复合型的净味光引发剂以及紫外光固化涂料的制作方法

本发明涉及光引发剂，特别是涉及复合型的净味光引发剂以及紫外光固化涂料。

背景技术：

紫外光固化涂料几乎不含挥发性有机溶剂，具有能源消耗低、反应速度快、清洁环保等优点。一个紫外光固化涂料的配方体系至少包括以下三个组分：①光敏树脂(或称预聚物、低聚物)，是涂料和漆膜的最基本的物理化学性能的来源，决定了整个配方体系的固化速率和材料的性能；②活性稀释剂，主要用于调节涂料配方体系的粘度；③光引发剂，在紫外光的照射下，产生能引发上述两种物质发生光聚合的活性基团(自由基或阳离子)。

净味涂料技术是目前紫外光固化涂料的发展方向之一。

根据光引发的机理，光引发剂可分为自由基光引发剂与阳离子光引发剂。按自由基引发剂产生活性自由基的机理，自由基光引发剂可以分为夺氢型光引发剂与裂解型光引发剂。在紫外光固化涂料中，以自由基光引发剂应用最为广泛。尽管在整个配方体系中的光引发剂的用量不高，常用的质量含量为1-10％之间，但是，光引发剂是紫外光固化涂料的关键组成部分之一。理想的光引发剂有以下四个特点：①较高的光引发效率；②较高的消光系数；③较好的贮存稳定性；④较好的环保性：光引发剂及其光裂解产物应低毒、低气味。

按照分子的化学成分，光引发剂可分为有机光引发剂、无机光引发剂、大分子光引发剂等。目前光引发剂通常使用的是有机光引发剂，如2-羟基-2-甲基-1-苯基-1-丙酮(1173光引发剂)、1-羟基环己基苯基甲酮(184光引发剂)和2,4,6-三甲基苯甲酰基-二苯基氧化膦(TPO光引发剂)等。这些有机光引发剂在紫外光照射之后，发生光解反应，产生活性基团(自由基或阳离子)，一部分光解产物参与引发光聚合反应，另外一部分光解产物产生并释放出苯、醛、酮等小分子，对环境和人员身体健康都产生一定的危害。而无机光引发剂或大分子光引发剂由于光引发效率较有机光引发剂稍低，价格较贵，因此使用较少。

净味涂料技术是紫外光固化涂料的发展方向之一，但到目前为止，光引发剂对紫外光固化涂料的净味效果影响还未见报道。

技术实现要素：

基于此，有必要提供一种不会产生有机小分子，且引发效率高，能够提高紫外光固化涂料转化率的复合型的净味光引发剂。

一种复合型的净味光引发剂，包括如下重量百分比的组分：

氧化锌 30～70％

大分子光引发剂 30～70％，

其中，所述大分子光引发剂由含羟基的光引发剂、异氰酸酯与含羟基的丙烯酸制备而成。

在其中一个实施例中，包括如下重量百分比的组分：

氧化锌 45～55％

大分子光引发剂 45～55％。

在其中一个实施例中，所述氧化锌为纳米氧化锌，粒径为10～200nm。

上述的纳米氧化锌的制备方法优选为：将氧化锌在真空干燥箱温度50～70℃，-0.09～-0.1MPa的相对真空压力条件下干燥2～4小时，然后用超声波处理10～60分钟，得到的纳米氧化锌的平均直径为10-200纳米左右，纯度大于99％。

在其中一个实施例中，所述氧化锌的粒径为20～130nm。

在其中一个实施例中，所述大分子光引发剂由摩尔比为1.05～1.1:1:1的含羟基的光引发剂、异氰酸酯与含羟基的丙烯酸制备而成。

在其中一个实施例中，所述大分子光引发剂的制备方法包括如下步骤：

将所述异氰酸酯与含羟基的丙烯酸混合，在30～50℃下反应2～4小时；再加入所述含羟基的光引发剂，在60～80℃下反应2～4小时。

在其中一个实施例中，所述含羟基的光引发剂为2-羟基-2-甲基-1-苯基-1-丙酮、1-羟基环己基苯基甲酮、2-羟基-4'-(2-羟乙氧基)-2-甲基苯丙酮中的一种；所述异氰酸酯为异佛尔酮二异氰酸酯；所述含羟基的丙烯酸为丙烯酸羟乙酯、甲基丙烯酸羟乙酯、丙烯酸羟丙酯、甲基丙烯酸羟丙酯中的一种。

本发明还提供一种紫外光固化涂料，采用所述净味光引发剂作为光引发剂。

在其中一个实施例中，包括如下原料组分：

本发明还提供所述的复合型的紫外光固化涂料的制备方法，包括如下步骤：

将所述环氧丙烯酸酯、聚氨酯丙烯酸酯、聚酯丙烯酸酯与活性稀释剂分别在50～80℃、真空压力为-0.095MPa的条件下预处理3～6小时；

混合所述预处理后的环氧丙烯酸酯、聚氨酯丙烯酸酯、聚酯丙烯酸酯与活性稀释剂，以及所述净味光引发剂，即可。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

本发明的复合型的净味光引发剂，采用氧化锌和特定的大分子引发剂进行复配。其中，氧化锌作为一种无机光引发剂，光解之后不会产生有气味的产物，配合特定的大分子光引发剂增强氧化锌的光引发效率，形成无机/有机复合型的净味光引发剂，能够有效克服有机光引发剂光解之后释放的挥发性有机小分子产生的气味问题，且该净味光引发剂的引发效率高，能够提高紫外光固化涂料转化率，由此进一步减少残留的涂料中未反应原料所释放的气味和挥发性有机物，使光聚合后的漆膜净味且性能优异。

本发明的紫外光固化涂料，采用氧化锌和特定的大分子引发剂复配作为光催化剂，光聚合后所得漆膜性能优异且净味。进一步采用环氧丙烯酸酯、聚氨酯丙烯酸酯和聚酯丙烯酸酯配合作为光敏树脂，可优化整个配方体系的固化速率和材料的性能，平均的双键转化率和凝胶率均大于95％，漆膜为透明或者半透明，厚度为20μm～100μm。

本发明的紫外光固化涂料的制备方法，首先在适当温度和真空条件下，对光敏树脂和活性稀释剂进行预处理，脱除挥发性有机物的方法，然后再进行混合，进一步减少配方体系中带气味的物质，降低光固化涂料的气味。

附图说明

图1为实施例1制备得到的复合型的净味光引发剂的红外光谱图；

图2为实施例1制备得到紫外光固化涂料的双键转化率和光聚合聚合速率，其中，“▲”显示的是双键的转化率，“■”显示的是双键的光聚合速率，当光固化时间为6秒时，双键转化率约为95％。

具体实施方式

以下结合具体实施例对本发明的复合型的净味光引发剂以及紫外光固化涂料作进一步详细的说明。

本发明实施例中所涉及的主要原料来源如下：

纳米氧化锌：华南理工大学实验室自制，平均直径为10～200纳米左右；

异佛尔酮二异氰酸酯：万华化学集团股份有限公司，工业级；

含羟基的光引发剂：2-羟基-2-甲基-1-苯基-1-丙酮、1-羟基环己基苯基甲酮、2-羟基-4'-(2-羟乙氧基)-2-甲基苯丙酮等，德国巴斯夫有限公司，工业级；

含羟基的丙烯酸：丙烯酸羟乙酯、甲基丙烯酸羟乙酯、丙烯酸羟丙酯与甲基丙烯酸羟丙酯等，日本三菱化学公司，工业级；

光敏树脂及活性稀释剂：环氧丙烯酸酯、聚氨酯丙烯酸酯、聚酯丙烯酸酯与活性稀释剂(1，6-己二醇双丙烯酸酯、三缩丙二醇双丙烯酸酯)，沙多玛(广州)化学有限公司，工业级。

实施例中所涉及的对木器的表面处理方法如下：

先将木器表面上的灰尘、油污等杂质清除干净，用砂纸打磨木器表面，清除打磨的杂质之后，用刮板将不饱和聚酯型腻子刮入缝隙和不平整的地方，腻子干透后，用砂纸磨光，用棉丝擦净打磨的杂质。

实施例1

本实施例采用一种复合型的净味光引发剂，包括如下重量百分比的组分：

纳米氧化锌 30％

大分子光引发剂 70％。

上述纳米氧化锌的制备方法：将氧化锌在真空干燥箱温度60℃，约－0.095MPa的相对真空压力条件下干燥3小时，然后用超声波处理10分钟，得到纳米氧化锌的平均直径为127纳米，纯度大于99％；

大分子光引发剂的合成：称取2-羟基-2-甲基-1-苯基-1-丙酮、异佛尔酮二异氰酸酯和丙烯酸羟乙酯，其摩尔比为1.05:1:1；将异佛尔酮二异氰酸酯与丙烯酸羟乙酯先在50℃下反应2小时，再加入2-羟基-2-甲基-1-苯基-1-丙酮和1-羟基环己基苯基甲酮，在60℃下反应4小时；

净味光引发剂的制备：分批将上述纳米氧化锌加入到大分子光引发剂中，在常温下搅拌均匀，即可，其红外光谱图如图1所示。

采用上述净味光引发剂的紫外光固化涂料，其制备方法包括如下步骤：

(1)真空脱除挥发性有机物：选取环氧丙烯酸酯、聚氨酯丙烯酸酯、聚酯丙烯酸酯以及活性稀释剂(1，6-己二醇双丙烯酸酯)，分别在50℃，真空压力为-0.095MPa的条件下脱除挥发性有机物6小时；

(2)紫外光固化涂料的生产：分批逐渐加入重量百分比4％的上述净味光引发剂、40％环氧丙烯酸酯、30％聚氨酯丙烯酸酯、16％聚酯丙烯酸酯与10％活性稀释剂，在常温下搅拌均匀，即可。

涂料的光固化：用UV淋涂机在木器家具表面上淋涂上述紫外光固化涂料，湿膜厚度约为30μm～55μm，在2～5kw的光固化机上，以0.1～1米/分钟的速度，调整光固化能量约80～400mJ/cm²，紫外光固化成25μm～50μm的一层漆膜。测试紫外光固化的漆膜在光固化之后是净味的，平均转化率为95％(如图2所示)，平均凝胶率(交联比率)为97％，漆膜厚度为25μm～50μm，漆膜性能超过标准“紫外光(UV)固化木器涂料HG/T 3655-2012”中对面漆的要求。

实施例2

本实施例采用一种复合型的净味光引发剂，包括如下重量百分比的组分：

纳米氧化锌 40％

大分子光引发剂 60％。

上述纳米氧化锌的制备方法：将氧化锌在真空干燥箱温度60℃，约－0.095MPa的相对真空压力条件下干燥3小时，然后用超声波处理20分钟，得到纳米氧化锌的平均直径为108纳米，纯度大于99％；

大分子光引发剂的合成：称取1-羟基环己基苯基甲酮、异佛尔酮二异氰酸酯和甲基丙烯酸羟乙酯，其摩尔比为1.1:1:1；将异佛尔酮二异氰酸酯与甲基丙烯酸羟乙酯先在30℃下反应4小时，再加入1-羟基环己基苯基甲酮，在70℃下反应3小时；

净味光引发剂的制备：分批将上述纳米氧化锌加入到大分子光引发剂中，在常温下搅拌均匀，即可。

采用上述净味光引发剂的紫外光固化涂料，其制备方法包括如下步骤：

(1)真空脱除挥发性有机物：选取环氧丙烯酸酯、聚氨酯丙烯酸酯、聚酯丙烯酸酯以及活性稀释剂(1，6-己二醇双丙烯酸酯)，分别在60℃，真空压力为-0.095MPa的条件下脱除挥发性有机物5小时；

(2)紫外光固化涂料的生产：分批逐渐加入重量百分比5％的上述净味光引发剂、25％环氧丙烯酸酯、50％聚氨酯丙烯酸酯、15％聚酯丙烯酸酯与5％活性稀释剂，在常温下搅拌均匀，即可。

涂料的光固化：用UV淋涂机在木器家具表面上淋涂上述紫外光固化涂料，湿膜厚度约为30μm～55μm，在2～5kw的光固化机上，以0.1～1米/分钟的速度，调整光固化能量约80～400mJ/cm²，紫外光固化成25μm～50μm的一层漆膜。测试紫外光固化的漆膜在光固化之后是净味的，平均转化率为96％，平均凝胶率(交联比率)为96％，漆膜厚度为25μm～50μm，漆膜性能超过标准“紫外光(UV)固化木器涂料HG/T 3655-2012”中对面漆的要求。

实施例3

本实施例采用一种复合型的净味光引发剂，包括如下重量百分比的组分：

纳米氧化锌 30％

大分子光引发剂 70％。

上述纳米氧化锌的制备方法：将氧化锌在真空干燥箱温度60℃，约－0.095MPa的相对真空压力条件下干燥3小时，然后用超声波处理30分钟，得到纳米氧化锌的平均直径为82纳米，纯度大于99％；

大分子光引发剂的合成：称取2-羟基-4'-(2-羟乙氧基)-2-甲基苯丙酮、异佛尔酮二异氰酸酯和丙烯酸羟丙酯，其摩尔比为1.05:1:1；将异佛尔酮二异氰酸酯与丙烯酸羟丙酯先在50℃下反应2小时，再加入2-羟基-4'-(2-羟乙氧基)-2-甲基苯丙酮，在80℃下反应3小时；

净味光引发剂的制备：分批将上述纳米氧化锌加入到大分子光引发剂中，在常温下搅拌均匀，即可。

采用上述净味光引发剂的紫外光固化涂料，其制备方法包括如下步骤：

(1)真空脱除挥发性有机物：选取环氧丙烯酸酯、聚氨酯丙烯酸酯、聚酯丙烯酸酯以及活性稀释剂(1，6-己二醇双丙烯酸酯)，分别在70℃，真空压力为-0.095MPa的条件下脱除挥发性有机物4小时；

(2)紫外光固化涂料的生产：分批逐渐加入重量百分比6％的上述净味光引发剂、30％环氧丙烯酸酯、40％聚氨酯丙烯酸酯、15％聚酯丙烯酸酯与9％活性稀释剂，在常温下搅拌均匀，即可。

涂料的光固化：用UV淋涂机在木器家具表面上淋涂上述紫外光固化涂料，湿膜厚度约为30μm～55μm，在2～5kw的光固化机上，以0.1～1米/分钟的速度，调整光固化能量约80～400mJ/cm²，紫外光固化成25μm～50μm的一层漆膜。测试紫外光固化的漆膜在光固化之后是净味的，平均转化率为96％，平均凝胶率(交联比率)为97％，漆膜厚度为25μm～50μm，漆膜性能超过标准“紫外光(UV)固化木器涂料HG/T 3655-2012”中对面漆的要求。

实施例4

本实施例采用一种复合型的净味光引发剂，包括如下重量百分比的组分：

纳米氧化锌 60％

大分子光引发剂 40％。

上述纳米氧化锌的制备方法：将氧化锌在真空干燥箱温度60℃，约－0.095MPa的相对真空压力条件下干燥3小时，然后用超声波处理40分钟，得到纳米氧化锌的平均直径为47纳米，纯度大于99％；

大分子光引发剂的合成：称取2-羟基-2-甲基-1-苯基-1-丙酮、异佛尔酮二异氰酸酯和甲基丙烯酸羟丙酯，其摩尔比为1.1:1:1；将异佛尔酮二异氰酸酯与甲基丙烯酸羟丙酯先在40℃下反应3小时，再加入2-羟基-2-甲基-1-苯基-1-丙酮，在70℃下反应3小时；

净味光引发剂的制备：分批将上述纳米氧化锌加入到大分子光引发剂中，在常温下搅拌均匀，即可。

采用上述净味光引发剂的紫外光固化涂料，其制备方法包括如下步骤：

(1)真空脱除挥发性有机物：选取环氧丙烯酸酯、聚氨酯丙烯酸酯、聚酯丙烯酸酯以及活性稀释剂(三缩丙二醇双丙烯酸酯)，分别在80℃，真空压力为-0.095MPa的条件下脱除挥发性有机物3小时；

(2)紫外光固化涂料的生产：分批逐渐加入重量百分比3％的上述净味光引发剂、50％环氧丙烯酸酯、25％聚氨酯丙烯酸酯、15％聚酯丙烯酸酯与7％活性稀释剂，在常温下搅拌均匀，即可。

涂料的光固化：用UV淋涂机在木器家具表面上淋涂上述紫外光固化涂料，湿膜厚度约为30μm～55μm，在2～5kw的光固化机上，以0.1～1米/分钟的速度，调整光固化能量约80～400mJ/cm²，紫外光固化成25μm～50μm的一层漆膜。测试紫外光固化的漆膜在光固化之后是净味的，平均转化率为96％，平均凝胶率(交联比率)为96％，漆膜厚度为25μm～50μm，漆膜性能超过标准“紫外光(UV)固化木器涂料HG/T 3655-2012”中对面漆的要求。

实施例5

本实施例采用一种复合型的净味光引发剂，包括如下重量百分比的组分：

纳米氧化锌 70％

大分子光引发剂 30％。

上述纳米氧化锌的制备方法：将氧化锌在真空干燥箱温度60℃，约－0.095MPa的相对真空压力条件下干燥3小时，然后用超声波处理60分钟，得到纳米氧化锌的平均直径为25纳米，纯度大于99％；

大分子光引发剂的合成：称取2-羟基-4'-(2-羟乙氧基)-2-甲基苯丙酮、异佛尔酮二异氰酸酯和丙烯酸羟乙酯，其摩尔比为1.05:1:1；将异佛尔酮二异氰酸酯与丙烯酸羟乙酯先在30℃下反应4小时，再加入2-羟基-4'-(2-羟乙氧基)-2-甲基苯丙酮，在60℃下反应4小时；

净味光引发剂的制备：分批将上述纳米氧化锌加入到大分子光引发剂中，在常温下搅拌均匀，即可。

采用上述净味光引发剂的紫外光固化涂料，其制备方法包括如下步骤：

(1)真空脱除挥发性有机物：选取环氧丙烯酸酯、聚氨酯丙烯酸酯、聚酯丙烯酸酯以及活性稀释剂(三缩丙二醇双丙烯酸酯)，分别在60℃，真空压力为-0.095MPa的条件下脱除挥发性有机物5小时；

(2)紫外光固化涂料的生产：分批逐渐加入重量百分比5％的上述净味光引发剂、30％环氧丙烯酸酯、25％聚氨酯丙烯酸酯、30％聚酯丙烯酸酯与10％活性稀释剂，在常温下搅拌均匀，即可。

涂料的光固化：用UV淋涂机在木器家具表面上淋涂上述紫外光固化涂料，湿膜厚度约为30μm～55μm，在2～5kw的光固化机上，以0.1～1米/分钟的速度，调整光固化能量约80～400mJ/cm²，紫外光固化成25μm～50μm的一层漆膜。测试紫外光固化的漆膜在光固化之后是净味的，平均转化率为95％，平均凝胶率(交联比率)为96％，漆膜厚度为25μm～50μm，漆膜性能超过标准“紫外光(UV)固化木器涂料HG/T 3655-2012”中对面漆的要求。

对比例1

本对比例为一种紫外光固化涂料，其采用的原料及UV光固化的工艺方法同实施例1-5，区别在于：其采用的净味光引发剂中不包括氧化锌。具体工艺如下所示。

本对比例一种混合的光引发剂，包括如下重量百分比的组分：

2-羟基-2-甲基-1-苯基-1-丙酮 30％

大分子光引发剂 70％。

大分子光引发剂的合成：称取2-羟基-2-甲基-1-苯基-1-丙酮、异佛尔酮二异氰酸酯和丙烯酸羟乙酯，其摩尔比为1.05:1:1；将异佛尔酮二异氰酸酯与丙烯酸羟乙酯先在50℃下反应2小时，再加入2-羟基-2-甲基-1-苯基-1-丙酮和1-羟基环己基苯基甲酮，在60℃下反应4小时；

采用上述混合的光引发剂的紫外光固化涂料，其制备方法包括如下步骤：

(1)真空脱除挥发性有机物：选取环氧丙烯酸酯、聚氨酯丙烯酸酯、聚酯丙烯酸酯以及1，6-己二醇双丙烯酸酯，分别在50℃，真空压力为-0.095MPa的条件下脱除挥发性有机物6小时；

(2)紫外光固化涂料的生产：分批逐渐加入重量百分比5％的上述混合的光引发剂、40％环氧丙烯酸酯、30％聚氨酯丙烯酸酯、16％聚酯丙烯酸酯与10％1，6-己二醇双丙烯酸酯，在常温下搅拌均匀，即可。

涂料的光固化：用UV淋涂机在木器家具表面上淋涂上述紫外光固化涂料，湿膜厚度约为30μm～55μm，在2～5kw的光固化机上，以0.1～1米/分钟的速度，调整光固化能量约80～400mJ/cm²，紫外光固化成25μm～50μm的一层漆膜。测试紫外光固化的漆膜在光固化之后是有一定的气味，平均转化率为92％，平均凝胶率(交联比率)为90％，漆膜厚度为25μm～50μm，漆膜性能超过标准“紫外光(UV)固化木器涂料HG/T 3655-2012”中对面漆的要求。

对比例2

本对比例是一种紫外光固化涂料，其采用的原料及UV光固化的工艺方法同实施例1-5，区别在于：其采用的净味光引发剂中不包括所述大分子光引发剂。具体工艺如下所示。

本对比例采用一种混合的光引发剂，包括如下重量百分比的组分：

纳米氧化锌 30％

2-羟基-2-甲基-1-苯基-1-丙酮 70％。

上述纳米氧化锌的制备方法：将氧化锌在真空干燥箱温度60℃，约－0.095MPa的相对真空压力条件下干燥3小时，然后用超声波处理10分钟，得到纳米氧化锌的平均直径为127纳米，纯度大于99％；

混合的光引发剂的制备：分批将上述纳米氧化锌加入到2-羟基-2-甲基-1-苯基-1-丙酮中，在常温下搅拌均匀，即可。

采用上述混合的光引发剂的紫外光固化涂料，其制备方法包括如下步骤：

(1)真空脱除挥发性有机物：选取环氧丙烯酸酯、聚氨酯丙烯酸酯、聚酯丙烯酸酯以及活性稀释剂(1，6-己二醇双丙烯酸酯)，分别在50℃，真空压力为-0.095MPa的条件下脱除挥发性有机物6小时；

(2)紫外光固化涂料的生产：分批逐渐加入重量百分比5％的上述混合的光引发剂、40％环氧丙烯酸酯、30％聚氨酯丙烯酸酯、16％聚酯丙烯酸酯与10％三缩丙二醇双丙烯酸酯，在常温下搅拌均匀，即可。

涂料的光固化：用UV淋涂机在木器家具表面上淋涂上述紫外光固化涂料，湿膜厚度约为30μm～55μm，在2～5kw的光固化机上，以0.1～1米/分钟的速度，调整光固化能量约80～400mJ/cm²，紫外光固化成25μm～50μm的一层漆膜。测试紫外光固化的漆膜在光固化之后是有一定的味道，平均转化率为89％，平均凝胶率(交联比率)为85％，漆膜厚度为25μm～50μm，漆膜性能超过标准“紫外光(UV)固化木器涂料HG/T 3655-2012”中对面漆的要求。

本发明专利所述实施例以及对比例的光固化涂料的漆膜的主要性能如表2所示。

表2

由实施例1-5以及表2可见，在生产氧化锌复合的净味光引发剂及其紫外光固化净味涂料的过程中，纳米氧化锌与可聚合的大分子光引发剂复合成新型的无机/有机复合的净味光引发剂，真空脱除之后，不含容易光解的、挥发性的有机低分子化合物和活性稀释剂，净味涂料在紫外光固化之后，漆膜性能优异而且是净味的，平均的双键转化率和凝胶率均大于95％。

以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。