一种水性紫外光固化变色涂料及其制备方法与流程

本发明属于涂料，特别涉及一种水性紫外光固化变色涂料及其制备方法。

背景技术：

1、传统溶剂型涂料的挥发性有机化合物排放较高，会造成环境污染严重等问题，限制了溶剂型涂料的发展。随着环保法规的不断完善以及人们对生存环境的重视，涂料行业的发展面临巨大的挑战，涂料行业中相对环保的水性涂料、粉末型涂料、辐照固化涂料、高固体分涂料受到越来越多的重视。其中，紫外光固化涂料由于具有固化速度快、涂膜质量高、环境污染少、能量消耗低等优点，在涂料市场中占有的份额越来越大。通过紫外光线照射涂料中的光引发剂产生自由基(或阳离子)，从而引发聚合物或者单体中的双键进行聚合，最终得到相对分子质量较高且具有一定机械性能的聚合物薄膜。由于这种涂料在使用过程中不添加有机溶剂且固化速度快，是一种“节能减排”的环境友好型涂料。一般紫外光固化在常温下就可以进行，因此紫外光固化涂料对于一些不耐高温的底材来说是一个很好的选择。紫外光固化涂料又分为：紫外光水性固化涂料、紫外光固化粉末涂料、紫外光固化纳米涂料、紫外光固化超支化聚合物涂料。传统溶剂型紫外光固化涂料，为了施工方便，经常加入较多的低分子量稀释剂，这会引起以下问题：对皮肤造成刺激；在一些多孔性基材上使用时，稀释剂容易扩散到孔隙中而不能固化，使被涂物长期有异味；稀释剂会强烈影响固化膜的性质。而紫外光水性固化涂料则结合了传统紫外光固化涂料和水性涂料的各自特点，相对于传统溶剂型紫外光固化涂料，紫外光水性固化涂料具有如下优点：1、可实现无活性稀释剂配方；2、无voc、刺激性及臭味等问题；3、可适用各种涂装设备；4、可避免由于用活性稀释剂所引起的固化体积收缩问题；5、可实现薄涂层涂布，降低成本；6、涂装设备和容器可用水性清洗液清洗。

2、现有技术中，如中国专利cn108285666a，公开了一种高硬度超耐磨耐污染钻石多彩uv涂料，包含：成膜物质20-40重量份、颜料3-15重量份、功能材料5-10重量份、涂料助剂5-15重量份、引发剂2-5重量份、溶剂20-30重量份，其中，成膜物质为6 15多官能团脂肪族丙烯酸聚氨酯、4 6官能团脂肪族单体，功能材料为纳米级增硬耐磨材料。由该发明的组合物配制而成的uv涂料，具有较高的硬度，且耐污抗指纹。该发明的uv涂料选用了醋酸丁酯、甲基异丁基酮、醋酸乙酯、乙二醇丁醚和异丙醇作为溶剂，在涂料的固化过程中溶剂快速挥发，会对环境造成影响。再如中国专利cn109880509a，公开了一种水性涂料技术领域的水性变色涂料及其涂膜制品，包括主体树脂、水性光致变色剂、水性温致变色剂以及反应型乳化剂；水性光致变色剂和水性温致变色剂含有外包覆物，外包覆物为聚苯乙烯类高分子聚合物或丙烯酸酯类高分子聚合物，外包覆物与反应型乳化剂具有相匹配的hlb值。该发明并未使用工业溶剂，环保性能优异，但该涂料制得的涂膜在使用过程中很容易收到污染，耐污性能较弱。

技术实现思路

1、为了解决上述问题，本发明提供了一种水性紫外光固化变色涂料及其制备方法。

2、本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

3、一种水性紫外光固化变色涂料，由以下重量份的原料制成：氨基甲酸酯丙烯酸酯1-2份，2-甲基-1-(4-甲硫基苯基)-2-吗啉-1-丙酮1-2份，改性树脂60份，助剂2-4份，光致变色剂1-2份，水30-35份；

4、所述改性树脂进一步由以下重量份的原料制成：烷基酚聚氧乙烯醚0.5份，十二烷基硫酸钠6.2份，水5.3份，四氢化邻苯二甲酸酐16.4份，1,2-丙二醇2份、一缩二丙二醇1.4份、癸二酸18份，对苯二酚0.2份。

5、进一步的，所述改性树脂的制备方法为：将8.2份四氢化邻苯二甲酸酐、1份1,2-丙二醇、0.7份一缩二丙二醇、9份癸二酸充分混合，在160℃环境下反应30min，再加入8.2份四氢化邻苯二甲酸酐、1份1,2-丙二醇、0.7份一缩二丙二醇、9份癸二酸，反应30min，程序升温至180℃，反应120min，降温至60℃，搅拌15min的同时缓慢加入0.5份烷基酚聚氧乙烯醚、6.2份十二烷基硫酸钠和5.3份水，冷却至室温，加入0.2份对苯二酚，充分搅拌20min，得到所述改性树脂。

6、进一步的，所述助剂由以下重量份的原料组成：1-2份云母粉水分散液，0.5-1份锆盐，0.35-0.7份玫瑰精油、0.15-0.3份有机硅类消泡剂。

7、进一步的，所述云母粉水分散液的制备过程为：选用粒径为20-30nm的云母粉，将云母粉与水按1:4的质量比加入球磨机中，球磨分散3h，制得所述云母粉水分散液。

8、进一步的，所述光致变色剂为感光微胶囊粉。

9、进一步的，所述感光微胶囊粉由邻苯二甲酸二辛酯溶液、光敏变色染料、2wt％十二烷基苯磺酸钠溶液、脲醛预聚体组成，其重量份比为20:1:100:15；

10、所述感光微胶囊粉的制备过程为：在邻苯二甲酸二辛酯溶液中加入光敏变色染料，并加入2wt％十二烷基苯磺酸钠溶液对其进行超声乳化，边搅拌边将脲醛预聚体缓慢滴加到上述乳化溶液中，调节ph＝5.5，将其置于60℃环境中3.5h，冷却至室温，调节ph＝9，对其离心、清洗、烘干后得到所述感光微胶囊粉。

11、进一步的，一种水性紫外光固化变色涂料的制备方法，包括以下步骤：

12、s1：根据设定比例将改性树脂、氨基甲酸酯丙烯酸酯、2-甲基-1-(4-甲硫基苯基)-2-吗啉-1-丙酮和水置于50℃环境中，进行预分散10min；

13、s2：加入光致变色剂，继续搅拌5min；

14、s3：再加入助剂充分搅拌30min，自然冷却至室温；

15、s4：使用240目的滤布对其进行过滤，制得水性紫外光固化变色涂料。

16、进一步的，所述s1步骤中搅拌速度为600-700r/min；所述s2步骤中搅拌速度为800-1000r/min；所述s3步骤中搅拌速度为1000-1200r/min。

17、与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

18、1、本发明提供的一种水性紫外光固化变色涂料，采用的改性树脂添加了一定量的四氢化邻苯二甲酸酐和癸二酸，能够降低树脂的脆性，并增加其柔软性和柔顺性；添加的1,2-丙二醇和一缩二丙二醇也有助于降低树脂的结晶性；还选用了烷基酚聚氧乙烯醚、十二烷基硫酸钠和水对树脂进行乳化，使固化后的树脂具有黏结性能好、耐高温、安全环保等特点；最后还使用了苯二酚与树脂经引发共聚合后，固化得到三向交联的网状结构，进一步提高了树脂的抗冲击强度。本发明采用的改性树脂在固化后有较强的硬度、附着力、耐水性和柔顺性，且该改性树脂固化后的涂层具有表面硬度大、耐摩擦、表面细腻光滑且耐脏污等特点。

19、2、本发明提供的一种水性紫外光固化变色涂料，使用的助剂中采用了云母粉水分散液，可赋予涂料不同于常规的力学、光学、电学和磁学等性能，提高了涂料的硬度和耐久性；加入锆盐可改善涂料的耐腐蚀性，防止涂层在使用过程中表面粉化；在涂膜的干燥过程中，随着溶剂的挥发会出现贝纳尔德旋涡现象，本发明选用的玫瑰精油不仅对基材有润湿作用，还能调整涂料干燥过程中的表面张力，改善涂层的流动和流平，进而使涂层表面更加细腻光滑，进一步使涂层起到防污的作用；有机硅类消泡剂可对在涂料的生产和施工过程中产生的泡沫进行消泡，以防止在涂料的干燥过程中出现破泡、贝纳德漩涡等现象，进一步保证涂料的表面性能。

20、3、本发明提供的一种水性紫外光固化变色涂料，采用的云母粉水分散液选用了颗粒自身强度较高的、粒径为20-30nm的云母粉，将其添加到涂料的助剂中，可在一定程度上提高涂料的强度和耐久性，云母粉的表面活性较高，但云母粉粉体通常以团聚体颗粒的形式存在，团聚体颗粒会影响涂料的流动性，将其与水混合进行球磨可使其团聚颗粒的粒径明显减小。

21、4、本发明提供的一种水性紫外光固化变色涂料，采用的光致变色剂为感光微胶囊粉，其稳定性良好，具有光响应速度快、变色性能良好等优点。

22、5、本发明提供的一种水性紫外光固化变色涂料，采用感光微胶囊粉以脲醛树脂为囊壁，该囊壁结构致密且密封性良好；以光敏变色染料为囊芯，具有较快的光响应速度，制得的感光微胶囊粉的稳定性良好，且相对于现有技术的感光微胶囊粉的寿命有所延长。

23、6、本发明提供的一种水性紫外光固化变色涂料的制备方法，在步骤s1中采用了较低的转速对改性树脂、氨基甲酸酯丙烯酸酯、2-甲基-1-(4-甲硫基苯基)-2-吗啉-1-丙酮和水进行预分散，在步骤s2中采用了中等转速，在步骤s3中采用了较高转速对涂料的各组分进行充分混合，采用不同的转速，不仅能够降低生产过程中能源的损耗、节约生产成本，其各阶段合适的搅拌转速还能使涂料的稳定性得到大大增强。