一种由光热双重固化形成的高强度涂层及其制备方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种涂层，尤其涉及一种高强度的涂层，更具体是涉及一种在光和热 双重固化情况下形成的硬度高、耐磨性好的涂层。本发明还涉及上述这种涂层的制备方法。
【背景技术】
[0002] 涂层是涂料一次施涂所得到的固态连续膜，目的是为了对金属、玻璃、织物或塑料 等基体进行防护、绝缘或装饰，涂料通常为液态，施涂后必须进行固化才能形成致密的涂 层。光固化通常也指UV固化，是指在紫外光的作用下，涂料体系中的光敏物质发生光化学 反应产生活性碎片，引发体系中的低聚物或活性单体进行聚合、交联，从而使体系由液态涂 层瞬间变成固态涂层的固化方式；热固化是指在受热的条件下，涂料中的树脂、单体和固化 剂中的热反应基团发生化学反应，形成交联网状聚合物，使涂层由液态变为固态的一种固 化方式。
[0003] 单组分光固化和热固化双重固化技术的应用，既拥有光固化固化速度快、节约能 源、环境污染少等优点，又通过热固化克服了光固化的一些固有缺点（如固化深度不够，阴 影部分无法固化，有色体系和固化对象形状不规则时应用受到限制等)，它们两者相辅相 成，互相补充。但是，目前在大部分光热双重固化涂膜的研究中，都是通过两种不同官能团 树脂的物理混合或者制备互穿网络聚合物（IPN)来构成成膜物质，聚合物的形态依赖于组 分的相容性和聚合动力学，难免出现相分离的情况，导致涂膜性能不均一、甚至会出现应力 不均而引起的开裂现象。
[0004] 近年来，已经有不少研究报道是关于光热双重固化中两种不同固化方式所形成的 聚合物，是通过化学键构成均一的聚合物来作为涂层的成膜物质的，可是这些研究的重心 往往落在了聚合物的结构类型和微观形态上，而其赋予涂层性能的研究却不够深入，导致 其在实际工业应用中受到限制。因此，如何使两种不同固化方式制得的聚合物通过化学键 形成均一的高度交联的聚合物结构，并由此赋予涂膜性能改善的深入研究将是今后双重固 化涂层在工业界受关注的重点，而且更符合实际应用的需求。
【发明内容】
[0005] 针对目前光热双重固化涂层研究存在的不足，本发明的目的是提供一种由光热双 重固化形成的硬度高、耐磨性好的高强度涂层。
[0006] 本发明的另一个目的是提供一种上述高强度涂层的制备方法。
[0007] 为实现以上目的，本发明由光热双重固化形成的高强度涂层，是由包括重量百分 比为带-0H的低聚物30-60%、带-0H的单体15-36%、带-NC0的封闭型聚异氰酸酯固化剂 19-30%、光引发剂2-5%及助剂0.2-0. 8%，通过先UV固化后再热固化的方式获得；其中 带-0H的低聚物为双酚A环氧丙烯酸酯、聚丙烯酸酯或聚氨酯丙烯酸酯，单体为甲基丙烯酸 乙酯、二缩三丙二醇二丙烯酸酯或三羟基甲基丙烷三丙烯酸酯中的一种、两种或三种。
[0008] 上述带-0H的低聚物优选双酚A环氧丙烯酸酯。
[0009] 上述带-0H的单体优选甲基丙烯酸乙酯、二缩三丙二醇二丙烯酸酯和三羟基甲基 丙烷三丙烯酸酯的混合物，它们的质量比为2 : 1 : 4。
[0010] 上述带-0H的单体优选三羟基甲基丙烷三丙烯酸酯。
[0011]上述带-NC0的封闭型固化剂为带-NC0的封闭型聚异氰酸酯，优选旭化成一多耐 德TKA-B80X。
[0012] 上述光引发剂为2-羟基-2-甲基-1-苯基-1-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-l-[4-(4-吗啉 基）苯基]-1-丁酮、2-羟基-2-甲基-l-[4-(2-羟基乙氧基）苯基]-1-丙酮或苯甲酰甲 酸甲酯，优选2-羟基-2-甲基-1-苯基-1-丙酮。
[0013] 为了使涂层更加平整、光滑和均匀，上述助剂为流平剂，包括聚硅氧烷一聚醚共聚 物、聚丙烯酸酯溶液、丙烯酸聚酯改性聚氧硅烷、丙烯酸酯共聚物或聚硅氧烷，优选聚硅氧 烷-聚醚共聚物。
[0014] 本发明还提供了一种上述高强度涂层的制备方法，该方法依次包括如下步骤： (1) 先称取一定量的带-0H的低聚物，用高速搅拌机分散均匀，再依次按比例加入 带-0H的单体、带-NC0的封闭型固化剂、光引发剂和助剂，搅拌均匀15 - 20分钟，即得到 涂料； (2) 用涂膜涂布器将步骤（1)得到的涂料涂覆在基材上，先在紫外光固化机上固化，使 固化膜达到表干，然后在鼓风干燥箱再进行热固化60分钟。
[0015] 上述光固化的强度为400-500mJ/cm2,干燥箱的温度为140 - 160°C。
[0016] 本发明由光热双重固化形成的高强度涂层，采用带-NC0的封闭型固化剂、带-0H 的单体和低聚物组成交联体，且通过先UV固化后再热固化的方式，利用光固化过程中，低 聚物与单体双键发生自由基聚合形成聚丙烯酸酯交联网状聚合物，在随后的热固化中，封 闭型固化剂在热的作用下，释放异氰酸酯基，与光固化所形成的聚合物中的热反应基团-0H 等发生反应，形成聚氨酯交联网状聚合物，两种聚合物相互纵横交错而又通过共价键紧紧 相连，构成了均一且致密的空间交联网状结构；本发明涂层中的聚氨酯类聚合物与聚丙烯 酸酯类聚合物是通过化学键交联的，形成的单分子空间结构更加致密，在硬度和耐磨性上 均有明显的提_。
【具体实施方式】
[0017] 本发明通过研究了不同低聚物、单体和固化方式对涂层硬度和耐磨性的影响，从 而确定最优的低聚物、单体和固化方式。本涂料基础配方如下：
【主权项】
1. 一种由光热双重固化形成的高强度涂层，该涂层是由包括重量百分比为带-OH的低 聚物30-60%、带-OH的单体15-36%、带-NCO的封闭型固化剂19-30%、光引发剂2-5% 及助剂0.2-0. 8%通过先UV固化后再热固化的方式获得；其中带-OH的低聚物为双酚A环 氧丙烯酸酯、聚丙烯酸酯或聚氨酯丙烯酸酯，单体为甲基丙烯酸乙酯、二缩三丙二醇二丙烯 酸酯或三羟基甲基丙烷三丙烯酸酯中的一种、两种或三种。
2. 根据权利要求1所述的由光热双重固化形成的高强度涂层，其特征在于：所述带-OH 的低聚物为双酚A环氧丙烯酸酯。
3. 根据权利要求2所述的由光热双重固化形成的高强度涂层，其特征在于：所述带-OH 的单体为甲基丙烯酸乙酯、二缩三丙二醇二丙烯酸酯和三羟基甲基丙烷三丙烯酸酯的混合 物，它们的质量比为2 : 1 : 4。
4. 根据权利要求2所述的由光热双重固化形成的高强度涂层，其特征在于：所述带-OH 的单体为三羟基甲基丙烷三丙烯酸酯。
5. 根据权利要求3或4所述的由光热双重固化形成的高强度涂层，其特征在于：所述 带-NCO的封闭型固化剂为带-NCO的封闭型聚异氰酸酯。
6. 根据权利要求5所述的由光热双重固化形成的高强度涂层，其特征在于：所述光引 发剂为2-羟基-2-甲基-1-苯基-1-丙酮。
7. 根据权利要求6所述的由光热双重固化形成的高强度涂层，其特征在于：所述助剂 为流平剂，该流平剂为聚硅氧烷-聚醚共聚物。
8. -种权利要求1所述由光热双重固化形成的高强度涂层的制备方法，该方法依次包 括如下步骤： (1) 先称取一定量的带-OH的低聚物，用高速搅拌机分散均匀，再依次按比例加入 带-OH的单体、带-NCO的封闭型固化剂、光引发剂和助剂，搅拌均匀15 - 20分钟，即得到 涂料； (2)用涂膜涂布器将步骤（1)得到的涂料涂覆在基材上，先在紫外光固化机上固化，使 固化膜达到表干，然后在鼓风干燥箱再进行热固化60分钟。
9. 根据权利要求8所述的由光热双重固化形成的高强度涂层的制备方法，其特征在 于：所述光固化的强度为400-500mJ/ cm 2,干燥箱的温度为140 - 160°C。
【专利摘要】本发明提供了一种在光和热双重固化情况下形成的硬度高、耐磨性好的涂层，该涂层是由包括重量百分比为带-OH的低聚物30-60％、带-OH的单体15-36％、带-NCO的封闭型聚异氰酸酯固化剂19-30％、光引发剂2-5％及助剂0.2-0.8％，通过先UV固化后再热固化的方式获得；其中带-OH的低聚物为双酚A环氧丙烯酸酯、聚丙烯酸酯或聚氨酯丙烯酸酯，单体为甲基丙烯酸乙酯、二缩三丙二醇二丙烯酸酯或三羟基甲基丙烷三丙烯酸酯中的一种、两种或三种。本发明涂层中的聚氨酯类聚合物与聚丙烯酸酯类聚合物是通过化学键交联的，形成的单分子空间结构更加致密，在硬度和耐磨性上均有明显的提高。本发明还提供了一种上述涂层的制备方法。
【IPC分类】C08G18-63, C08G18-80, C09D175-04
【公开号】CN104745055
【申请号】CN201310752593
【发明人】张磊, 杨利超
【申请人】汕头市大千高新科技研究中心有限公司
【公开日】2015年7月1日
【申请日】2013年12月31日