本发明属于紫外光固化涂料领域，尤其涉及一种超耐磨抗污uv固化涂料及其制备方法和应用。
背景技术：
随着工业技术的发展，5g时代即将来临，手机外壳材料从塑胶到金属，现在又轮转到了非金属，同时人们对这类电子产品外观与性能要求也越来越高。目前，手机外壳加工工艺主要为pvd镀膜、色带转印这些工艺，工艺要求及成本都很难把控，量产难度非常高。使用喷涂工艺，设备操作简单，效率高、更容易实现量产。而使用喷涂工艺则要求喷涂涂料具有良好的施工性能、物理机械性能以实现产品抗刮伤、抗指纹等优点。uv固化涂料喷涂面漆在3c电子产品已广泛应用，以满足人们对产品性能与装饰效果的需求。一直以来诸多厂商致力于耐磨、耐污、高硬度的uv固化涂料，然而，其耐磨性通过添加高硬度无机材料(硅微粉、陶瓷粉、氧化铝等)，与树脂体系进行物理混合，造成无机材料与有机涂层结合牢度有限，涂层中应用的普通无机材料硬度有限(莫氏硬度低于9)，从而导致涂层表面耐磨、耐刮擦易受到磨损，不足以保护表面免受刮伤、油污粘附和失去光泽。因此，市面上急需一种具有持久、长效的耐磨性、耐刮伤和抗污性的涂料，且适合喷涂、淋涂工艺来满足客户对性能与表面美观持久性的需求。
技术实现要素：
本发明所要解决的技术问题是，克服以上背景技术中提到的不足和缺陷，提供一种超耐磨抗污uv固化涂料及其制备方法和应用；该超耐磨抗污uv固化涂料作为3c电子产品面漆使用时，可以解决产品外壳、按键长效持久的耐磨、抗刮伤、抗污性等技术问题。
为解决上述技术问题，本发明提出的技术方案为：
一种超耐磨抗污uv固化涂料，所述uv固化涂料为多组分，包括a组分透明清漆和b组分耐磨哑浆；
其中，所述a组分透明清漆主要由以下重量含量的原料制备而成：
所述b组分耐磨哑浆主要由以下重量含量的原料制备而成：
所述a组分透明清漆和b组分耐磨哑浆的质量比为(3-4):1。
上述的uv固化涂料，优选的，所述a组分透明清漆是由20-30％的有机硅聚氨酯丙烯酸酯齐聚物、6-10％的聚氨酯丙烯酸酯、5-8％的环氧丙烯酸酯、6-10％的丙烯酸酯单体、45-50％的有机溶剂、3-6％光引发剂和0.3-0.5％流平剂制备而成；所述有机溶剂包括酯类溶剂和酮类溶剂。
上述的uv固化涂料，优选的，所述有机硅聚氨酯丙烯酸酯齐聚物主要通过以下方法制备而成的：
i)将羟基聚硅氧烷与异氰酸酯反应，得到有机硅预聚体；
ii)将所述有机硅预聚体与单羟基丙烯酸酯单体反应，制备有机硅聚氨酯丙烯酸酯齐聚物。
上述的uv固化涂料，优选的，所述羟基聚硅氧烷的分子量为500-3000，其羟值为30-150mg·koh/g；所述异氰酸酯为异佛尔酮二异氰酸酯(ipdi)、4,4'-二环己基甲烷二异氰酸酯(hmdi)、hdi二聚体、hdi三聚体、hdi缩二脲、ipdi三聚体中的一种或几种；所述单羟基丙烯酸酯单体选择为丙烯酸羟乙酯、甲基丙烯酸羟乙酯、丙烯酸羟丙酯、季戊四醇三丙烯酸酯、双季戊四醇五丙烯酸酯和己内酯改性的羟基丙烯酸酯中一种或几种。
本发明的uv固化涂料选择自合成的有机硅聚氨酯丙烯酸酯齐聚物，一方面可以设计聚合物的分子结构，提供更好的颜、填料润湿性，以提高期哑浆分散效果；另一方面，从成本上大大低于外购国外同类型树脂(日本大金、日本合成等生产商)，不受外来原料的限制。
上述的uv固化涂料，优选的，所述聚氨酯丙烯酸酯由分子量为1000-3000的二元醇、异氰酸酯与单羟基丙烯酸酯单体制备而成的2官能度聚氨酯丙烯酸酯；所述二元醇为聚己内酯二元醇、二聚酸改性二元醇、聚碳酸酯二元醇之中的一种或几种，所述异氰酸酯为异佛尔酮二异氰酸酯(ipdi)、4,4'-二环己基甲烷二异氰酸酯(hmdi)之中的一种或几种；所述单羟基丙烯酸酯单体为丙烯酸羟乙酯、甲基丙烯酸羟乙酯、丙烯酸羟丙酯、己内酯改性的羟基丙烯酸酯之中的一种或几种。
上述的uv固化涂料，优选的，所述环氧丙烯酸酯为2官能度聚酯改性双酚a环氧丙烯酸酯；该树脂韧性良好、固化速度快；
所述丙烯酸酯单体优选为三羟甲基丙烷三丙烯酸酯(tmpta)、季戊四醇三丙烯酸酯(peta)、季戊四醇四丙烯酸酯(petta)、二缩三羟甲基丙烷四丙烯酸酯(dtmptta)、二季戊四醇六丙烯酸酯(dpha)中的一种或多种；
所述的有机溶剂为醇类、酯类、酮类或醚类的一类或多类混合；进一步优选的，所述有机溶剂为醇类有机溶剂和酯类有机溶剂的混合溶剂。
所述的引发剂为苯偶姻类衍生物(优选为651或/和mbf)、ɑ-羟基酮衍生物(优选为1173、184、2959中的一种或几种)、酰基磷氧化物类(优选为tpo、tpo-l、819中的一种或几种)光引发剂一类或多类混合；
所述的流平剂为byk333、byk306、tego450和tego410中的一种或多种；
所述的消泡剂优选为byk052、byk141和tego916中的一种或几种；
所述的防沉剂优选为byk2009和byk057中的一种或几种；
所述的分散剂优选为byk163、byk110和tego650中的一种或几种；
上述的uv固化涂料，优选的，所述硅烷偶联剂为含氨基类硅烷偶联剂(优选为3-氨丙基甲基二乙氧基硅烷、4-氨丙基甲基二甲氧基硅烷、4-氨丙基甲基二甲氧基硅烷、n-2-氨乙基-3-氨丙基三乙氧基硅烷中的一种或几种)、含巯基类硅烷偶联剂(优选为3-巯丙基甲基二甲氧基硅烷、3-巯丙基三乙氧基硅烷、双-(3-(三乙氧基硅烷)丙基)-二硫化物中的一种或几种)中的一种或多种组合；
所述高硬度粉为莫氏硬度≥9的粉料；
所述哑粉为聚酰胺类、聚脲弹性粉、气相二氧化硅、蜡粉中的一种或多种。
上述的uv固化涂料，优选的，所述高硬度粉包括金刚石微粉、氧化铝、碳化硅的一种或多种，所述金刚石微粉粒径为0.5-30μm。
作为一个总的发明构思，本发明还提供一种上述的uv固化涂料的制备方法，包括以下步骤：
(1)制备a组分透明清漆：按重量比计，依次加入有机硅聚氨酯丙烯酸酯齐聚物、聚氨酯丙烯酸酯、环氧丙烯酸酯、丙烯酸酯单体在室温下搅拌分散30-45min，然后加入有机溶剂、流平剂在20-35℃下搅拌30-45min，最后加入引发剂在20-35℃下搅拌15-30min，得到透明清澈液体，检测其粘度在6-8.5s(岩田杯2#)，即制备a组份透明清漆；
(2)制备b组分耐磨哑浆：按重量比份计，先加入有机硅聚氨酯丙烯酸酯齐聚物、硅烷偶联剂在室温下搅拌分散1.5-2.5h；再加入哑粉搅拌分散0.5-1.0h；然后加入高硬粉、分散剂、防沉剂和消泡剂，分散乳化，将细度研磨至10μm以下；最后加入有机溶剂分散均匀，即制备出b组分耐磨哑浆；
使用的过程中将a组分透明清漆和b组分耐磨哑浆按(3-4):1的比例进行混合、搅拌均匀即可得到一种超耐磨抗污性uv固化喷涂、淋涂面漆。
作为一个总的发明构思，本发明还提供一种上述的uv固化涂料或由上述的制备方法制备而成的uv固化涂料在3c电子产品中的应用。
与现有技术相比，本发明的优点在于：
(1)本发明在uv固化涂料中引入有机硅聚氨酯丙烯酸酯齐聚物，其分子结构中引入高含量的有机硅链段，使得树脂具有较低的表面张力从而赋予涂料涂层良好的抗污性，分子结构中引入多官的丙烯酸酯单体赋予漆膜超强的硬度和耐磨性；同时，将利用有机硅进行化学改性来合成有机硅聚氨酯丙烯酸酯，其可作为喷涂涂料主体成分，而不必加入有机硅、有机氟类抗污助剂，可实现面漆涂层抗污效果的持久性。
(2)本发明将比重大的金刚石微粉研磨、乳化分散到uv固化体系，并且该uv固化涂料可以采用喷涂工艺进行加工；本发明所选用的金刚石微粉具有优异的耐磨性，赋予涂料涂层良好的耐磨性、抗刮伤性；而金刚石微粉比常规的耐磨颗粒(如氧化铝、二氧化硅)比重大，在常规的喷涂体系中难以稳定而易发生沉降，因此本发明的耐磨抗污性uv固化喷涂面漆，是由a组分透明清漆、b组分耐磨哑浆组成；b组分耐磨哑浆中通过硅烷偶联剂的架桥作用，其先与有机硅聚氨酯丙烯酸酯齐聚物进行化学反应，在乳化分散过程又与金刚石微粉形成稳定的化学键，从而将金刚石微粉牢牢的锁在有机相体系中，从而避免a、b组分混合后金刚石微粉的重新团聚沉降现象，以避免喷涂后出现的颗粒、缩孔、橘皮等不良现象，从而实现面漆涂层兼具良好的抗污性与耐磨性。
综上，本发明的超耐磨抗污性uv固化喷涂涂料经喷涂、淋涂加工后在手机外壳、按键等3c电子产品中具有良好的耐磨、抗刮伤、抗污性，使其保持更持久的美学装饰效果。
具体实施方式
为了便于理解本发明，下文将结合较佳的实施例对本文发明做更全面、细致地描述，但本发明的保护范围并不限于以下具体实施例。
除非另有定义，下文中所使用的所有专业术语与本领域技术人员通常理解含义相同。本文中所使用的专业术语只是为了描述具体实施例的目的，并不是旨在限制本发明的保护范围。
除非另有特别说明，本发明中用到的各种原材料、试剂、仪器和设备等均可通过市场购买得到或者可通过现有方法制备得到。
实施例1：
一种本发明的超耐磨抗污uv固化涂料，包括a组分透明清漆和b组分耐磨哑浆；a组分透明清漆主要由以下重量含量的原料制备而成：
b组分耐磨哑浆主要由以下重量含量的原料制备而成：
其中，有机硅聚氨酯丙烯酸酯齐聚物是将分子量1500的羟基聚硅氧烷与异氟尔酮二异氰酸酯反应得到有机硅预聚体，再将有机硅预聚体与季戊四醇三丙烯酸酯单体反应制备而成；聚氨酯丙烯酸酯是由2000分子量聚己内酯二元醇、异氟尔酮二异氰酸酯与丙烯酸羟乙酯单体制备而成的2官能度聚氨酯丙烯酸酯。
本实施例的超耐磨抗污uv固化涂料的制备过程为：
(1)制备a组分透明清漆：按重量份取有机硅聚氨酯丙烯酸酯齐聚物、聚氨酯丙烯酸酯、cn151(改性环氧丙烯酸酯)、dpha(二季戊四醇六丙烯酸酯)、tmpda(三羟基甲烷三丙烯酸酯单体)在室温下搅拌分散30min，然后加入丙酮、乙酸乙酯、byk306在35℃下搅拌30min，最后加入184(1-羟基环己基苯基甲酮)在25℃下搅拌30min，制备出a组分透明清漆；
(2)制备b组分耐磨哑浆：按重量份取有机硅聚氨酯丙烯酸酯齐聚物、道康宁203在室温下搅拌分散1.5；再加入ok500搅拌分散1.0h；然后加入金刚石微粉、tego650、tego916和byk057，采用乳化机分散乳化，将细度研磨至10μm以下；最后加入丁酮、醋酸乙酯分散均匀，制备出b组分耐磨哑浆。
将a组分透明清漆与b组分耐磨哑浆按质量比为3.6:1的比例进行混合、搅拌均匀即得到超耐磨抗污性uv固化涂料。
将制备的uv固化涂料采用喷涂方式，喷在板材上3遍，膜厚25μm，放置恒温烘箱中50℃烘烤5min，然后在固化能量800mj/cm2下进行紫外固化；最后测试所得成品的性能如下表1所示。
表1实施例1制备的喷涂面漆性能
实施例2：
一种本发明的超耐磨抗污uv固化涂料，包括a组分透明清漆和b组分耐磨哑浆；a组分透明清漆主要由以下重量含量的原料制备而成：
b组分耐磨哑浆主要由以下重量含量的原料制备而成：
其中，有机硅聚氨酯丙烯酸酯齐聚物是将分子量2500的羟基聚硅氧烷与4,4'-二环己基甲烷二异氰酸酯反应得到有机硅预聚体，再将有机硅预聚体与季戊四醇三丙烯酸酯单体反应制备而成；聚氨酯丙烯酸酯是由1000分子量聚己内酯二元醇、异氟尔酮二异氰酸酯与丙烯酸羟乙酯单体制备而成的2官能度聚氨酯丙烯酸酯。
本实施例的超耐磨抗污uv固化涂料的制备过程为：
(1)制备a组分透明清漆：取有机硅聚氨酯丙烯酸酯齐聚物、聚氨酯丙烯酸酯、cn151(改性环氧丙烯酸酯)、dhpa(二季戊四醇六丙烯酸酯)、tmpta(三羟基甲烷三丙烯酸酯单体)在室温下搅拌分散45min，然后加入丙酮、乙酸乙酯、byk306在25℃下搅拌45min，最后加入184(1-羟基环己基苯基甲酮)在35℃下搅拌15min，即制备出a组分透明清漆；
(2)制备b组分耐磨哑浆：取有机硅聚氨酯丙烯酸酯齐聚物、道康宁203在室温下搅拌分散1.5h；再加入ok500搅拌分散0.5h；然后加入金刚石微粉、分散剂tego650、消泡剂tego916和防沉剂byk057，采用乳化机分散乳化，将细度研磨至10μm以下；最后加入丁酮、醋酸乙酯分散均匀，即制备出b组分耐磨哑浆。
将a组分透明清漆与b组分耐磨哑浆按质量比为3.6:1的比例进行混合、搅拌均匀即可得到超耐磨抗污性uv固化涂料。
将本实施例制备的uv固化涂料采用淋涂方式，淋在大面积平面板材上2遍，膜厚25μm，放置恒温烘箱中50℃烘烤4min，然后在固化能量800mj/cm2下进行紫外固化；最后测试所得成品的性能如下表2所示。
表2实施例2淋涂工艺面漆性能测试