一種UV固化靜電噴塗塗料的製作方法
2023-08-08 01:38:46
本發明涉及塗料技術領域，尤其涉及一種UV固化靜電噴塗塗料。
背景技術：
UV就是紫外線(Ultra-Violet Ray)的英文簡稱。工業用的UV波長以200nm到450nm為其應用範圍。用UV來照射「UV照射可硬化的材料」而使它硬化。UV塗料可通過浸塗、淋塗、漆塗、旋塗，甚至真空塗等方法塗布後，再經紫外線光子照射而固化成膜。顧名思義，UV塗料的固化是和UV光的照射分不開的。UV固化塗料起源於70年代的國際塗料市場，是一種全新的綠色技術。利用該技術生產的紫外光固化塗料，簡稱UV塗料。20世紀末，UV固化塗料開始流行於西方、日本等地，是一種代表時尚的塗料品種。UV固化塗料最早應用於手機、DVD、隨身聽外殼的表面塗裝處理，後來其應用領域現進一步擴展到化妝品、電視機及電腦等家用電器領域。
UV光固化塗料具有不含揮發性有機化合物(VOC)，對環境汙染小，固化速度快，節省能源、固化產物性能好、適合於高速自動化生產等優點。而傳統塗料易揮發、固化速度慢，不利於環境保護。因此，UV塗料是傳統塗料的主要替代品。
就噴塗方法的選擇來說，如果UV塗料可以進行靜電噴塗，則可以進行一步改善塗膜性能以及且方便對複雜工件進行噴塗。因此，研製一種靜電噴塗專用UV塗料正是當前急需解決的主要問題。
技術實現要素：
基於背景技術中存在的問題，本發明提出一種UV固化靜電噴塗塗料，所述塗料不僅具有固化膜硬度好，耐化學品性能優異，以及柔韌性、耐老化和耐黃性性能優異的優點，而且能實現靜電噴塗，降低了施工難度，提高了工作效率。
一種UV固化靜電噴塗塗料，其原料按重量份數包括：環氧丙烯酸酯55-75份、含羥基氟碳改性丙烯酸樹脂15-25份、三羥甲基丙烷三丙烯酸酯5-15份、三丙二醇二丙烯酸酯5-10份、活性胺1-5份、導電劑1-10份、白炭黑1-4份、鈦白粉5-10份、滑石粉10-25份、碳酸鈣5-10份、鋅粉1-6份、顏料2-8份、光引發劑1-3份、消光劑0.2-3份、流平劑0.5-3份、分散劑0.1-1份、防沉劑0.5-2份、偶聯劑0.1-0.5份。
優選地，所述環氧丙烯酸酯為雙酚A型環氧丙烯酸酯。
優選地，所述含羥基氟碳改性丙烯酸樹脂是通過將含氟烯烴、烷基乙烯基醚、羥烷基乙烯基醚和丙烯酸類單體共聚得到；優選地，所述含羥基氟碳改性丙烯酸樹脂中包含10-30mol％的含氟烯烴、5-15mol％的羥烷基乙烯基醚和30-50mol％的丙烯酸類單體。
優選地，所述導電劑是將碳納米管活化後與丙烯酸類單體進行原位聚合製成。
優選地，製備所述導電劑的方法包括：將碳納米管加入重量比為1:0.001-0.005的濃硝酸與磷鉬酸的混合酸溶液中，在20-40℃下超聲處理1-3h，再在60-80℃水浴中攪拌反應1-3h，冷卻至室溫，抽濾，用去離子水洗滌至中性，烘乾，得到活化碳納米管；向所述活化碳納米管中加入甲苯，在氮氣保護的條件下加熱至60-90℃，加入引發劑後攪拌均勻，加入丙烯酸類單體，保溫反應1-3h，抽濾，洗滌，烘乾，得到所述導電劑；優選地，所述引發劑為過氧化二苯甲醯、過氧化十二醯、過氧化二乙醯、偶氮二異丁腈中的一種或者多種的組合，所述丙烯酸類單體為甲基丙烯酸酯、丙烯酸、甲基丙烯酸中的一種或者多種的組合。
優選地，碳納米管和丙烯酸類單體的重量配比為1:5-30。
優選地，所述白炭黑為沉澱二氧化矽、氣相二氧化矽、超細二氧化矽凝膠、氣凝膠中的一種或者多種的組合。
優選地，所述顏料為高耐候金紅石型鈦白粉、色素槽法炭黑、酞菁藍、耐曬黃中的一種或者多種的組合。
優選地，所述光引發劑為二苯甲酮、2-羥基-2-甲基-1-苯基丙酮、1-羥基環己基苯基甲酮、2，4，6-三甲基苯甲醯基-二苯基氧化膦中的一種或者多種的組合。
優選地，所述消光劑為蠟改性二氧化矽；所述的流平劑為氟改性聚丙烯酸酯溶液；所述分散劑為聚丙烯酸酯高聚物或聚氨酯高聚物溶液；所述防沉劑為聚醯胺蠟漿或膨潤土。
本發明提出的一種UV固化靜電噴塗塗料，其通過選擇環氧丙烯酸酯和含羥基氟碳改性丙烯酸樹脂作為成膜物質，一方面環氧丙烯酸酯在固化成膜中，分子結構中有大量的羥基、酯基、醚基和苯環等基團，在固化過程中活潑的環氧基能與界面金屬原子反應形成極為牢固的化學鍵，增強了塗層與基材的附著力，並使塗層堅硬、柔韌性好；含羥基氟碳改性丙烯酸樹脂在提高漆膜的耐候性的同時，可與環氧丙烯酸酯在固化成膜中形成互穿網絡結構，增加了漆膜的緻密性，提高了漆膜的耐候性及抗腐蝕性；此外，為了使得本發明所述粉末塗料適應於靜電噴塗，在所述塗料中加入改性碳納米管作為導電劑，其中改性碳納米管採用高分包覆碳納米管形成，由此大大提高了碳納米管的分散穩定性以及與成膜樹脂的相溶性，有利於發揮碳納米管陣列的導電性能的同時，確保產品滿足靜電噴塗的要求下儘可能的降低碳管的使用量，以提高產品的顏料裝飾性能與降低生產成本，同時丙烯酸樹脂改性後的碳納米管，可以進一步提高塗料的力學性能，並提高了塗層在室外的抗紫外線能力，大大改善塗層的耐老化、耐塗層變色能力；白炭黑、鈦白粉、滑石粉等作為補強材料，可顯著改善塗膜的力學性能；顏料中使用的金紅石型鈦白粉等吸收紫外線的波谷達到85％以上，保護了高分子材料中的C-H鍵，從而提高了漆膜的耐候性，延遲漆膜粉化變色；消光劑和流平劑能夠極大程度的降低塗料體系的表面張力，增進基材潤溼性、防止縮孔，同時增進塗層表面的滑爽性和光澤；分散劑、防沉劑則是塗膜的光滑平整度得到改善。
具體實施方式
為更好地說明本發明，便於理解本發明的技術方案，本發明的典型但非限制性的實施例如下：
實施例1
一種UV固化靜電噴塗塗料，其原料按重量份數包括：環氧丙烯酸酯55份、含羥基氟碳改性丙烯酸樹脂25份、三羥甲基丙烷三丙烯酸酯5份、三丙二醇二丙烯酸酯10份、活性胺1份、導電劑10份、沉澱二氧化矽1份、鈦白粉10份、滑石粉10份、碳酸鈣10份、鋅粉1份、色素槽法炭黑8份、二苯甲酮1份、蠟改性二氧化矽3份、氟改性聚丙烯酸酯溶液0.5份、聚丙烯酸酯高聚物溶液1份、聚醯胺蠟漿0.5份、偶聯劑0.5份。
實施例2
一種UV固化靜電噴塗塗料，其原料按重量份數包括：雙酚A型環氧丙烯酸酯75份、含羥基氟碳改性丙烯酸樹脂15份、三羥甲基丙烷三丙烯酸酯15份、三丙二醇二丙烯酸酯5份、活性胺5份、導電劑1份、氣相二氧化矽4份、鈦白粉5份、滑石粉25份、碳酸鈣5份、鋅粉6份、酞菁藍2份、2-羥基-2-甲基-1-苯基丙酮3份、蠟改性二氧化矽0.2份、氟改性聚丙烯酸酯溶液3份、聚氨酯高聚物溶液0.1份、膨潤土2份、偶聯劑0.1份；
所述含羥基氟碳改性丙烯酸樹脂是通過將含氟烯烴、烷基乙烯基醚、羥烷基乙烯基醚和丙烯酸類單體共聚得到，其中所述含羥基氟碳改性丙烯酸樹脂中包含10mol％的含氟烯烴、15mol％的羥烷基乙烯基醚和30mol％的丙烯酸類單體；
所述導電劑是將碳納米管活化後與丙烯酸類單體進行原位聚合製成，其製備方法包括：將碳納米管加入重量比為1:0.001的濃硝酸與磷鉬酸的混合酸溶液中，在40℃下超聲處理1h，再在80℃水浴中攪拌反應1h，冷卻至室溫，抽濾，用去離子水洗滌至中性，烘乾，得到活化碳納米管；向所述活化碳納米管中加入甲苯，在氮氣保護的條件下加熱至90℃，加入過氧化二苯甲醯後攪拌均勻，加入甲基丙烯酸酯，保溫反應1h，抽濾，洗滌，烘乾，得到所述導電劑，其中碳納米管和丙烯酸類單體的重量配比為1:5。
實施例3
一種UV固化靜電噴塗塗料，其原料按重量份數包括：雙酚A型環氧丙烯酸酯65份、含羥基氟碳改性丙烯酸樹脂20份、三羥甲基丙烷三丙烯酸酯10份、三丙二醇二丙烯酸酯7份、活性胺3份、導電劑5份、白炭黑2份、鈦白粉7份、滑石粉17份、碳酸鈣7份、鋅粉3份、顏料5份、1-羥基環己基苯基甲酮2份、蠟改性二氧化矽1.6份、氟改性聚丙烯酸酯溶液1.7份、聚丙烯酸酯高聚物溶液0.5份、聚醯胺蠟漿1.2份、偶聯劑0.3份；
所述含羥基氟碳改性丙烯酸樹脂是通過將含氟烯烴、烷基乙烯基醚、羥烷基乙烯基醚和丙烯酸類單體共聚得到，其中所述含羥基氟碳改性丙烯酸樹脂中包含30mol％的含氟烯烴、5mol％的羥烷基乙烯基醚和50mol％的丙烯酸類單體；
所述導電劑是將碳納米管活化後與丙烯酸類單體進行原位聚合製成，其製備方法包括：將碳納米管加入重量比為1:0.005的濃硝酸與磷鉬酸的混合酸溶液中，在20℃下超聲處理3h，再在60℃水浴中攪拌反應3h，冷卻至室溫，抽濾，用去離子水洗滌至中性，烘乾，得到活化碳納米管；向所述活化碳納米管中加入甲苯，在氮氣保護的條件下加熱至60℃，加入過氧化十二醯後攪拌均勻，加入甲基丙烯酸酯和丙烯酸，保溫反應3h，抽濾，洗滌，烘乾，得到所述導電劑，其中碳納米管和丙烯酸類單體的重量配比為1:30；
所述白炭黑為超細二氧化矽凝膠和氣凝膠；所述顏料為高耐候金紅石型鈦白粉和耐曬黃。
實施例4
一種UV固化靜電噴塗塗料，其原料按重量份數包括：雙酚A型環氧丙烯酸酯60份、含羥基氟碳改性丙烯酸樹脂22份、三羥甲基丙烷三丙烯酸酯8份、三丙二醇二丙烯酸酯8份、活性胺2份、導電劑6份、白炭黑3份、鈦白粉8份、滑石粉18份、碳酸鈣8份、鋅粉4份、顏料6份、2，4，6-三甲基苯甲醯基-二苯基氧化膦1.5份、蠟改性二氧化矽1份、氟改性聚丙烯酸酯溶液1份、聚氨酯高聚物溶液0.6份、膨潤土1份、偶聯劑0.4份；
所述含羥基氟碳改性丙烯酸樹脂是通過將含氟烯烴、烷基乙烯基醚、羥烷基乙烯基醚和丙烯酸類單體共聚得到，其中所述含羥基氟碳改性丙烯酸樹脂中包含20mol％的含氟烯烴、10mol％的羥烷基乙烯基醚和40mol％的丙烯酸類單體；
所述導電劑是將碳納米管活化後與丙烯酸類單體進行原位聚合製成，其製備方法包括：將碳納米管加入重量比為1:0.003的濃硝酸與磷鉬酸的混合酸溶液中，在30℃下超聲處理2h，再在70℃水浴中攪拌反應2h，冷卻至室溫，抽濾，用去離子水洗滌至中性，烘乾，得到活化碳納米管；向所述活化碳納米管中加入甲苯，在氮氣保護的條件下加熱至75℃，加入偶氮二異丁腈後攪拌均勻，加入甲基丙烯酸酯和甲基丙烯酸，保溫反應2h，抽濾，洗滌，烘乾，得到所述導電劑，碳納米管和丙烯酸類單體的重量配比為1:18；
所述白炭黑為沉澱二氧化矽、氣相二氧化矽和氣凝膠；所述顏料為高耐候金紅石型鈦白粉和色素槽法炭黑。
將實施例1-4中的塗料以靜電噴塗的方式噴塗在經除油除鏽的樣板上，進行如下性能測試，性能測試結果如下表所示。
本發明提出的一種UV固化靜電噴塗塗料，其通過選擇環氧丙烯酸酯和含羥基氟碳改性丙烯酸樹脂作為成膜物質，一方面環氧丙烯酸酯在固化成膜中，分子結構中有大量的羥基、酯基、醚基和苯環等基團，在固化過程中活潑的環氧基能與界面金屬原子反應形成極為牢固的化學鍵，增強了塗層與基材的附著力，並使塗層堅硬、柔韌性好；含羥基氟碳改性丙烯酸樹脂在提高漆膜的耐候性的同時，可與環氧丙烯酸酯在固化成膜中形成互穿網絡結構，增加了漆膜的緻密性，提高了漆膜的耐候性及抗腐蝕性；此外，為了使得本發明所述粉末塗料適應於靜電噴塗，在所述塗料中加入改性碳納米管作為導電劑，其中改性碳納米管採用高分包覆碳納米管形成，由此大大提高了碳納米管的分散穩定性以及與成膜樹脂的相溶性，有利於發揮碳納米管陣列的導電性能的同時，確保產品滿足靜電噴塗的要求下儘可能的降低碳管的使用量，以提高產品的顏料裝飾性能與降低生產成本，同時丙烯酸樹脂改性後的碳納米管，可以進一步提高塗料的力學性能，並提高了塗層在室外的抗紫外線能力，大大改善塗層的耐老化、耐塗層變色能力；白炭黑、鈦白粉、滑石粉等作為補強材料，可顯著改善塗膜的力學性能；顏料中使用的金紅石型鈦白粉等吸收紫外線的波谷達到85％以上，保護了高分子材料中的C-H鍵，從而提高了漆膜的耐候性，延遲漆膜粉化變色；消光劑和流平劑能夠極大程度的降低塗料體系的表面張力，增進基材潤溼性、防止縮孔，同時增進塗層表面的滑爽性和光澤；分散劑、防沉劑則是塗膜的光滑平整度得到改善。
申請人聲明，本發明通過上述實施例來說明本發明的詳細方法，但本發明並不局限於上述詳細方法，即不意味著本發明必須依賴上述詳細方法才能實施。所屬技術領域的技術人員應該明了，對本發明的任何改進，對本發明產品各原料的等效替換及輔助成分的添加、具體方式的選擇等，均落在本發明的保護範圍和公開範圍之內。