[發明專利]一種水性UV固化涂料及其制備方法

有效

• 申請號: 201110123455.9
• 申請日: 2011-05-13
• 公開（公告）號: CN102220062A
• 公開（公告）日: 2011-10-19
• 發明（設計）人: 劉興海;黃馳;黎厚斌;易生平
• 申請（專利權）人: 武漢大學
• 主分類號: C09D151/08
• 分類號: C09D151/08;C09D7/12
• 代理公司: 武漢科皓知識產權代理事務所(特殊普通合伙) 42222
• 代理人: 張火春

技術領域

本發明涉及一種水性UV固化涂料及其制備方法，屬于環保涂料技術領域。

背景技術

自1967年德國拜爾公司研制出第一代UV固化涂料以來，UV固化技術以其固化速度快、可室溫下操作、低能耗、涂層性能優異等眾多優點而在世界范圍內得到了飛速發展。UV固化涂料、油墨、阻焊劑及粘合劑等在電子、印刷、建筑、裝飾、醫藥、機械、化工及汽車等行業迅速推廣應用，已成為一個新的技術分支和發展方向。此外，UV固化涂料由于其優良的性能，符合當前人們環保意識不斷增強的需求，具有巨大的發展潛力。在國外，UV固化涂料已廣泛應用于建筑涂料、體育用品、電子通訊、包裝材料和汽車等不同領域。我國光固化領域發展速度更加驚人，每年都以20％～30％的速度增長。在各個領域應用越來越廣泛，如在紙張、木器、塑料、金屬、光盤、光纖等基材上獲得了很好的應用。當前，UV固化涂料的發展又面臨著絕好的機遇，為配合實施可持續發展戰略，我國制定了環保政策，并加大了執法力度，人們的環保意識日益增強，越來越多的人會選擇環保產品。

傳統的UV固化體系主要由光引發劑、低聚物、活性稀釋劑(單體)及助劑組成，如CN1310161、CN1380366和CN1371926等，報道采用活性稀釋劑代替有機溶劑降低體系粘度且起交聯作用，有效降低了VOC排放量；但這些活性稀釋劑大部分具有低蒸汽壓、毒性和刺激性，在光照結束后仍會殘留在產品中，對環境及人體健康產生不良影響，而且單體降低體系黏度的程度也有限。相對分子質量較大的低聚物一般黏度較大，且難以調節控制，故非水性UV固化體系很難做到不用稀釋劑而配制100％固含量的光固化體系。

為了避免使用活性稀釋劑以減少VOC排放，提高UV固化體系的綜合性能，環境友好型的水性UV固化體系已日漸成為印刷材料行業新的研究方向和發展趨勢。UV固化水性涂料結合了水性涂料和光固化涂料的優點，近年來得到迅速發展，也是今后光固化涂料主要發展方向之一。UV固化水性涂料的優點是：可以使用相對分子質量很高的齊聚體以提高對某些基材的黏附力，并提高固化膜的其他物理性能，而不像傳統紫外涂層的齊聚體相對分子質量受到施工黏度的限制：體系的黏度可用水來調節，而不必使用稀釋單體，這樣就可以避免由活性稀釋單體引起的收縮；用這種方法可以得到極薄的涂層，且設備易于清洗；水烘干后在輻照之前就可以得到觸干的涂層，這樣可以用于三維物體的表面固化，這種輻照之前就觸干的涂層，減少了灰塵的吸附，并且能在固化前對涂層的缺陷進行修補。如CN101210391、CN101914171A、CN101613449、CN101967323A、CN101845259A和CN101629050等，公開了采用乳化劑或者引入大量極性基團，從而得到水性UV固化體系。用水取代傳統UV固化體系中的活性稀釋劑，解決了由于易揮發有機組分導致的環境污染、刺激性和不安全性等問題，是一種綜合了水性體系和UV固化技術優點的工藝和技術。但是水性UV涂料的缺點是：光固化前必須脫水烘干，體系光澤度低，耐溶劑性差，耐擦傷性差，而且成膜性能，尤其是綜合性能，如耐候性、增硬耐磨性、耐溫性和耐腐蝕性等差。

發明內容

本發明所要解決的技術問題在于提供一種UV固化過程中光澤度好并且涂料膜的綜合性能優良的水性UV固化涂料。

本發明在環氧丙烯酸酯預聚物中原位引入納米硅溶膠，由于納米硅溶膠含有大量硅羥基，在預聚物水性化過程中，增加了與功能單體反應的概率，在UV固化過程中，能夠有效克服光澤度低等缺陷，還能有效提高水性涂料膜的綜合性能。

本發明的技術方案是：

一種水性UV固化涂料，各組分和質量百分含量如下：

本發明所提供的水性UV固化涂料的制備方法，包括以下步驟：

(1)納米硅溶膠的表面改性

按配比取納米硅溶膠和硅烷偶聯劑混合研磨，再加入去離子水混合均勻，升溫至40℃后開始滴加氨水，反應1-12h，即得表面改性的納米硅溶膠，各組分質量百分含量如下：

(2)硅溶膠接枝環氧丙烯酸酯水性預聚物的制備

按配比向制備好的環氧丙烯酸酯預聚物中加入步驟(1)制得的表面改性納米硅溶膠，在300-500rpm攪拌下，升溫至50-65℃，反應3-6h，得到硅溶膠改性環氧丙烯酸酯預聚物，而后向該預聚物中按配比依次加入對苯二酚、功能單體和三乙胺，所述的功能單體為馬來酸酐、衣康酸和反丁烯二酸中的一種；反應2-8h，反應過程添加少量丙酮增加反應體系流動性，即得硅溶膠接枝環氧丙烯酸酯水性預聚物，各組分質量百分含量如下：

(3)水性納米UV固化涂料的制備