光引发剂184、tpo、tpo-l中的两种或多种。
水性脂肪族聚氨酯丙烯酸酯树脂
本发明的水性脂肪族聚氨酯丙烯酸酯树脂选自市售的重均分子量在1500-8000的水性脂肪族聚氨酯丙烯酸酯树脂，例如深圳优阳科技的gp-5132、gp-5120、gp-5102。
丙烯酸单体
丙烯酸单体选自水性单官能单体例如，hema、hea、hpa、nvp。
水性脂肪族聚氨酯分散体
本发明的水性脂肪族聚氨酯分散体，其由脂肪族二异氰酸酯与多元醇及含有亲水基团的二元醇发生聚合反应得到的预聚物经中和及高速兼且分散在水中得到，水性脂肪族聚氨酯分散体的分子量为4000-5000道尔顿，羟基基团含量低于0.01%。
(1)所述的脂肪族二异氰酸酯，选自hdi、hmdi、ipdi、xdi中的一种或两种或多种；
(2)所述的多元醇可以为聚醚型多元醇，如聚乙二醇、聚丙二醇、聚四氢呋喃或者它们的混合物；所用的多元醇也可以为聚酯型多元醇，如聚己二酸类多元醇，聚碳酸酯类多元醇，聚己内酯类多元醇或者它们的混合物。优选聚酯多元醇，分子量为400-1200道尔顿；
(3)所述的含有亲水基团的二元醇包括二羟甲基丙酸(dmpa)和二羟甲基丁酸(dmba)中的一种或者两者。
作为一种优选的实施方案，所述光引发剂为irgacure819dw、irgacure500与tpo-l的混合物，所述irgacure819dw、irgacure500与tpo-l的质量比为1：（5-10）：（5-10）。
添加助剂选自消泡剂、流平剂、润湿分散剂、防流挂助剂、附着力促进剂中的一种或几种。
本发明所述的消泡剂选自破泡聚硅氧烷溶液、聚醚改性聚二甲基硅氧烷溶液、不含有机硅的破泡聚硅氧烷和憎水固体的混合物、硅氧化聚醚乳液中的一种或多种。其中破泡聚硅氧烷溶液的不挥发份为15％-30％，聚醚改性聚二甲基硅氧烷溶液的不挥发成分为50％-70％，不含有机硅的破泡聚硅氧烷溶液和憎水固体混合物的不挥发份为20％-38％，硅氧化聚醚的乳液的不挥发份为20％-35％。
所述消泡剂优选聚醚改性聚二甲基硅氧烷溶液、不含有机硅的破泡聚硅氧烷和憎水固体在聚乙二醇中的混合物复配，复配重量比为(1-2):1。
本发明所述流平剂选自聚醚改性硅氧烷溶液、非离子型丙烯酸共聚物溶液、离子型聚丙烯酸酯溶液、聚醚改性丙烯酸类能团聚二甲基硅氧烷溶液、聚醚改性丙烯酸类官能团聚的聚二甲基硅氧烷溶液中的一种或多种，优选聚醚改性硅氧烷溶液。
本发明所述润湿分散剂选自低分子量多元羧酸聚合物羟基铵盐溶液、多官能团聚合物的醇铵盐溶液、部分中和的多元羧酸聚合物的烃基铵盐和聚硅氧烷共聚物溶液中的一种或多种。其中低分子量多元羧酸聚合物羟基铵盐溶液型润湿分散剂不挥发份为40％-60％，多官能团聚合物的醇铵盐溶液型润湿分散剂不挥发份为30％-50％，部分中和的多元羧酸聚合物的羟基铵盐和聚硅氧烷共聚物溶液型润湿分散剂不挥发份为40％-60％；优选多官能团聚合物的醇铵盐溶液型润湿分散剂。
本发明所述防流挂助剂选自聚氨酯溶液、脲改性的聚氨酯溶液、聚烃基羧酸酰胺溶液中的一种或多种。
本发明所述附着力促进剂所述的附着力促进剂选自非离子型化合物类促进剂、硅烷类偶联剂、酞酸酯类偶联剂等，优选硅烷类偶联剂。其中所述硅烷类偶联剂选自γ―氨丙基三甲氧基硅烷、氨丙基三乙氧基硅烷、3-氨丙基三甲氧基硅烷、3-缩水甘油醚氧基丙基三甲氧基硅烷、γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷、γ―巯丙基三乙氧基硅烷中的一种或多种。
作为一种优选的实施方案，所述水性uv涂料还包括5-30重量份的疏水不饱和季铵盐化合物，所述疏水不饱和季铵盐化合物的结构如下：
其中，r1为长链疏水性基团，r2为甲基或乙基，r3、r4为含不饱和键的基团。
本发明的一种疏水不饱和季铵盐化合物的制备方法如下：
本发明的疏水不饱和季铵盐化合物能够与水性脂肪族聚氨酯分散体产生很好的配合，干燥过程中，迅速形成疏水层，有利于涂层水分的干燥，使得得到的涂层耐磨性大大增强。
一种水性uv涂料喷涂固化工艺，所述喷涂固化工艺包括以下步骤：
喷涂步骤：按照80-100克每平方米的涂布量喷涂水性uv涂料于基材；
第一除湿步骤：将喷涂后的基材放置于待干房中0.2-3小时，所述待干房内的温度控制在20-28摄氏度，湿度控制在30%rh以下；
第二除湿步骤：待干房升温至30-35摄氏度并保持0.5-3小时，湿度控制在30%rh以下；
第三除湿步骤：待干房升温至60-70摄氏度并保持5-20分钟，湿度控制在30%rh以下；
固化步骤：湿度控制在30%rh以下的条件下，将喷涂有水性uv涂料的基材进行光固化。
所述光固化的光能量为400-800焦耳，所述灯管与基材表面的垂直距离控制在20cm以下，所述灯管固定，所述基材的输送速度为10-20m/min。
在下文中，通过实施例对本发明进行更详细地描述，但应理解，这些实施例仅仅是例示的而非限制性的。如果没有其它说明，所用原料都是市售的。
下面参照几个例子详细描述本发明。
水性脂肪族聚氨酯分散体x1
将a组分ptmeg1000、b组分hdi和c组分bdo分别升温至100、60、80℃，在a组分中添加40ppm的dabcot-9，0.2%wt的irganox1010，0.2%wtirgafos168，0.4%wttinuvin329，0.4%wttinuvin292；在c组分中添加bdo质量1.31倍的dmba，待上述三组分充分熔融均匀后维持温度在80、60、60℃；
将a、b、c三组份以57.7%wt，33.4%wt，8.9%wt的比例混合均匀后，加入部分hdi使得混合液中的nco基团与oh基团的摩尔比为1.2：1，升温到140-180℃、在200rpm转速搅拌下反应2min后水下切粒、收集得到水性聚氨酯颗粒；
将20kg上述水性聚氨酯颗粒陆续投入到盛有50kg丙酮/水混合物中(质量比3:2)，再添加700gtea，升温至70℃，在200rpm下恒温2h以保证上述水性聚氨酯颗粒完全乳化分散，再脱溶、降温、过滤，得到固含量为60.0%wt的水性脂肪族聚氨酯分散体，水性脂肪族聚氨酯分散体的分子量为4000道尔顿。
水性脂肪族聚氨酯分散体x2
将a组分ptmeg1000、b组分hdi和c组分bdo分别升温至100、60、80℃，在a组分中添加40ppm的dabcot-9，0.2%wt的irganox1010，0.2%wtirgafos168，0.4%wttinuvin329，0.4%wttinuvin292；在c组分中添加bdo质量1.31倍的dmba，待上述三组分充分熔融均匀后维持温度在80、60、60℃；
将a、b、c三组份以57.7%wt，33.4%wt，8.9%wt的比例混合均匀后，加入部分hdi使得混合液中的nco基团与oh基团的摩尔比为1.2：1，升温到140-180℃、在200rpm转速搅拌下反应6min后水下切粒、收集得到水性聚氨酯颗粒；
将20kg上述水性聚氨酯颗粒陆续投入到盛有50kg丙酮/水混合物中(质量比3:2)，再添加69.4kgtea，升温至70℃，在200rpm下恒温2h以保证上述水性聚氨酯颗粒完全乳化分散，再脱溶、降温、过滤，得到固含量为60.0%wt的水性脂肪族聚氨酯分散体，水性脂肪族聚氨酯分散体的分子量为5000道尔顿。
水性脂肪族聚氨酯分散体x3
将a组分ptmeg2000、b组分hdi和c组分bdo分别升温至100、60、80℃，在a组分中添加40ppm的dabcot-9，0.2%wt的irganox1010，0.2%wtirgafos168，0.4%wttinuvin329，0.4%wttinuvin292；在c组分中添加bdo质量1.31倍的dmba，待上述三组分充分熔融均匀后维持温度在80、60、60℃；
将a、b、c三组份以57.7%wt，33.4%wt，8.9%wt的比例混合均匀后，加入部分hdi使得混合液中的nco基团与oh基团的摩尔比为1.2：1，升温到140-180℃、在200rpm转速搅拌下反应2min后水下切粒、收集得到水性聚氨酯颗粒；
将20kg上述水性聚氨酯颗粒陆续投入到盛有50kg丙酮/水混合物中(质量比3:2)，再添加69.4kgtea，升温至70℃，在200rpm下恒温2h以保证上述水性聚氨酯颗粒完全乳化分散，再脱溶、降温、过滤，得到固含量为60.0%wt的水性脂肪族聚氨酯分散体，水性脂肪族聚氨酯分散体的分子量为7000道尔顿。
疏水不饱和季铵盐化合物n1
实施例1
水性uv涂料的组成包括：100重量份的水性脂肪族聚氨酯丙烯酸酯树脂（深圳优阳科技gp-5132）、30重量份的水性脂肪族聚氨酯分散体x1、5重量份的丙烯酸单体hea、4重量份的光引发剂（0.2重量份的irgacure819dw、2重量份的irgacure500与1.8重量份的tpo-l）、8重量份的添加助剂（2重量份的硅氧化聚醚乳液消泡剂、2重量份的聚醚改性硅氧烷溶液消泡剂、2重量份的低分子量多元羧酸聚合物羟基铵盐溶液润湿分散剂、2重量份的硅烷类偶联剂γ―氨丙基三甲氧基硅烷），加入适量的水使得水性uv涂料的固含量为50%。
实施例2
水性uv涂料的组成包括：100重量份的水性脂肪族聚氨酯丙烯酸酯树脂（深圳优阳科技gp-5132）、40重量份的水性脂肪族聚氨酯分散体x2、10重量份的丙烯酸单体nvp、4重量份的光引发剂（0.2重量份的irgacure819dw、2重量份的irgacure500与1.8重量份的tpo-l）、8重量份的添加助剂（2重量份的硅氧化聚醚乳液消泡剂、2重量份的聚醚改性硅氧烷溶液消泡剂、2重量份的低分子量多元羧酸聚合物羟基铵盐溶液润湿分散剂、2重量份的硅烷类偶联剂γ―氨丙基三甲氧基硅烷），加入适量的水使得水性uv涂料的固含量为50%。
实施例3
水性uv涂料的组成包括：100重量份的水性脂肪族聚氨酯丙烯酸酯树脂（深圳优阳科技gp-5132）、30重量份的水性脂肪族聚氨酯分散体x3、5重量份的丙烯酸单体hema、4重量份的光引发剂（0.2重量份的irgacure819dw、2重量份的irgacure500与1.8重量份的tpo-l）、8重量份的添加助剂（2重量份的硅氧化聚醚乳液消泡剂、2重量份的聚醚改性硅氧烷溶液消泡剂、2重量份的低分子量多元羧酸聚合物羟基铵盐溶液润湿分散剂、2重量份的硅烷类偶联剂γ―氨丙基三甲氧基硅烷），加入适量的水使得水性uv涂料的固含量为50%。
实施例4
水性uv涂料的组成包括：100重量份的水性脂肪族聚氨酯丙烯酸酯树脂（深圳优阳科技gp-5132）、30重量份的水性脂肪族聚氨酯分散体x3、5重量份的丙烯酸单体hema、10重量份的疏水不饱和季铵盐化合物n1、4重量份的光引发剂（0.2重量份的irgacure819dw、2重量份的irgacure500与1.8重量份的tpo-l）、8重量份的添加助剂（2重量份的硅氧化聚醚乳液消泡剂、2重量份的聚醚改性硅氧烷溶液消泡剂、2重量份的低分子量多元羧酸聚合物羟基铵盐溶液润湿分散剂、2重量份的硅烷类偶联剂γ―氨丙基三甲氧基硅烷），加入适量的水使得水性uv涂料的固含量为50%。
对比例1
与实施例3相同，不加入30重量份的水性脂肪族聚氨酯分散体x3，水性uv涂料的组成包括：100重量份的水性脂肪族聚氨酯丙烯酸酯树脂（深圳优阳科技gp-5132）、5重量份的丙烯酸单体hema、4重量份的光引发剂（0.2重量份的irgacure819dw、2重量份的irgacure500与1.8重量份的tpo-l）、8重量份的添加助剂（2重量份的硅氧化聚醚乳液消泡剂、2重量份的聚醚改性硅氧烷溶液消泡剂、2重量份的低分子量多元羧酸聚合物羟基铵盐溶液润湿分散剂、2重量份的硅烷类偶联剂γ―氨丙基三甲氧基硅烷），加入适量的水使得水性uv涂料的固含量为50%。
喷涂固化工艺1：
按照80-100克每平方米的涂布量喷涂水性uv涂料于基材；将喷涂后的基材放置于待干房中2小时，待干房内的温度控制在25摄氏度，湿度控制在30%rh以下；待干房升温至35摄氏度并保持2小时，湿度控制在30%rh以下；待干房升温至60摄氏度并保持15分钟，湿度控制在30%rh以下；湿度控制在30%rh以下的条件下，将喷涂有水性uv涂料的基材进行光固化。光固化的灯管为led灯灯管，光固化的光能量为600焦耳，灯管与基材表面的垂直距离控制在15cm，基材的输送速度为15m/min。
喷涂固化工艺2：
按照80-100克每平方米的涂布量喷涂水性uv涂料于基材；将喷涂后的基材放置于待干房中2小时，待干房内的温度控制在25摄氏度，湿度控制在30%rh以下；待干房升温至35摄氏度并保持2小时，湿度控制在30%rh以下；湿度控制在30%rh以下的条件下，将喷涂有水性uv涂料的基材进行光固化。光固化的灯管为led灯灯管，光固化的光能量为600焦耳，灯管与基材表面的垂直距离控制在15cm，基材的输送速度为15m/min。
喷涂固化工艺3：
按照80-100克每平方米的涂布量喷涂水性uv涂料于基材；将喷涂后的基材放置于待干房中2小时，待干房内的温度15摄氏度，湿度为70%rh；待干房升温至35摄氏度并保持2小时；将喷涂有水性uv涂料的基材进行光固化。光固化的灯管为led灯灯管，光固化的光能量为600焦耳，灯管与基材表面的垂直距离控制在15cm，基材的输送速度为15m/min。
可以看出，本发明的水性uv涂料具有很好的耐磨性能。
以上所述，仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。凡是根据本发明内容所做的均等变化与修饰，均涵盖在本发明的专利范围内。