一种超耐磨3D紫外光涂料及其制备方法

技术领域

本发明涉及紫外光固化技术领域，尤其涉及IPC C09D175，更具体地涉及，一种超耐磨3D紫外光涂料及其制备方法。

背景技术

紫外光涂料是一种光固化涂料，其在紫外灯照射后，具有优异的耐候性和耐刮性，被广泛地应用于木地板的保护上。随着环境保护意识的增强，越来越多的代替木材的产品出现，其中，3D打印木板由于其逼真的效果，在装修市场上广受好评，但3D打印木板的表面容易刮花，需要特定的涂料进行保护，同时涂料需要高清晰度以显示木板的木质花纹。

传统的做法是用喷涂PU面漆。但喷涂PU面漆的工序多，工时长，同时，在使用PU漆的过程中，释放的大量有机溶剂污染大气，整体的效率和效益都不高，降低了涂装的整体效率。

现有专利CN201510775592.9公开了一种紫外光固化高硬度耐磨哑光清面漆，其中聚氨酯丙烯酸酯40-60％，单体15-25％,白碳黑气相二氧化硅1－10％，气相氧化铝2-10％，光引发剂3-5％，助剂0.5-1％,溶剂5-10％。运用该高硬度耐磨UV哑光清面漆做面漆，可提高整体的涂漆效率，对环境友好，可减少有机溶剂的排放。但其耐磨性能、清晰度、流动性还有待提升。

发明内容

为了解决现有技术中的问题，本发明第一方面提供了一种超耐磨3D紫外光涂料，其制备原料，按质量份计，包括50～60份高官能度聚氨酯丙烯酸酯，10～15份单体、2～8份分散剂、30～45份填料、3～8份光引发剂。

进一步优选的，所述超耐磨3D紫外光涂料，其制备原料，按质量份计，包括55份高官能度聚氨酯丙烯酸酯，10份单体、2份分散剂、30份填料、3份光引发剂。

优选的，所述高官能度聚氨酯丙烯酸酯的官能度为6～9。

优选的，所述高官能度聚氨酯丙烯酸酯的型号为CN9006 NS、CN9010 NS、CN9013NS或CN9013LV NS，购自沙多玛公司。

优选的，所述单体包括1,6-己二醇二丙烯酸酯、乙氧化双酚A二丙烯酸酯、乙氧化三羟甲基丙烷三丙烯酸酯、丙烯酸异辛酯、丙氧化三羟甲基丙烷三丙烯酸酯中的一种或多种。进一步优选的，为1,6-己二醇二丙烯酸酯。

优选的，所述分散剂的胺值为5～20KOH/g。

优选的，所述分散剂包括DISPERBYK-168TF、DISPERBYK-168、DISPERBYK-167、DISPERBYK-169、DISPERBYK-182中的一种或多种。

优选的，所述DISPERBYK-168TF、DISPERBYK-168、DISPERBYK-167、DISPERBYK-169、DISPERBYK-182购自毕克公司。

本发明中，选用特定型号的分散剂DISPERBYK-168TF，既能够提高超耐磨3D紫外光涂料的透明度和耐磨性、又能降低超耐磨3D紫外光涂料的粘度。本发明人推测，分散剂DISPERBYK-168TF作为一种低迁移无锡分散剂，其解凝絮作用能改善UV涂料的透明度和光泽感，其中的丙氧基甘油三丙烯酸酯(GPTA)能够和本体系中的高官能度聚氨酯丙烯酸酯、单体更好地融合，且在紫外灯的照射下，参与高官能度聚氨酯丙烯酸酯和单体之间的交联反应，从而提高了超耐磨3D紫外光涂料的透明度和耐磨性。此外，分散剂DISPERBYK-168TF能够通过空间位阻从而提高体系中的填料、聚氨酯丙烯酸酯、单体的稳定性和降低凝絮作用，进而降低体系的粘度，缩短分散时间，提高透明度。

优选的，所述填料包括氧化铝、二氧化硅、碳酸钙、氧化锌中的两种以上；进一步优选的，为氧化铝和二氧化硅。

优选的，所述氧化铝和二氧化硅的质量比为(4～6)：1；进一步优选的，为5：1。

优选的，所述氧化铝的平均粒径为100～200微米，进一步优选的，为140微米。

优选的，所述二氧化硅的比表面积为150～250m

本发明中，通过添加5：1的氧化铝和二氧化硅，其中氧化铝的平均粒径为140微米，二氧化硅的比表面积为200±25m

优选的，所述光引发剂包括光引发剂184、光引发剂1173、光引发剂BP、光引发剂754、光引发剂MBF、光引发剂651、光引发剂BMS、光引发剂2959中的一种或多种。

本发明中，通过选择特定的光引发剂1173，提高了超耐磨3D紫外光涂料的耐黄变效果，也提高了超耐磨3D紫外光涂料稳定性。本发明人在考虑到本体系中的超耐磨3D紫外光涂料作为一个透明体系，需要更加注重其耐黄变效果，本发明人选择了市面上常见的8种光引发剂，将CN9010 NS、1,6-己二醇二丙烯酸酯按比例混合，平均分成8份，分别加入3wt％的光引发剂，最终发现光引发剂1173的效果最强。本发明人推测，在本体系中，2-羟基-2-甲基-1-苯基-1-丙酮中的芳香酮结构吸收了紫外线能量后，其结构中的一个电子会被激发到更高能级，成为激发态，从而与CN9010 NS、1,6-己二醇二丙烯酸酯或分散剂中的丙烯酸酯进行反应，形成一个自由基，该自由基继续与其它单体反应，形成聚合物。该结构在本体系中能抑制活性基团的反应，从而达到最佳的抗黄变效果，其它光引发剂的效果均次于光引发剂1173。

本发明中，通过控制50～60份高官能度聚氨酯丙烯酸酯，10～15份单体、2～8份分散剂、30～45份填料、3～8份光引发剂，其中填料为氧化铝、二氧化硅，比例为5：1，在降低了超耐磨3D紫外光涂料的粘度的同时，提高了超耐磨3D紫外光涂料耐磨性能。本发明人发现，在本体系中，高官能度聚氨酯丙烯酸酯、单体、分散剂、填料、光引发剂的用量质量比，影响着超耐磨3D紫外光涂料的粘度、透明度和耐磨性。本发明人通过大量的实验，确定了在本体系中，在达到最优的耐磨性的同时，也达到了最佳的透明度和流动性的各成分比例。

本发明第二方面提供了一种超耐磨3D紫外光涂料的制备方法，包括以下步骤：按照超耐磨3D紫外光涂料的制备原料的质量比，在容器依次加入聚氨酯丙烯酸酯和单体、分散剂，光引发剂，使用分散机分散均匀后，加入部分填料分散均匀后，再加入全部的填料分散20～30分钟，其中，转数为1500～2000转每分钟。

优选的，分散时间为25min。

优选的，转速为1700转每分钟。

有益效果

1、本发明中，通过添加5：1的氧化铝和二氧化硅，其中氧化铝的平均粒径为140微米，二氧化硅的比表面积为200±25m

2、本发明中，选用特定型号的分散剂DISPERBYK-168TF，既能够提高超耐磨3D紫外光涂料的透明度和耐磨性、又能降低超耐磨3D紫外光涂料的粘度。

3、本发明中，通过选择特定的光引发剂1173，提高了超耐磨3D紫外光涂料的耐黄变效果，也提高了超耐磨3D紫外光涂料稳定性。

4、本发明中，通过控制50～60份高官能度聚氨酯丙烯酸酯，10～15份单体、2～8份分散剂、30～45份填料、3～8份光引发剂，其中填料为氧化铝、二氧化硅，比例为5：1，在降低了超耐磨3D紫外光涂料的粘度的同时，提高了超耐磨3D紫外光涂料耐磨性能。

5、本发明中采用最简单的组分，与其它UV涂料相比，减少了物质种类的添加，但依旧达到了最佳的耐磨性能，透明度和流动性，容易加工使用，提高了买家的使用感，同时固化速度合适，不影响重涂性。

具体实施方式

实施例1

本实施例第一方面提供了一种超耐磨3D紫外光涂料，其制备原料，按质量份计，为55份高官能度聚氨酯丙烯酸酯，10份单体、2份分散剂、30份填料、3份光引发剂。

所述高官能度聚氨酯丙烯酸酯的官能度为6。

所述高官能度聚氨酯丙烯酸酯的型号为CN9010 NS购自沙多玛公司。

所述单体为1,6-己二醇二丙烯酸酯。

所述分散剂的胺值为10KOH/g。

所述分散剂为DISPERBYK-168TF。

所述DISPERBYK-168TF购自毕克公司。

所述填料为氧化铝和二氧化硅。

所述氧化铝和二氧化硅的质量比为5：1。

所述氧化铝的平均粒径为140微米。

所述二氧化硅的比表面积为200±25m

所述氧化铝购自南通金东方S400。

所述二氧化硅购自德固赛A200。

所述光引发剂为光引发剂1173。

本实施例第二方面提供了一种超耐磨3D紫外光涂料的制备方法，包括以下步骤：在500mL的容器依次加入165克聚氨酯丙烯酸酯和30克单体、6克分散剂，9克光引发剂，使用分散机分散均匀后，加入15克的二氧化硅分散均匀后，在加入75克的氧化铝分散25分钟，其中，转数为1700转每分钟。

对比例1

本对比例第一方面提供了一种超耐磨3D紫外光涂料，其制备原料，按质量份计，为65份高官能度聚氨酯丙烯酸酯，8份单体、2份分散剂、31份填料、4份光引发剂。

所述高官能度聚氨酯丙烯酸酯的官能度为6。

所述高官能度聚氨酯丙烯酸酯的型号为CN9010 NS购自沙多玛公司。

所述单体为1,6-己二醇二丙烯酸酯。

所述分散剂的胺值为10KOH/g。

所述分散剂为DISPERBYK-168TF。

所述DISPERBYK-168TF购自毕克公司。

所述填料为氧化铝和二氧化硅。

所述氧化铝和二氧化硅的质量比为25：6。

所述氧化铝的平均粒径为140微米。

所述二氧化硅的比表面积为200±25m

所述光引发剂为光引发剂1173。

本对比例第二方面提供了一种超耐磨3D紫外光涂料的制备方法，包括以下步骤：在500mL的容器依次加入195克聚氨酯丙烯酸酯和24克单体、6克分散剂，12克光引发剂，使用分散机分散均匀后，加入18克的二氧化硅分散均匀后，在加入75克的氧化铝分散25分钟，其中，转数为1700转每分钟。

对比例2

本对比例第一方面提供了一种超耐磨3D紫外光涂料，其制备原料，按质量份计，为75份高官能度聚氨酯丙烯酸酯，7份单体、1份分散剂、15份填料、2份光引发剂。

所述高官能度聚氨酯丙烯酸酯的官能度为6。

所述高官能度聚氨酯丙烯酸酯的型号为CN9010 NS购自沙多玛公司。

所述单体为1,6-己二醇二丙烯酸酯。

所述分散剂的胺值为10KOH/g。

所述分散剂为DISPERBYK-168TF。

所述DISPERBYK-168TF购自毕克公司。

所述填料为氧化铝和二氧化硅。

所述氧化铝和二氧化硅的质量比为2：1。

所述氧化铝的平均粒径为140微米。

所述二氧化硅的比表面积为200±25m

所述光引发剂为光引发剂1173。

本对比例第二方面提供了一种超耐磨3D紫外光涂料的制备方法，包括以下步骤：在500mL的容器依次加入225克聚氨酯丙烯酸酯和21克单体、3克分散剂，6克光引发剂，使用分散机分散均匀后，加入15克的二氧化硅分散均匀后，在加入30克的氧化铝分散25分钟，其中，转数为1700转每分钟。

对比例3本对比例第一方面提供了一种超耐磨3D紫外光涂料，其制备原料，按质量份计，为65份高官能度聚氨酯丙烯酸酯，8份单体、2份分散剂、15份填料、4份光引发剂。

对比例3的具体实施方法同实施例1，不同之处在于，所述的氧化铝和二氧化硅的质量比为1：1。

对比例4

本对比例的具体实施方法同实施例1，不同之处在于，高官能度聚氨酯丙烯酸酯为65份，单体为8份、分散剂为2份、填料为11份、光引发剂为4份。除份数不同外其他与实施例相同。

对比例5

本对比例的具体实施方法同实施例1，不同之处在于，高官能度聚氨酯丙烯酸酯为65份，单体为8份、分散剂为2份、填料为18份、光引发剂为4份。除份数不同外其他与实施例相同。

性能测试

1、将分散好的实施例1、对比例1～4的超耐磨3D紫外光涂料，使用转子粘度计，进行测试，粘度测试结果计入表1。使用辊涂设备，在有白色底涂基材表面10cm×10cm分别涂上190克实施例1、对比例1～4的超耐磨3D紫外光涂料，测试固化能量200mj/cm

表1

2、将分别涂有190克实施例1、对比例1～4的超耐磨3D紫外光涂料的基材，制板，将所制板面切成10*10厘米大小的板块。中间打孔，使用Taber耐磨仪进行测试，测试的标准为耐磨仪每边负重500克，180目砂纸，砂纸每200转一换。分别记录出现白色的底涂时所换砂纸的次数，并记下出现白色的底涂时的耐磨转数，标准。

测试结果见表2。

表2