一种耐水煮的水性UV光油及制备方法与流程

一种耐水煮的水性uv光油及制备方法
技术领域
1.本发明涉及涂料技术领域，特别涉及一种卫浴用耐水煮的水性uv光油及制备方法。


背景技术：

2.近年来，随着精装修住宅越来越普及，以及产业化、低碳环保住宅的国家政策相继出台，行业技术也得以不断创新，集成卫浴开始向卫浴“蓝海”跃进，装配式集成卫浴将迎来大爆发。但目前市场集成卫浴墙板通常采用瓷砖、人造岗石基材或者采用uv涂料涂覆，而瓷砖、人造岗石需要高温烧制，能耗高且成品率较低。
3.传统uv涂料存在的问题也是不容忽视的：uv固化涂料使用大量活性单体作为稀释剂降低黏度，这些活性单体在uv固化过程中很难反应完全，残余的单体对漆膜的物理性能以及使用者接触者的健康安全都有潜在的影响，特别是某些活性稀释剂有气味，对人体皮肤、眼睛和粘膜都有较强的刺激作用，产生过敏反应。即使是单体含量不高的uv固化体系，单体在固化过程难以反应完全，固化成膜后还会持续的释放活性稀释剂。随着国家环保相关法规的日益严格，水性涂料的环保优势日益受到重视，而且其极易调节的低粘度以及调整到非常宽的粘度范围，己使其成为涂料发展的主要方向之一。
4.水性uv涂料中采用的水性uv低聚物在水中分散，所以可以使用水作为稀释剂，可以基本避免活性稀释剂的添加，水性uv固化涂料具备许多优点：如由于水性uv树脂以乳液或者分散体的形式分散在水中，摆脱了高聚物粘度对分子量大小的限制，水性uv树脂可以做到很高的分子量，尤其是可以做到常规uv树脂难以实现的高分子量的线性树脂；水性uv树脂的高分子量及低的交联密度，可解决传统油性涂料不能同时具有的高硬度和高韧性的矛盾水性体系；由于大多数的增稠剂及流变调节剂大都是对水相增稠，水性uv涂料以水作为连续相，可以更方便的调节流变性；通过粘度和流变性质的调整，水性uv涂料可以适用于喷涂、辊涂、刷涂等通用的涂布方式且设备易于清洗；水性uv涂料可以直接加水进行稀释，通过调节配方的固含量可得到极薄的涂层。
5.水性uv固化技术结合了水性涂料安全环保的特点以及uv固化体系节能、快速固化的特点。水性uv固化体系又可以分为水溶性和水乳液型两种体系。水溶性uv固化体系可以直接用水做为树脂的稀释剂，可以大大降低voc和潜在风险，而且用水做为稀释剂非常安全低廉，可以降低成本。水乳液型uv固化体系可以使用高分子量uv树脂的乳液，这样的话成膜的交联密度较低，可以避免由于单体以及高官能度低聚物所引起的固化收缩，这样就能解决传统的uv固化体系不能同时满足高硬度和高韧性的问题，具有较好的涂膜性能和固化膜性能。水性uv涂料的优点很明显，但作为涂料使用仍有一些不足之处。例如，水性uv树脂中含有大量的亲水基团，使得涂膜耐水性变差。针对水性uv树脂耐水性差的缺点，通过对水性uv树脂进行改性、组分设计等手段来进行改进。


技术实现要素：

6.为了解决现有技术中存在的上述技术问题，本发明提供一种水性uv光油，该水性uv光油具有光泽高、固化快速、硬度高、耐刮划、耐酸碱的优点，且还具有良好的耐水煮性，其施加在基材上成膜后在80
±
5℃水煮24小时后依然无鼓泡开裂，尤其适合卫浴墙板的涂覆。
7.本发明的技术方案如下：一种耐水煮的水性uv光油，以重量份计，其配方包含如下原料组分：
[0008][0009]
现有的水性uv树脂由于分子链上所带的亲水基团在光固化后仍然具有吸水性，这类产品表现出很低的耐水性和耐化学品性。卫浴环境尤其潮湿和多水，用于卫浴墙板涂覆的涂料经常会接触冷水和热水，容易起泡和脱落。本发明中，丙烯酰胺吗啉通过高速分散互穿嵌入到水性uv树脂中，对水性uv树脂进行冷拼改性了，从而使得所得到水性uv光油不仅具有硬度高、光泽透明高、物性高、丰满度好，相容性好、耐水性好的优点，还具有固化速度快、附着力好、耐水煮优异、耐酸碱优异的优点。
[0010]
优选的，本发明的耐水煮的水性uv光油，以重量份计，其配方还包含如下原料组分：纳米氧化铝3.0～5.0份。纳米氧化铝颗粒通过高速分散均匀分布在树脂颗粒之间，利用纳米氧化铝颗粒热稳定性好、不影响光泽的特点进行补强，进一步有效解决水性uv光油耐热水煮的问题。
[0011]
优选的，本发明的耐水煮的水性uv光油中，所述水性uv树脂的最低成膜温度为0℃，官能度为9，固含量为40.0
±
1％。uv涂料固化后，涂膜的基本性能很大程度上取决于其主要成膜物质—uv树脂，而决定uv树脂性能的是构成此种树脂的高分子聚合物，聚合物的分子结构、分子量、双键密度等都将影响树脂的性能。
[0012]
优选的，本发明的所述水性uv树脂为水性uv聚氨酯树脂，更优选为水性聚氨酯丙烯酸酯低聚物。水性聚氨酯丙烯酸酯低聚物中含有不饱和双键和氨基甲酸酯键，结合了丙烯酸酯和聚氨酯的优点，具有优良的柔韧性、耐磨性、耐化学性、高抗冲击和拉伸强度，在低极性的基材表面也有很好的附着力。水性聚氨酯丙烯酸酯低聚物可选自上海三桐材料科技的sw7650。
[0013]
优选的，本发明的耐水煮的水性uv光油中，所述引发剂包括0.5～1.0份引发剂a、1.5～2.5份引发剂b和0.5～1.0份引发剂c。优选地，所述引发剂a为酮类夺氢型的液态光引发剂(液态冷光源引发剂)，不含苯、硫，具有不迁移、低黄变的特性；优选地，所述引发剂a可选自广传电子tpol。优选地，所述引发剂b为高效的自由基i型非泛黄光引发剂；优选地，所述引发剂b选自igm的184。优选地，所述引发剂c为一种高效的自由基(ii)型固体光引发剂，主要与叔胺增效剂共同用于不饱和预聚物(如丙烯酸脂)的uv固化，主要成分为二苯甲酮；优选地，所述引发剂c选自天津久日新材的bp。
[0014]
本发明并且采用多种类型引发剂进行复配，获得稳定的固化效率与效果，避免因固化问题引起耐热、耐水性的差异。
[0015]
优选的，本发明的耐水煮的水性uv光油，按照重量份计，其配方还包含如下助剂：
[0016]
润湿剂0.1～0.5份；
[0017]
成膜助剂0～3.0份；
[0018]
增稠流变剂0.5～1.0份。
[0019]
润湿剂具有高效能降低涂料表面张力，提高底材润湿性，防缩孔性，良好的重涂性以及促进流动作用。优选地，所述润湿剂为聚醚硅氧烷共聚物。优选地，所述润湿剂可选自埃夫科纳afcona-3588或byk345。
[0020]
所选用的成膜助剂有助于成膜物在低温下成膜并且不残留，可选用市售工业级的产品。优选地，所述成膜助剂为二丙二醇甲醚和二丙二醇丁醚。将一种亲水和一种亲油的两种成膜助剂混合所得的成膜助剂对成膜效果、储存稳定性比较好。优选地，二丙二醇甲醚和二丙二醇丁醚的混合质量比为1:1。
[0021]
优选地，所述增稠流变剂为聚氨酯缔合型增稠流变助剂。优选地，所述增稠流变剂选自雷孚斯atur20与atur30复配和r-2020复配；优选地，所述增稠流变剂的复配重量比为(1:1.5)：1。
[0022]
优选的，本发明的耐水煮的水性uv光油，按照重量份计，重量份计，其配方还包含如下助剂：
[0023][0024]
优选地，所述手感剂为改性石蜡乳液或聚乙烯蜡乳液；优选地，所述手感剂可选自毕克化学byk-539或麦可门95535。
[0025]
优选地，本发明所述消泡剂为聚醚硅氧烷共聚合物乳液，含气相二氧化硅，相容性好，消泡性好，不影响光泽。优选地，所述消泡剂可选自巴斯夫defoamer-2534；
[0026]
优选地，本发明所述脱泡剂为聚醚硅氧烷共聚物乳液，含白烟，特别适用于水性体系，可防止微泡和大泡，脱泡效能高，相容性好。优选地，所述脱泡剂可选自迪高化学tego-904w；
[0027]
优选地，本发明所述流平剂为聚醚硅氧烷共聚物，可以改善涂料的流动性，改善耐刮擦性，增加涂料优异的防缩孔效果和抗粘连性，提供光滑的手感。优选地，所述流平剂选自迪高化学tego-450或广州首帆的sova385；
[0028]
优选地，所述防冻剂选自丙二醇，能防止在-5～0℃温度条件下储存冻坏成膜物，并可调节干燥过程中成膜助剂的挥发平衡，有助于防止痱子、橘皮等漆病的发生，可采用市
售工业级产品。
[0029]
优选地，所述杀菌防霉剂用于抑制细菌和真菌在生产和储存过程中含水有机产品中的滋生，不含甲醛或甲醛释放物并可抑制霉菌的滋生，可选自陶氏586。
[0030]
另一方面，提供了一种制备耐水煮的水性uv光油的方法，包括以下步骤：
[0031]
s1、按配方量准备各原料组分，待用；
[0032]
s2、将水性uv树脂加入分散釜中，搅拌状态下加入丙烯酰胺吗啉，混匀；
[0033]
s3、如果有助剂，依次加入各类助剂，加水，充分搅拌至粘度稳定、过滤后出料。
[0034]
优选的，步骤s2中搅拌转速为500～600r/min，搅拌5-10分钟；步骤s3中搅拌的转速为700～1000r/min，搅拌时间为10-15min；过滤的粒径要求为200目。
[0035]
另一方面，提供了一种耐水煮的水性uv光油的施工工艺，包括如下步骤：
[0036]
1)将板材砂光平整、除尘、除油；
[0037]
2)将所述水性uv光油用水稀释，开稀至粘度为40～45秒，然后喷涂在板材的表面，涂布量80～100g/
㎡
、烘干、辐射固化。
[0038]
优选的，步骤2)中烘干温度为40
±
5℃，烘干时间为90～120min；步骤2)中辐射强度为uva 300～350mj/cm2，辐射固化时间为5～10s。
[0039]
本发明利用丙烯酰胺吗啉高速分散互穿嵌入水性uv树脂中，对水性uv树脂进行物理改性，并且采用多种类型引发剂进行复配，同时引入纳米氧化铝通过高速分散均匀分布在树脂颗粒之间，使得水性uv光油具有光泽高、丰满度好、硬度高、耐化性好、固化速度快、可通过80
±
5℃热水煮24小时等优点，对比现有市场上的常规uv涂料，具有耐黄变、耐热水、环保安全等优势。
具体实施方式
[0040]
为了更好地理解和实施，下面将结合实施例对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述。
[0041]
除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在限制本发明。
[0042]
除非另有说明，否则在说明书和权利要求书中使用的表达成分的量、反应条件等的所有数值被理解为在被术语“约”修饰。因此，除非有相反指示，否则在这里阐述的数值参数是能够根据需要获得的所需性能来变化的近似值。
[0043]
本文中所用的“和/或”是指所提及的要素之一或全部。
[0044]
本文中所用“包括”和“包含”涵盖只有所提及要素的情形以及除了所提及要素还存在其它未提及要素的情形。
[0045]
本发明中所有百分比均为重量百分比，另有说明的除外。
[0046]
除非另有说明，否则在本说明书中所用的“一”、“一种”、“一个”和“该”意在包括“至少一种”或“一种或多种”。例如，“一组分”是指一种或多种组分，因此在所述实施方案的实施中可能考虑并可能采用或使用多于一种组分。
[0047]
本文所用的术语“固化”是指水性涂料组合物或包含组合物的双组分涂料体系从液态到固态的过程。
[0048]
本文所用的术语“涂料”“光油”是指能够用不同的施工工艺涂覆在物件表面，形成粘附牢固、具有一定强度、连续的固态涂层的化学物质。
[0049]
术语水性uv树脂是指水性紫外光固化树脂。术语紫外光固化树脂是指这样一种聚合物，其在暴露于紫外线(uv)辐射时能够与扩链剂、交联剂和其他聚合物分子形成共价键的官能团从而形成交联聚合物网络。
[0050]
本文所用的术语“聚氨酯”是指聚氨酯脲和/或聚氨酯聚脲和/或聚脲和/或聚硫氨酯。
[0051]
本发明的水性uv树脂是以分散体或乳化剂存在的，其中包含水。
[0052]
一、耐水煮水性uv光油的配方
[0053]
1、实施例1～5
[0054]
实施例1～5的原料组分及重量份(单位：kg)如表1所示：
[0055]
表1：实施例1～5的配方(以水性uv树脂树脂作为变量)
[0056]
[0057][0058]
实施例4以及6～9的原料组分及重量份(单位：kg)如表2所示：
[0059]
表2：实施例4以及6～9的配方(以功能单体丙烯酰胺吗啉作为变量)
[0060]
[0061][0062]
实施例4和10～13的原料组分及重量份(单位：kg)如表3所示：
[0063]
表3：实施例4、10～13的配方(以纳米氧化铝变量作为变量)
[0064]
[0065][0066]
[0067]
涂料在生产施工过程中均会产生气泡，气泡的存在会导致涂膜产生缺陷，需要消泡剂来改善，消泡剂可以提供良好的消泡效果，防止涂膜缺陷的发生，本发明所述消泡剂为聚醚硅氧烷共聚合物乳液，相容性好，消泡性好，不影响光泽。
[0068]
在涂料配方中添加适量的流平剂，可以提髙涂料流平性能，本发明中流平剂采用聚醚硅氧烷共聚物。
[0069]
光引发剂能吸收紫外线能量，产生游离基，再引发涂层低聚物及单体，实现聚合、交联，使体系交联成膜，为了降低因固化过程中过热导致板材变形，本发明采用引发剂tpol、引发剂184、引发剂bp复配来达到交联固化强度的目的，在涂料施工过程中为了防止流挂，本发明采用中低剪切力增稠流变助剂。
[0070]
二、实施例1～13的水性uv光油的制备方法
[0071]
实施例1～13所述耐水煮水性uv光油的制备方法，包括如下步骤：
[0072]
s1.按配方量投入水性uv树脂到分散釜中，在转速600r/min搅拌状态下加入水性功能性单体，搅拌5～10min；
[0073]
s2.搅拌过程中依次加入水性润湿剂、水性消泡剂、成膜助剂，添加完毕后以转速1000r/min分散10～15min；
[0074]
s3.在转速为800r/min搅拌状态下依次加入水性脱泡剂、水性流平剂、水性引发剂a、水性引发剂b、水性引发剂c、防冻剂、防腐杀菌剂、水性增稠流变剂、水性手感剂、纳米氧化铝、水，充分搅拌10～15min至粘度稳定(每隔10分钟检测粘度变化，前后2次粘度基本一致为稳定)；
[0075]
s4.过滤出料、包装。
[0076]
三、实施例1～13的水性uv光油的施工工艺
[0077]
实施例1～13所述耐水煮水性uv光油的施工工艺，包括如下步骤：
[0078]
s1，将做好底漆的人造岗石基材板材仔细砂光平整，不留亮点，然后除尘，除油；
[0079]
s2，将实施例1～5所制备得到的耐水煮水性uv光油加入重量份的10％清水(高光清面漆：水质量比＝100:10)稀释，开稀至粘度为50
±
5秒，然后在常压下用手工或自动喷涂机从不同角度对板材表面进行喷涂，涂布量控制每平方涂布量80～100克，然后用45℃烘干90～120分钟；
[0080]
s3，将烘干后喷涂有所述耐水煮水性uv光油的板材，用三维uv固化机进行三维全方位辐射固化10～20秒，耐水煮水性uv光油在板材表面固化形成透明光亮的涂膜。
[0081]
其中，所述uv底漆为uv辊涂加硬底漆，所述粘度40～45秒是在25℃用涂-2杯测量的粘度数据，所述uv光固化机辐射强度为uva350～450mj/cm2。
[0082]
四、实施例1～13的水性uv光油的性能测试
[0083]
根据实施例1～13所述配方，通过上述制备方法所制得的耐水煮水性uv光油再通过上述施工工艺得到透明涂膜，其性能检测如表4～6所示(理化性能测试按照gb/t 23999-2009和hg/t3655-2012、gb/t 13095-2018标准方法测试)。
[0084]
表4：涂膜物性测试结果
[0085]
[0086][0087]
表5：涂膜物性测试结果
[0088]
[0089][0090]
表6：涂膜物性测试结果
[0091]
[0092][0093]
从表4-6的测试数据可以看出，实施例1～13所制得的uv光油施工后的涂膜整体上具有良好的板面效果，高硬度，涂膜光亮油润(丰满度)，光泽高，附着力好，抗刮伤，抗粘连，耐污染等特点。其中树脂、功能性单体丙烯酰胺吗啉和纳米氧化铝用量不同，对漆膜的硬度、抗压痕、光泽等方面均有不同程度的影响，尤其是耐水煮方面具有比较大的影响，这说明本发明的uv光油的各个组分中彼此之间存在协同效应的作用。
[0094]
五.本发明水性uv光油与现有uv光油的对比
[0095]
将本发明实施例4所述耐水煮的水性uv光油与市场的溶剂型uv光油(对照例1与2)和常规水性uv亮光面漆(对照例3)的产品基本信息进行对比，对比结果如表7所示。
[0096]
表7：产品对比
[0097][0098]
将上述4种uv光油按产品各自规定比例进行调配稀释后进行涂布测试，固化养护7天后，根据国家标准方法gb/t23999-2009和hg/t 3655-2012的测试结果如表8所示。
[0099]
表8：喷板测试结果
[0100][0101]
从表7和表8的数据可以看出，本发明产品(实施例4)对比uv淋涂光油(对照例1)和uv喷涂光油(对照例2)、常规水性uv亮光面漆(对照例3)产品测试可知：本发明产品的硬度高，光泽高、丰满度好，附着力好，耐水煮方面可以媲美uv淋涂光油并且具有优异的耐黄变性，远远优于uv喷涂光油和常规水性uv亮光面漆。
[0102]
本发明利用丙烯酰胺吗啉高速分散互穿嵌入水性uv树脂中，对水性uv树脂进行物理改性，并且采用多种类型引发剂进行复配，同时引入纳米氧化铝通过高速分散均匀分布在树脂颗粒之间，使得水性uv光油具有光泽高、丰满度好、硬度高、耐化性好、固化速度快、可通过80
±
5℃热水煮24小时等优点，对比现有市场上的常规uv涂料，具有耐黄变、耐热水、环保安全等优势。
[0103]
本发明生产工艺简单、经济合理，不需要特殊的生产和固化设备，也无需改变原有生产设备，适宜工业化大生产。
[0104]
本发明产品具有硬度高、光泽高、丰满度好、附着力好、耐水煮、抗刮伤、耐水性好、耐醇性优异及抗粘连并且适合自动化涂装等特点，可满足集成卫浴墙板、底盘等使用的要
求高的客户。
[0105]
以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，故凡是未脱离本发明技术方案内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。