一种聚脂型材紫外光固化色漆涂层及其制备工艺和制备设备的制作方法

本发明涉及紫外光固化色漆涂层制备
技术领域：
，特别涉及一种聚脂型材紫外光固化色漆涂层及其制备工艺和制备设备。
背景技术：
：各类聚酯型材表面，尤其是聚氨酯型材表面，例如，全隔热玻纤聚氨酯门窗系统是新近开发的一种新型门窗系统新材料，其表面需要涂覆色漆涂层。全隔热玻纤聚氨酯门窗系统具有隔热性能好(导热系数低至0.114w/m.k)、安全无挥发、强度高(弯曲强度可达1442mpa)、耐酸碱、耐盐雾、耐火性能好(整套门窗耐火可达1.0小时)、耐严寒(正常使用温度可达-50～100℃)、耐高温(热性变温度高达240℃)和绝缘等优点。传统涂层采用油性、烘烤油漆，采用a、b组分，存在混合易发生聚合反应，堵塞喷枪、voc排放大、操作车间刺激性气味大、污水量大等环保污染问题，喷涂工艺技术喷涂效率低、涂料利用率低、喷涂覆盖不完全、能耗高、耐候性差等致命工艺技术问题，尤其是：第一，堵塞喷枪严重，需要2小时洗一次喷枪；第二，喷涂效率低，喷腔内一次悬挂6根型材(6米长)，需要喷涂和烘干过程，一次操作需时间2.5小时以上；第三，涂料利用效率低，涂料利用率只有35％左右，剩余的涂料都丢失在喷腔内壁，采用水即刻冲洗，免得时间久聚合，难以处理。冲洗的废水含有大量有机涂料，污水量大，难以回收，涂料也不可回收利用。整套涂料及工艺难以连续化生产。附图说明图1为本发明的制备设备的结构示意图。图中，1-真空喷涂红外烘烤机组，2-真空喷涂uv固化机组，3-第一红外灯，4-第二红外灯，5-第一uv汞灯，6-红外真空喷涂腔，7-第一板式冷凝器，8-第一涂料循环罐，9-第一隔膜压缩机，10-第一真空泵，11-uv真空喷涂腔，12-第二uv汞灯，13-第一uv镓灯，14-第一uv铁灯，15-第二隔膜压缩机，16-第二真空泵，17-第二板式冷凝器，18-第二涂料循环罐，19-活性炭吸附柱，20-第一压力缓冲调节罐，21-第二压力缓冲调节罐。技术实现要素：本发明提供一种聚脂型材紫外光固化色漆涂层及其制备工艺和制备设备，解决传统涂层不环保以及喷涂工艺困难的问题。为了解决上述技术问题，本发明的技术方案为：一种聚脂型材紫外光固化色漆涂层，包括底涂涂层和面涂涂层；所述底涂涂层包括如下重量份原料：磷酸酯丙烯酸酯0.5份，聚氨酯丙烯酸酯25-30份，丙烯酸树脂15-44份，活性稀释剂25-49份，流平剂0.5份和引发剂5份；所述面涂涂层包括如下重量份原料：硅烷偶联剂0.5-1份，聚氨酯丙烯酸酯25-30份，丙烯酸树脂22.4-27.4份，活性稀释剂20-30份，流平剂0.5份和引发剂6份。优选的，所述面涂涂层还包括助剂0.1份和颜料20份。优选的，所述流平剂为以聚醚改性聚二甲基硅氧烷共聚体为代表的有机硅，如byk-333型或byk-306型流平剂。优选的，所述引发剂为gc-405型、tpo型、itx型、907型、1173型或184型引发剂的一种或几种的混合物。优选的，所述助剂为b-461型、byk055型或byk306型消泡剂。优选的，所述活性稀释剂为n-丙烯酰吗啉(acmo)、甲基丙烯酸羟乙酯(hema)、环三羟甲基丙烷甲缩醛丙烯酸酯(ctfa)或二乙二醇丁醚(dbge)的一种或几种的混合物。优选的，所述硅烷偶联剂为kh-560型硅烷偶联剂。一种所述的聚脂型材紫外光固化色漆涂层的制备工艺，包括如下步骤：(a)制备底涂涂料(a-1)将磷酸酯丙烯酸酯，聚氨酯丙烯酸酯，丙烯酸树脂和活性稀释剂加入分散釜中，开启搅拌，搅拌5-20分钟；(a-2)再加入流平剂升温至40-50℃，快速搅拌，分散3-4h；(a-3)再加入引发剂搅拌20-40分钟，得到均匀液体，过滤即可，放置待用；(b)制备面涂涂料(b-1)将硅烷偶联剂，聚氨酯丙烯酸酯，丙烯酸树脂和活性稀释剂加入分散釜中开启搅拌，搅拌5-20分钟；(b-2)再加入流平剂、助剂和颜料，升温至40-50℃，快速搅拌，分散3-4h；(b-3)再加入引发剂搅拌20-40分钟，得到均匀液体，过滤即可，放置待用；(c)在待喷涂型材表面在0.1-0.2mpa压力下真空喷涂所述步骤(a)中的底涂涂料，经过红外灯烘烤后再经过第一uv固化，得到底涂涂层；(d)在所述底涂涂层上再在0.1-0.2mpa压力下真空喷涂所述步骤(b)中的面涂涂料，经过第二uv固化后即得到所需涂层。优选的，所述步骤(c)中的第一uv固化使用uv汞灯进行照射固化；所述步骤(d)中的第二uv固化使用uv汞灯、uv镓灯或uv铁灯中的至少一种进行照射固化。一种述的聚脂型材紫外光固化色漆涂层的制备设备，包括依次相连的真空喷涂红外烘烤机组和真空喷涂uv固化机组；所述真空喷涂红外烘烤机组包括红外真空喷涂腔，所述红外真空喷涂腔内设有若干组红外灯和若干组uv汞灯，所述红外真空喷涂腔与第一真空泵相连通，所述第一真空泵与第一板式冷凝器相连通，所述红外真空喷涂腔与第一压力缓冲调节罐相连通，所述第一压力缓冲调节罐与第一隔膜压缩机相连通，所述第一隔膜压缩机与第一涂料循环罐相连通，所述第一涂料循环罐与第一板式冷凝器相连通；所述真空喷涂uv固化机组包括uv真空喷涂腔，所述uv真空喷涂腔内设有若干组uv汞灯、uv镓灯和uv铁灯，所述uv真空喷涂腔与第二真空泵相连通，所述第二真空泵与第二板式冷凝器相连通，所述第一板式冷凝器和第二板式冷凝器分别与活性炭吸附柱相连通，所述uv真空喷涂腔与第二压力缓冲调节罐相连通，所述第二压力缓冲调节罐与第二隔膜压缩机相连通，所述第二隔膜压缩机与第二涂料循环罐相连通，所述第二涂料循环罐与第二板式冷凝器相连通。采用上述技术方案，本发明采用n-丙烯酰吗啉(acmo)、甲基丙烯酸羟乙酯(hema)、环三羟甲基丙烷甲缩醛丙烯酸酯(ctfa)或二乙二醇丁醚(dbge)为溶剂的uv固化涂料，采用真空喷涂和以汞灯、铁灯复合灯为光源的固化工艺技术方案，解决了传统的加热固化涂料在喷涂过程中喷枪易堵塞、voc排放大和喷涂覆盖不完全等问题。通过本发明的工艺制备得到的uv涂料避光可以稳定保存较长时间，一旦在经uv光辐照后，光子轰击引发剂，产生自由基，自由基再引发uv不饱和树脂以及稀释剂acmo、hema、ctfa或dbge等组分，反应成膜，解决了传统热固化涂料a、b组分混合后，室温下就立刻开始聚合反应堵塞喷枪的技术难题。因为uv固化涂料采用acmo、hema、ctfa或dbge为主要稀释剂、固化剂，acmo、hema、ctfa或dbge在紫外光引发剂引发以后，完全交联反应成膜，100％固含，无voc挥发，绿色环保；uv固化速度快，每根型材喷涂及固化时间仅需要1min，一次性固化成成品；通过真空喷涂技术，涂料可以循环利用，利用率达到100％；不需要水冲洗，无污水排放；不存在喷涂堵枪现象，可以实现连续化生产；通过本发明的方法制备得到的色漆涂层耐盐雾测试达到2500h以上，是传统涂料的5倍以上；耐候性达到15000h以上，是传统涂料的2倍以上；大幅度降低能耗，能耗仅是传统喷涂固化技术的1/5。具体实施方式下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步说明。在此需要说明的是，对于这些实施方式的说明用于帮助理解本发明，但并不构成对本发明的限定。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。实施例1一种聚脂型材紫外光固化色漆涂层，包括底涂涂层和面涂涂层；底涂涂层包括如下重量份原料：磷酸酯丙烯酸酯0.5份，聚氨酯丙烯酸酯25份，丙烯酸树脂44份，n-丙烯酰吗啉(acmo)25份，byk-333型流平剂0.5份和gc-405型引发剂5份；面涂涂层包括如下重量份原料：kh-560型硅烷偶联剂1份，聚氨酯丙烯酸酯25份，丙烯酸树脂22.4份，n-丙烯酰吗啉(acmo)25份，byk-333型流平剂0.5份，gc-405型引发剂6份，b-461型消泡剂0.1份和氧化铁红颜料20份。一种聚脂型材紫外光固化色漆涂层的制备方法，包括如下步骤：(1)制备底涂涂料(1-1)将磷酸酯丙烯酸酯，聚氨酯丙烯酸酯，丙烯酸树脂和n-丙烯酰吗啉(acmo)加入分散釜中，开启搅拌，搅拌15分钟；(1-2)再加入byk-333型流平剂升温至45℃，快速搅拌，分散3.5h；(1-3)再加入gc-405型引发剂搅拌30分钟，得到均匀液体，过滤即可，放置待用；(2)制备面涂涂料(2-1)将磷酸酯丙烯酸酯，聚氨酯丙烯酸酯，丙烯酸树脂和n-丙烯酰吗啉(acmo)加入分散釜中开启搅拌，搅拌15分钟；(2-2)再加入byk-333型流平剂、b-461型消泡剂和氧化铁红颜料，升温至45℃，快速搅拌，分散3.5h；(2-3)再加入gc-405型引发剂搅拌30分钟，得到均匀液体，过滤即可，放置待用；(3)将待喷涂型材表面提前经过除灰尘和去毛刺处理，在待喷涂型材表面在0.1mpa压力下真空喷涂所述步骤(1)中的底涂涂料，经过红外灯烘烤后再经过uv汞灯照射固化，得到底涂涂层；(4)在所述底涂涂层上再在0.1mpa压力下真空喷涂所述步骤(2)中的面涂涂料，依次经过uv汞灯、uv镓灯和uv铁灯照射固化后即得到所需涂层。实施例2一种聚脂型材紫外光固化色漆涂层，包括底涂涂层和面涂涂层；所述底涂涂层包括如下重量份原料：磷酸酯丙烯酸酯0.5份，聚氨酯丙烯酸酯30份，丙烯酸树脂15份，n-丙烯酰吗啉(acmo)15份，环三羟甲基丙烷甲缩醛丙烯酸酯(ctfa)34份，byk-333型流平剂0.5份和184型引发剂3份、itx型引发剂2份；所述面涂涂层包括如下重量份原料：kh-560型硅烷偶联剂1份，聚氨酯丙烯酸酯25份，丙烯酸树脂27.4份，丙烯酸羟乙酯(hea)10份、己二醇二丙烯酸酯(hdda)20份，byk-333型流平剂0.5份，1173型引发剂3份，itx型引发剂3份，byk055型消泡剂0.1份和氧化铁红颜料20份。一种聚脂型材紫外光固化色漆涂层的制备方法，包括如下步骤：(1)制备底涂涂料(1-1)将磷酸酯丙烯酸酯，聚氨酯丙烯酸酯，丙烯酸树脂，acmo和环三羟甲基丙烷甲缩醛丙烯酸酯(ctfa)加入分散釜中，开启搅拌，搅拌20分钟；(1-2)再加入byk-333型流平剂升温至50℃，快速搅拌，分散4h；(1-3)再加入184型和itx型引发剂搅拌40分钟，得到均匀液体，过滤即可，放置待用；(2)制备面涂涂料(2-1)将kh-560型硅烷偶联剂，聚氨酯丙烯酸酯，丙烯酸树脂，hea和hdda加入分散釜中开启搅拌，搅拌20分钟；(2-2)再加入byk-333型流平剂、byk055型消泡剂和氧化铁红颜料，升温至50℃，快速搅拌，分散4h；(2-3)再加入1173型和itx型引发剂搅拌40分钟，得到均匀液体，过滤即可，放置待用；(3)在待喷涂型材表面在0.1-0.2mpa压力下真空喷涂所述步骤(1)中的底涂涂料，经过红外灯烘烤后再经过uv汞灯照射固化，得到底涂涂层；(4)将待喷涂型材表面提前经过除灰尘和去毛刺处理，在所述底涂涂层上再在0.1mpa压力下真空喷涂所述步骤(2)中的面涂涂料，依次经过uv汞灯和uv镓灯照射固化后即得到所需涂层。实施例3一种聚脂型材紫外光固化色漆涂层，包括底涂涂层和面涂涂层；所述底涂涂层包括如下重量份原料：磷酸酯丙烯酸酯0.5份，聚氨酯丙烯酸酯25份，丙烯酸树脂20份，二乙二醇丁醚(dbge)49份，byk-306型流平剂0.5份和184型引发剂5份；所述面涂涂层包括如下重量份原料：kh-560型硅烷偶联剂1份，聚氨酯丙烯酸酯30份，丙烯酸树脂22.4份，二乙二醇丁醚(dbge)20份，byk-306型流平剂0.5份，184型引发剂6份，byk306型消泡剂0.1份和氧化铁红颜料20份。一种聚脂型材紫外光固化色漆涂层的制备方法，包括如下步骤：(1)制备底涂涂料(1-1)将磷酸酯丙烯酸酯，聚氨酯丙烯酸酯，丙烯酸树脂和二乙二醇丁醚(dbge)加入分散釜中，开启搅拌，搅拌15分钟；(1-2)再加入byk-306型流平剂升温至45℃，快速搅拌，分散3.5h；(1-3)再加入184型引发剂搅拌25分钟，得到均匀液体，过滤即可，放置待用；(2)制备面涂涂料(2-1)将kh-560型硅烷偶联剂，聚氨酯丙烯酸酯，丙烯酸树脂和二乙二醇丁醚(dbge)加入分散釜中开启搅拌，搅拌15分钟；(2-2)再加byk-306型流平剂、byk306型消泡剂和氧化铁红颜料，升温至45℃，快速搅拌，分散3.5h；(2-3)再加入184型引发剂搅拌25分钟，得到均匀液体，过滤即可，放置待用；(3)将待喷涂型材表面提前经过除灰尘和去毛刺处理，在待喷涂型材表面在0.2mpa压力下真空喷涂所述步骤(1)中的底涂涂料，经过红外灯烘烤后再经过uv汞灯进行照射固化，得到底涂涂层；(4)在所述底涂涂层上再在0.2mpa压力下真空喷涂所述步骤(2)中的面涂涂料，依次经过uv镓灯和uv铁灯照射固化后即得到所需涂层。对实施例1-3中制备得到的底涂涂层进行性能测试，测试结果如下表：项目测试条件实施例1实施例2实施例3表干固化能量3kw汞灯(mj/cm2)850850850硬度/三菱铅笔1000g压力2h1h1h附着力1mm百格0级1级1级由于底涂涂层是用于增强待喷涂型材表面和面涂涂层之间附着力的重要因素，由测试结果可知，随着活性稀释剂的用量不同，对底涂涂层的硬度和附着力有很大影响。对实施例1-3中制备得到的面涂涂层进行性能测试，测试结果如下表：项目测试条件实施例1实施例2实施例3表干固化能量3kw汞灯(mj/cm2)850850850硬度/三菱铅笔1000g压力2h2h>2h附着力2mm百格0级0级0级涂膜厚度60um耐盐雾性5％nacl*600h合格合格合格耐候性氙灯老化2000h合格合格合格耐磨性175g荷重合格合格合格从实施例1-3中的面涂涂料配方形成的面涂涂层，在待喷涂型材表面上具有非常好的附着力，且其他性能也较佳。对实施例1-3中制备得到的色漆涂层进行性能测试，结果如下表：可见，通过本发明的方法制备得到的色漆涂层具有良好的耐候性、耐磨性和耐盐雾性等性能。涂层耐盐雾测试达到2500h以上，是传统涂料的5倍以上；耐候性达到15000h以上，是传统涂料的2倍以上。实施例4一种聚脂型材紫外光固化色漆涂层的制备设备，包括依次相连的真空喷涂红外烘烤机组1和真空喷涂uv固化机组2；所述真空喷涂红外烘烤机组1包括红外真空喷涂腔6，所述红外真空喷涂腔6内设有若干组红外灯和若干组uv汞灯，所述红外真空喷涂腔6与第一真空泵10相连通，能够对红外真空喷涂腔6内进行抽真空处理，所述第一真空泵10与第一板式冷凝器7相连通，所述红外真空喷涂腔6与第一压力缓冲调节罐20相连通，所述第一压力缓冲调节罐20与第一隔膜压缩机9相连通，所述第一隔膜压缩机9与第一涂料循环罐8相连通，所述第一涂料循环罐8与第一板式冷凝器7相连通；所述真空喷涂uv固化机组2包括uv真空喷涂腔11，所述uv真空喷涂腔11内设有若干组uv汞灯、uv镓灯和uv铁灯，所述uv真空喷涂腔11与第二真空泵16相连通，能够对uv真空喷涂腔11内进行抽真空处理，所述第二真空泵16与第二板式冷凝器17相连通，所述第一板式冷凝器7和第二板式冷凝器17分别与活性炭吸附柱19相连通，所述uv真空喷涂腔11与第二压力缓冲调节罐21相连通，所述第二压力缓冲调节罐21与第二隔膜压缩机15相连通，所述第二隔膜压缩机15与第二涂料循环罐18相连通，所述第二涂料循环罐18与第二板式冷凝器17相连通。使用时，将型材表面进行简单处理，去除灰尘和毛刺，放在输入履带上，将制备好的底涂涂料灌入真空喷涂红外烘烤机组1中的第一涂料循环罐8中，将制备好的面涂涂料灌入真空喷涂uv固化机组2中的第二涂料循环罐18中，关闭第一涂料循环罐8和第二涂料循环罐18，在对底涂涂料和面涂涂料喷涂的过程中，通过罐体上的调节阀能够调节底涂涂料喷涂时罐体内的压力，启动第一板式冷凝器7和第一真空泵10，打开第一压力缓冲调节罐20的进口阀门，待红外真空喷涂腔6内压力降到-0.05mpa左右，启动第一隔膜压缩机9，打开第一压力缓冲调节罐20的出口阀门，调节压力逐渐稳定在0.1mpa，打开根据涂膜厚度、型材输送速率等因素控制红外灯打开的数量，再打开uv汞灯；启动第二板式冷凝器17和第二真空泵16，打开第二压力缓冲调节罐21的进口阀门，待uv真空喷涂腔11内压力降到-0.05mpa左右，启动第二隔膜压缩机15，打开第二压力缓冲调节罐21的出口阀门，调节压力逐渐稳定在0.1mpa，根据喷涂膜颜色、膜的厚度及型材输送速率等因素决定打开uv汞灯、uv镓灯和uv铁灯的数量；待喷涂完成后，成品型材从输出履带上被输出，进行产品堆垛。为了提升制备设备的自动化程度，所述真空喷涂红外烘烤机组1入口处安装有输入履带，所述真空喷涂uv固化机组2出口处安装有输出履带，能够实现对型材的自动输送。具体的，所述红外真空喷涂腔6内设有第一红外灯3和第二红外灯4两组红外灯，每组红外灯功率为200w，以及第一uv汞灯5一组uv汞灯；所述uv真空喷涂腔11内设有第二uv汞灯12、第一uv镓灯13和第一uv铁灯14，每组功率为6kw。本发明采用n-丙烯酰吗啉(acmo)、甲基丙烯酸羟乙酯(hema)、环三羟甲基丙烷甲缩醛丙烯酸酯(ctfa)或二乙二醇丁醚(dbge)为溶剂，采用真空喷涂和汞灯、铁灯等复合灯为光源的固化涂料解决了传统热固化涂料在喷涂过程中喷枪易堵塞、voc排放大和喷涂覆盖不完全等问题。uv固化涂料采用n-丙烯酰吗啉(acmo)、甲基丙烯酸羟乙酯(hema)、环三羟甲基丙烷甲缩醛丙烯酸酯(ctfa)或二乙二醇丁醚(dbge)为主要稀释剂、固化剂，n-丙烯酰吗啉(acmo)、甲基丙烯酸羟乙酯(hema)、环三羟甲基丙烷甲缩醛丙烯酸酯(ctfa)或二乙二醇丁醚(dbge)在紫外光引发剂引发以后，完全交联反应成膜，100％固含，无voc挥发，绿色环保；uv固化速度快，每根型材喷涂及固化时间仅需要1min，一次性固化成成品；通过真空喷涂技术，涂料可以循环利用，利用率达到100％；不需要水冲洗，无污水排放；不存在喷涂堵枪现象，可以实现连续化生产；通过本发明的工艺制备得到的色漆涂层耐盐雾测试达到2500h以上，是传统涂料的5倍以上；耐候性达到15000h以上，是传统涂料的2倍以上；大幅度降低能耗，能耗仅是传统喷涂固化技术的1/5。以上结合附图对本发明的实施方式作了详细说明，但本发明不限于所描述的实施方式。对于本领域的技术人员而言，在不脱离本发明原理和精神的情况下，对这些实施方式进行多种变化、修改、替换和变型，仍落入本发明的保护范围内。当前第1页12