一种家具用LED-UV固化的喷涂修色剂及其制备方法与应用
文献发布时间：2023-06-19 19:28:50
技术领域
本发明涉及光固化涂料技术领域，尤其涉及IPCC09D175领域，更具体的，涉及一种家具用LED-UV固化的喷涂修色剂及其制备方法与应用。
背景技术
目前，常见的修色方法主要有：水性修色法，是将水性色精加入水或者醇类溶剂中进行修色的方法。由于水不容易润湿底漆，容易出现发花，在使用醇醚类溶剂时，但由于修色水中没有成膜物质，颜色难以控制，容易出现发花。清漆修色法，此方法难以适应透明着色，同时水性树脂一般含有大量的表面活性剂，水的蒸发潜热大，干燥速度慢，影响施工速度。UV修色剂，修色剂中单体占比较大，对色精的润湿和展色效果不理想，因此修色需要添加很多溶剂，但是溶剂太多，很难挥发完全，再喷面漆，干燥后，后期容易出现发白，开裂等现象。
CN110862763公开了一种速干水性聚氨酯修色剂，主要成分包括自制的水性聚氨酯树脂，制得的速干水性聚氨酯修色剂干燥速度快，施工效率高，不咬底，不开裂；在使用水稀释时，对底漆润湿性好，不出现发花；加入色精时不会破乳，不产生颗粒以及沉淀物；其不仅适应于水性底面涂层修色，而且可用于油性涂层的修色，但其制备工艺较为复杂。
CN106519170A公开了一种木器漆修色用水性聚氨酯树脂及其制备方法。利用聚乙二醇改性单甘脂制备得到水性聚氨酯树脂，有效降低胶束间双电层密度，且有效提高树脂的耐水性、表面活性剂热稳定性等性能，该发明采用乙醇作为稀释剂，虽然具有较好的修色效果，但其柔韧性以及附着力不理想，且乙醇沸点较高，干燥速度还不理想，容易影响施工速度以及咬底。
发明内容
为了克服以上发明中的不足，提高修色的施工效率。本发明提供了一种家具用LED-UV固化的喷涂修色剂及其制备方法与应用，通过探究组分间的配比，所制得的修色剂达到了附着力以及力学性能极佳。同时应用于家具修色，既可以满足批量高效率机械化生产，又可以人工修色复杂造型，手持LED-UV光源辐射固化，很好填补传统修色的不足。
为达到本发明的目的，本发明第一方面提供了一种家具用LED-UV固化的喷涂修色剂，按重量份计，组分包括：聚氨酯丙烯酸酯预聚物40-60份，丙烯酸类单体30-50份，羟基改性树脂10-20份，附着力促进剂3-8份，稀释剂5-10份，色精3-8份，光引发剂0.5-3份，流平剂1-3份，分散剂1-3份。
聚氨酯丙烯酸酯其分子中既含有双键又含有氨基甲酸酯键，所以其固化前具有良好的反应活性和卓越的光学性能，固化后具备聚氨酯良好的附着力以及柔韧性。使用脂肪族聚氨酯丙烯酸酯得到的涂层具有良好的附着力和光稳定性，提高官能度可提高附着力，可能是氨基甲酸酯键密度增加，极性增大。官能度过高体系粘度增大，施工难度增大，进一步研究发现，脂肪族聚氨酯丙烯酸酯官能度6时，不仅得到优异的附着性能，还可以增加与色精的润湿性。
所述聚氨酯丙烯酸酯预聚物，官能度4-8。
优选的，所述聚氨酯丙烯酸酯预聚物，官能度5-7。
进一步优选的，所述聚氨酯丙烯酸酯预聚物为脂肪族聚氨酯丙烯酸酯，官能度为6，购自长兴材料工业股份有限公司，型号：6145-100。
丙烯酸类单体与羟基改性树脂重量比为1：(0.3-0.5)时，可改善体系的相容性，可能是丙烯酸单体降低了体系粘度，同时还赋予了修色剂优异的附着性能，可能是由于适量的羟基基团给与基底足够的润湿。
优选的，丙烯酸类单体与羟基改性树脂重量比为1：(0.3-0.5)。
进一步优选的，丙烯酸类单体与羟基改性树脂重量比为8：3。
进一步研究发现丙烯酸类单体选择双官的单体时，在体系中还可作为交联剂，提供一定交联密度，进一步提升了修色剂的力学性能。丙烯酸类单体为三丙二醇二丙烯酸酯，还可提升修色剂的流平性，获得优异的加工性能，可能是单体中多个柔性醚键的存在。
优选的，所述丙烯酸类单体包括三羟甲基丙烷三丙烯酸酯(CAS：15625-89-5)，三丙二醇二丙烯酸酯，二丙二醇二丙烯酸脂(CAS：57472-68-1)中的至少一种。
进一步优选的，所述丙烯酸类单体为三丙二醇二丙烯酸酯(CAS：42978-66-5)，购自长兴材料工业股份有限公司。
优选的，所述羟基改性树脂购自长沙广欣新材料科技有限公司，型号：LT-408。
所述附着力促进剂包括氧化锌、三氯化铁、二硫化钼、五硫化四磷、丙烯酸酯磷酸酯、硅烷促进剂(购自南京轩浩新材料科技有限公司，型号：NXH-634)中的一种或多种。
附着力促进剂为丙烯酸酯磷酸酯时可提升材料与基材的表面附着力，特别适用于金属基材表面，可能是磷羟基与金属基体发生反应，生成磷酸酯铁盐化合物，这也是磷化膜的主要成分之一，从而在金属表面形成近似铆钉的结构，并且与多价金属形成络合物，以共价键的形式将聚合物与金属表面进行牢固的链接，进一步研究发现，聚氨酯丙烯酸酯预聚物与附着力促进剂重量比为1：(0.08-0.12)时，附着力效果达到最佳，可能是所形成的磷化膜厚度适中，过厚的磷化膜层间粘结力可能会降低，从而导致附着力降低。
优选的，聚氨酯丙烯酸酯预聚物与附着力促进剂重量比为1：(0.08-0.12)。
进一步优选的，聚氨酯丙烯酸酯预聚物与附着力促进剂重量比为1：0.1。
偶然发现，附着力促进剂的加入可改善色精的分散性，附着力促进剂与色精重量比为1：(0.8-1.2)时，特别地，附着力促进剂为丙烯酸酯磷酸酯时，使用修色剂后颜色保持本色不失真，可能是丙烯酸酯磷酸酯中的活性基团提高了色精在体系中的润湿性。
附着力促进剂与色精重量比为1：(0.8-1.2)。
附着力促进剂与色精重量比为1：0.8。
丙烯酸酯磷酸酯的官能度为8时，可提升修色剂的干燥速率，可能是更高的碳碳双键密度提升了光固化速度以及交联程度。
优选的，所述附着力促进剂为丙烯酸酯磷酸酯，官能度为8，购自中山市千佑化学材料有限公司，型号：UV7424。
所述稀释剂包括乙醇，甲醇，丁二醇，乙酸乙酯，乙酸丁酯，丙二醇，正己烷，4-甲基-2-戊酮，4-羟基-4-甲基-2-戊酮中的一种或几种。
优选的，所述稀释剂包括乙醇，乙酸丁酯，乙酸乙酯，中的一种或几种。
乙醇，乙酸丁酯，乙酸乙酯重量比为1：(0.1-0.3)：(0.8-1.2)时，不仅提高体系相容性还提高膜层流平性以及优化干燥时间，乙醇中的羟基可提高丙烯酸酯的相容性，单一乙醇溶剂可能会增加干燥时间，加入乙酸乙酯提高干燥时间，可能是提高体系挥发性能。乙酸丁酯的添加可提高成膜性能以及流平性能，可能是更高的挥发性能可阻止膜层缩孔、泛白和无序流动的产生。
优选的，乙醇，乙酸丁酯，乙酸乙酯重量比为1：(0.1-0.3)：(0.8-1.2)。
进一步优选的，乙醇，乙酸丁酯，乙酸乙酯重量比为1：0.2：1。
所述光引发剂包括：1-羟基-环己基-苯甲酮、2,4,6-三甲基苯甲酰基二苯基氧化膦(TPO)、2-羟基-2-甲基-苯基丙酮-1、2-羟基-2-甲基-对羟乙基醚基苯基丙酮-1、2-异丙基硫杂蒽酮、安息香双甲醚、4-(N，N-二甲氨基)、苯甲酸乙酯、二苯甲酮、N，N-二甲氨基苯甲酸异辛酯、2，4，6-三甲基苯甲酰二苯氧磷、苯基双(2，4，6-三甲基苯甲酰基)氧化膦(819)、苯甲酰甲酸甲酯中的至少一种。
TPO(2,4,6-三甲基苯甲酰基二苯基氧化膦)是一种深层固化光引发剂，与体系相容性良好且固化速度较快，但快速固化带来体积收缩更大，对于本发明体系，涂料固化快，其硬度越，但由于本发明含有色精，可能会导致固化时间降低。进一步研究发现加入另外一种光引发剂819(苯基双(2，4，6-三甲基苯甲酰基)氧化膦)可提高固化时间，其在紫外光区和可见光区有更大的吸收，并且对于含有颜料的涂层体系，能比其他光引发剂更有效的引发固化，可能是819波长更长穿透性越强，易到达漆膜深层。
优选的，所述光引发剂为TPO和819，均购自湖北固润科技股份有限公司。
TPO与819重量比为1：(0.3-0.7)可提高深层固化效果的同时，仍有较好的表层固化效果，可能是两种引发剂固化速率间产生协同作用。
优选的，TPO与819重量比为1：(0.3-0.7)。
进一步优选的，TPO与819重量比为1：0.5。
优选的，所述色精包括红色(1003)，黄色(1002A)，黑色(1010B)中的一种或多种，可根据不同需求进行复配调色，均购自深圳市永发化工有限公司。
所述流平剂包括：BYK346、BYK333、BYK301及EFKA3777中的至少一种。
优选的，所述流平剂为EFKA3777，购自巴斯夫(中国)有限公司。
所述分散剂包括EFKA4310，EFKA4010，EFKA4560中的至少一种。
优选的，所述分散剂为EFKA4010，购自巴斯夫(中国)有限公司。
本发明第二方面提供了一种家具用LED-UV固化的喷涂修色剂的制备方法，包括以下步骤：
步骤1：添加聚氨酯丙烯酸酯预聚物，丙烯酸类单体，羟基改性树脂，分散剂充分搅拌混合均匀，得到预分散混合物。
步骤2：在预分散混合物中加入附着力促进剂，稀释剂，光引发剂和流平剂，充分混合均匀，得到初级修色剂。
步骤3：在初级修色剂中加入色精混合均匀，即得所述修色剂。
优选的，所述混合温度为25-45℃，所述搅拌为机械搅拌，搅拌速率为200-400r/min。
进一步优选的，所述混合温度为40℃，所述搅拌为机械搅拌，搅拌速率为300r/min。
本发明第三方面提供了一种LED-UV固化的喷涂修色剂应用于家具表面修色，包括以下步骤：
S1，将制得的修色剂喷涂在家具表面；
S2，干燥后进行固化得到修色漆层；
S3，在修色漆层表面喷涂UV面漆，干燥后进行固化，得到修色面漆层。
优选的，所述步骤S1和S3中喷涂包括人工喷涂和机械喷涂中的至少一种。
优选的，所述步骤S1中喷涂量为25-35g/m
进一步优选的，所述步骤S1中喷涂量为35g/m
优选的，所述步骤S2干燥包括常温干燥和红外干燥中的一种；所述红外干燥温度为40-60℃，所述干燥时间为4-15min。
进一步优选的，所述步骤S2干燥为红外干燥；所述红外干燥温度为50℃，所述干燥时间为5min。
优选的，喷涂所用往复喷漆机，购自东莞市众泰自动化设备有限公司，型号：JD-J1。
优选的，步骤S2和S3中固化光源购自深圳君硕实业生产的395nm波段LED-UV灯源，
优选的，步骤S2和S3中所述固化时间为2-5min。
进一步优选的，步骤S2和S3中所述固化时间为3min。
优选的，步骤S3中UV面漆为本公司自产，型号：C2487。
优选的，步骤S3中喷涂量为10-20g/m
优选的，所述步骤S3干燥为常温干燥；所述干燥时间为10min。
进一步优选的，所述步骤S3中喷涂量为15g/m
有益效果：
1.丙烯酸类单体与羟基改性树脂重量比为1：(0.3-0.5)时，可改善体系的相容性。
2.聚氨酯丙烯酸酯预聚物与附着力促进剂重量比为1：(0.08-0.12)时，附着力效果达到最佳。
3.附着力促进剂与色精重量比为1：(0.8-1.2)时，可改善色精的分散性。
4.乙醇，乙酸丁酯，乙酸乙酯重量比为1：(0.1-0.3)：(0.8-1.2)时，不仅提高体系相容性还提高膜层流平性以及优化干燥时间。
5.附着力促进剂丙烯酸酯磷酸酯的官能度为8时，可提升修色剂的干燥速率。
具体实施方式
实施例1
一种家具用LED-UV固化的喷涂修色剂，按重量份计，组分包括：聚氨酯丙烯酸酯预聚物60份，丙烯酸类单体40份，羟基改性树脂15份，附着力促进剂6份，稀释剂8.8份，色精4.8份，光引发剂1.5份，流平剂2份，分散剂2份。
所述聚氨酯丙烯酸酯预聚物为脂肪族聚氨酯丙烯酸酯，官能度为6，购自长兴材料工业股份有限公司，型号：6145-100。
所述丙烯酸类单体为三丙二醇二丙烯酸酯(CAS：42978-66-5)，购自长兴材料工业股份有限公司。
所述羟基改性树脂购自长沙广欣新材料科技有限公司，型号：LT-408。
所述附着力促进剂为丙烯酸酯磷酸酯，官能度为8，购自中山市千佑化学材料有限公司，型号：UV7424。
所述色精为黄色(1002A)，购自深圳市永发化工有限公司。
所述稀释剂乙醇4份，乙酸丁酯0.8份，乙酸乙酯4份。
所述光引发剂为TPO 1份和819 0.5份，均购自湖北固润科技股份有限公司。
所述流平剂为EFKA3777，购自巴斯夫(中国)有限公司。
所述分散剂为EFKA4010，购自巴斯夫(中国)有限公司。
一种家具用LED-UV固化的喷涂修色剂的制备方法，包括以下步骤：
步骤1：添加聚氨酯丙烯酸酯预聚物，丙烯酸类单体，羟基改性树脂，分散剂充分搅拌混合均匀，得到预分散混合物。
步骤2：在预分散混合物中加入附着力促进剂，稀释剂，光引发剂和流平剂，充分混合均匀，得到初级修色剂。
步骤3：在初级修色剂中加入色精混合均匀，即得所述修色剂。
所述步骤1、2和3中混合温度为40℃，所述搅拌为机械搅拌，搅拌速率为300r/min。
一种LED-UV固化的喷涂修色剂应用于家具表面修色，包括以下步骤：
S1，将制得的修色剂喷涂在家具表面；
S2，干燥后进行固化得到修色漆层；
S3，在修色漆层表面喷涂UV面漆，干燥后进行固化，得到修色面漆层。
所述步骤S1中喷涂为机械喷涂；所述喷涂量为35g/m
所述步骤S2干燥为红外干燥；所述红外干燥温度为50℃；所述干燥时间为5min。
所述步骤S2中固化光源购自深圳君硕实业生产的395nm波段LED-UV灯源；所述固化时间为3min。
所述步骤S3中喷涂为机械喷涂；所述喷涂量为15g/m
所述步骤S3中UV面漆为本公司自产，型号：C2487；所述步骤S3干燥为25℃干燥；所述干燥时间为10min。
所述步骤S3中固化光源购自深圳君硕实业生产的395nm波段LED-UV灯源；所述步骤S3中所述固化时间为1min。
实施例2
一种家具用LED-UV固化的喷涂修色剂，按重量份计，组分包括：聚氨酯丙烯酸酯预聚物60份，丙烯酸类单体40份，羟基改性树脂15份，附着力促进剂6份，稀释剂8.8份，色精4.8份，光引发剂1.5份，流平剂2份，分散剂2份。
所述聚氨酯丙烯酸酯预聚物为脂肪族聚氨酯丙烯酸酯，官能度为6，购自长兴材料工业股份有限公司，型号：6145-100。
所述丙烯酸类单体为三丙二醇二丙烯酸酯(CAS：42978-66-5)，购自长兴材料工业股份有限公司。
所述羟基改性树脂购自长沙广欣新材料科技有限公司，型号：LT-408。
所述附着力促进剂为丙烯酸酯磷酸酯，官能度为8，购自中山市千佑化学材料有限公司，型号：UV7424。
所述色精为红色(1003)，购自深圳市永发化工有限公司。
所述稀释剂乙醇3.8份，乙酸丁酯1份，乙酸乙酯4份。
所述光引发剂为TPO 0.9份和819 0.6份，均购自湖北固润科技股份有限公司。
所述流平剂为EFKA3777，购自巴斯夫(中国)有限公司。
所述分散剂为EFKA4010，购自巴斯夫(中国)有限公司。
一种家具用LED-UV固化的喷涂修色剂的制备方法，包括以下步骤：
步骤1：添加聚氨酯丙烯酸酯预聚物，丙烯酸类单体，羟基改性树脂，分散剂充分搅拌混合均匀，得到预分散混合物。
步骤2：在预分散混合物中加入附着力促进剂，稀释剂，光引发剂和流平剂，充分混合均匀，得到初级修色剂。
步骤3：在初级修色剂中加入色精混合均匀，即得所述修色剂。
所述步骤1、2和3中混合温度为38℃，所述搅拌为机械搅拌，搅拌速率为350r/min。
一种LED-UV固化的喷涂修色剂应用于家具表面修色，包括以下步骤：
S1，将制得的修色剂喷涂在家具表面；
S2，干燥后进行固化得到修色漆层；
S3，在修色漆层表面喷涂UV面漆，干燥后进行固化，得到修色面漆层。
所述步骤S1中喷涂为机械喷涂；所述喷涂量为30g/m
所述步骤S2干燥为红外干燥；所述红外干燥温度为55℃；所述干燥时间为3min。
所述步骤S2中固化光源购自深圳君硕实业生产的395nm波段LED-UV灯源；所述固化时间为2.5min。
所述步骤S3中喷涂为机械喷涂；所述喷涂量为15g/m
所述步骤S3中UV面漆为本公司自产，型号：C2487；所述步骤S3干燥为25℃干燥；所述干燥时间为10min。
所述步骤S3中固化光源购自深圳君硕实业生产的395nm波段LED-UV灯源；所述步骤S3中所述固化时间为1min。
实施例3
一种家具用LED-UV固化的喷涂修色剂，按重量份计，组分包括：聚氨酯丙烯酸酯预聚物60份，丙烯酸类单体40份，羟基改性树脂15份，附着力促进剂6份，稀释剂8.8份，色精4.8份，光引发剂1.5份，流平剂2份，分散剂2份。
所述聚氨酯丙烯酸酯预聚物为脂肪族聚氨酯丙烯酸酯，官能度为6，购自长兴材料工业股份有限公司，型号：6145-100。
所述丙烯酸类单体为三丙二醇二丙烯酸酯(CAS：42978-66-5)，购自长兴材料工业股份有限公司。
所述羟基改性树脂购自长沙广欣新材料科技有限公司，型号：LT-408。
所述附着力促进剂为丙烯酸酯磷酸酯，官能度为8，购自中山市千佑化学材料有限公司，型号：UV7424。
所述色精为黑色(1010B)，购自深圳市永发化工有限公司。
所述稀释剂乙醇3.8份，乙酸丁酯1份，乙酸乙酯4份。
所述光引发剂为TPO 0.9份和819 0.6份，均购自湖北固润科技股份有限公司。
所述流平剂为EFKA3777，购自巴斯夫(中国)有限公司。
所述分散剂为EFKA4010，购自巴斯夫(中国)有限公司。
一种家具用LED-UV固化的喷涂修色剂的制备方法，包括以下步骤：
步骤1：添加聚氨酯丙烯酸酯预聚物，丙烯酸类单体，羟基改性树脂，分散剂充分搅拌混合均匀，得到预分散混合物。
步骤2：在预分散混合物中加入附着力促进剂，稀释剂，光引发剂和流平剂，充分混合均匀，得到初级修色剂。
步骤3：在初级修色剂中加入色精混合均匀，即得所述修色剂。
所述步骤1、2和3中混合温度为40℃，所述搅拌为机械搅拌，搅拌速率为300r/min。
一种LED-UV固化的喷涂修色剂应用于家具表面修色，包括以下步骤：
S1，将制得的修色剂喷涂在家具表面；
S2，干燥后进行固化得到修色漆层；
S3，在修色漆层表面喷涂UV面漆，干燥后进行固化，得到修色面漆层。
所述步骤S1中喷涂为机械喷涂；所述喷涂量为30g/m
所述步骤S2干燥为25℃干燥；所述干燥时间为12min。
所述步骤S2中固化光源购自深圳君硕实业生产的395nm波段LED-UV灯源；所述固化时间为2.5min。
所述步骤S3中喷涂为机械喷涂；所述喷涂量为15g/m
所述步骤S3中UV面漆为本公司自产，型号：C2487；所述步骤S3干燥为25℃干燥；所述干燥时间为10min。
所述步骤S3中固化光源购自深圳君硕实业生产的395nm波段LED-UV灯源；所述步骤S3中所述固化时间为1min。
实施例4
具体实施方式同实施例1；不同的是，实施例4中色精为：0.96份黑色(1010B)1.92份红色(1003)，1.92份黄色(1002A)。
对比例1
具体实施方式同实施例1；不同的是，对比例1中所述附着力促进剂为硅烷促进剂，购自南京轩浩新材料科技有限公司，型号：NXH-634；所述步骤S3中UV面漆购自江门市中歌实业有限公司，型号：UV99。
对比例2
具体实施方式同实施例1；不同的是，对比例2中所述光引发剂为TPO 1.5份；所述TPO购自湖北固润科技股份有限公司；所述步骤S3中UV面漆购自江门市中歌实业有限公司，型号：UV99。
对比例3
具体实施方式同实施例1；不同的是，对比例3中所述聚氨酯丙烯酸酯预聚物60份，附着力促进剂3.8份；所述步骤S3中UV面漆购自江门市中歌实业有限公司，型号：UV99。
性能测试方法
将实施例1-3和对比例1-3中所制得的修色面漆层进行性能测试，测试数据列于表1中。
1)附着力测试参考标准GB/T 9286-1998，使用百格法测试。
2)铅笔硬度测试按GB/T6739-2006标准测试，负重1000g。
3)展色效果对比：对市场广泛接受的PU修色剂(我司C-3680-3)，进行同样色精比例添加，施工在同种素材上进行，颜色对比，肉眼直观感受，包括颜色在素材上的铺展及饱和度。
性能测试数据
表1
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