一种新型UV光固化粉末涂料 【技术领域】
本发明涉及一种UV光固化涂料，特别涉及一种UV光固化粉末涂料。
背景技术
紫外光固化涂料是本世纪60年代发展起来的一种新型涂料，70年代随着国际上对能源、生态和环保等法规的制定，进一步促进了这类涂料的发展。这种涂料是以高能量的紫外光作为固化能源，由涂料中的光引发剂吸收紫外光能形成自由基，引发光敏树脂和活性稀释剂分子，进而发生连锁聚合反应，使涂膜达到固化。这种固化方式赋予光固化涂料许多优点：涂料可以100％固化成膜、无溶剂挥发污染问题、能量利用率高等，因此近十几年来发展迅速。
粉末涂料是一种与传统液体涂料完全不同的无溶剂涂料，是由各种聚合物，颜料，助剂等混合后粉碎加工而成，其设备和塑料加工设备相近。粉末涂料具有简化工序，节约能源和资源，无环境污染，生产效率高等特点。主要用于金属器件涂装，现已广泛用于家用电器、仪器仪表、汽车部件、输油管道等各个方面，也是发展很快的涂料品种之一。
虽然粉末涂料和UV固化涂料与传统涂料相比有许多优点，但在应用上仍有许多局限性。热固型粉末涂料加工温度高、固化时间长，不能在塑料、木材、纸张等热敏基材上使用，也不适合焊锡件、电子元件等不耐热物品的涂装；另外，由于其熔融流平和固化同步进行，流平时间短，易出现橘皮、缩孔等现象，影响表面质量。液态UV固化涂料由于仍含有活性稀释剂，使用过程中会刺激皮肤和眼睛，而且液态材料渗入底材的未固化组份，会不断散发到空气中去，造成空气污染。
UV固化粉末涂料是将粉末涂料加工技术与UV固化技术相结合的一项新型涂料技术，它综合了传统粉末涂料和液体UV固化技术的优点，克服了这两者的缺陷。与粉末涂料相比，UV粉末熔融温度为100～140℃，比热固型粉末涂料的熔融温度(177～200℃)低，固化速度以秒计，比热固型粉末涂料的速度(10～30min)快得多，因而一般的热敏材料如MDF板(中密度纤维板)、木材、塑料、纸张及一些不耐高温烘烤的金属器件都可以用UV固化粉末涂料涂装。UV粉末涂料的粉体是热稳定的，使其加工更容易，可以采用普通的挤出机加工，而不会因加工温度高而出现交联现象；UV粉末涂料的熔融和固化分为两个明显的阶段，解决了热固性粉末涂料流平和固化重叠的问题。其熔融、流动可在UV固化前达到最佳熔融流平状态，保证漆膜理想的平整度。与UV固化的液体涂料相比，UV粉末涂料地原料为高分子量的树脂，避免了液体UV涂料中活性稀释剂的危害，而且收缩率低，与基材附着力高；UV粉末涂料一次涂装即可形成质量优良的厚漆膜(75～125um)，减少了UV液体涂料多次涂敷的繁杂工艺；UV粉末涂料喷涂溅落的粉体便于回收使用，较液体UV涂料更经济。韩国专利KR9505345公开了用碳酸钙和二氧化硅是作为一种填料加入粉末涂层组分的专利技术。UCB公司专利WO0241078介绍了以二氧化硅和碳酸钙是作为一种填料加入的液体UV辐射固化涂料，加入填料可改善涂层的性能。该公司的另一篇专利US6017640公开了用一种含有反应型无机纳米颗粒的可紫外固化或热固化的粉末涂层组分，可以明显增进涂层的硬度、抗有机溶剂性和提高光泽度等性能。因此，同样是无溶剂环保型涂料的UV粉末涂料比热固粉末涂料和UV固化液体涂料具有更高的技术优势、经济优势和生态优势。
【发明内容】
本发明的目的在于提供一种新型UV光固化粉末涂料。
本发明的技术方案是，一种UV光固化粉末涂料，它包括：(1)光引发剂，(2)预聚物树脂，(3)助剂，(4)无机纳米材料，其各组分含量为：光引发剂1～7％；预聚物树脂70～90％；助剂1～5％；无机纳米材料2～15％。
一种优选方案，其中所述的UV光固化粉末涂料的各组分含量为：光引发剂2～5％；预聚物树脂80～90％；助剂3～4％；无机纳米材料5～10％。
一种优选方案，其中所述的无机纳米材料为纳米级碳酸钙或二氧化硅包裹的碳酸钙。
本发明的UV光固化粉末涂料的组成是由预聚物树脂、光引发剂、助剂及无机纳米材料组成的，其中主体预聚物树脂决定涂料固化后的总体性能，包括固化过程中的粘度及固化后涂膜的硬度、柔韧性、耐候性和耐化学品性等，因此，树脂的选择是决定粉末涂料性能的关键。UV固化粉末涂料常用树脂有：环氧丙烯酸酯、丙烯酸树脂、不饱和聚酯、聚酯丙烯酸酯、聚醚丙烯酸酯。本发明实施例中使用的预聚物树脂为UCB公司提供的Uvecoat TM系列，Uvecoat 3000、Uvecoat 3001、Uvecoat 9010，但并不仅限于这些。光引发剂决定着涂料光固化反应的速度，在UV固化粉末涂料中光引发剂的选择是非常重要的问题，首先，所用的光引发剂在常温下必须是固体，此外还要考虑引发剂熔融后与树脂的相容性及引发剂的深层固化问题。自由基光引发剂引发聚合后能得到良好装饰效果和优良耐候性的涂层，本发明选择的引发剂为自由基型光引发剂，包括：安息香衍生物，如安息香乙醚、安息香双甲醚(Irgacure 651)；取代的苯乙酮类衍生物，如1-羟基环己基苯乙酮(Irgacure 184)、对-羟乙基醚基-α，α-二甲基苯乙酮(Darocur 2959)以及它们的组合物Irgacure 651/Darocur 2959、Irgacure 184/Darocur 2959。为了提高UV光固化粉末涂料的涂布性能及使用性能也需要加入一些助剂，包括阻聚剂、消泡剂、流平剂等，其中阻聚剂为对苯二酚和对甲氧基苯酚，消泡剂为BYK088，流平剂为BYK373。本发明中通过添加不同纳米材料对涂料进行改性，通过加入不同种类的纳米材料如CaCO3、SiO2包裹的CaCO3纳米粒子可以很好提高涂膜硬度和耐酸碱性。
本发明的UV光固化粉末涂料的制备及使用方法是，将本发明中提出的光引发剂、预聚物树脂、助剂以及无机纳米材料先按一定比例预混后，采用普通挤出机热熔混料，经压片冷却、破碎、再粉碎成细粉(180目)。用压缩空气将干粉末经喷枪喷射到待喷底材上，先经红外线辐射使粉末熔融并保持熔融态，再经紫外辐射光固化成份交联使涂层成膜。
【具体实施方式】
下面通过具体的比较例和实施例对本发明做进一步说明
比较例1
将83.7g预聚物树脂Uvecoat 3000和9.3g预聚物树脂Uvecoat 9001，4g光引发剂Irgacure 651，3g助剂(其中阻聚剂对甲氧基苯酚：0.5克、流平剂BYK373：1.5克、消泡剂：BYK088：1.0克)，熔融混合均匀后，冷却粉碎成细粉(180目)，喷涂于基材后，于红外线下在120℃下充分熔融流平，再用1kw高压汞灯，以80W.cm-1照度的紫外光照射固化，测定涂膜表面硬度为2H、附着力为99％，抗冲击性为50。(硬度按GB6739-86方法测试、附着力按按GB9286-88方法测试、抗冲击性按GB1732-88方法测试。)
比较例2
将68.3g预聚物树脂Uvecoat 3000和22.7g预聚物树脂Uvecoat 9001，5g光引发剂Irgacure184，4g助剂(其中阻聚剂对甲氧基苯酚：0.5克、流平剂BYK373：2.0克、消泡剂：BYK088：1.5克)，熔融混合均匀后，冷却粉碎成细粉(180目)，喷涂于基材后，于红外线下在120℃下充分熔融流平，再用1kw高压汞灯，以80W.cm-1照度的紫外光照射固化，测定涂膜性能。(硬度按GB6739-86方法测试、附着力按按GB9286-88方法测试、抗冲击性按GB1732-88方法测试。)
比较例3
将79.9g预聚物树脂Uvecoat 3001和14.1g预聚物树脂Uvecoat 9001，1g光引发剂Darocure2959，5g助剂(其中阻聚剂对甲氧基苯酚：1.0克、流平剂BYK373：2.0克、消泡剂：BYK088：2.0克)，熔融混合均匀后，冷却粉碎成细粉(180目)，喷涂于基材后，于红外线下在120℃下充分熔融流平，再用1kw高压汞灯，以80W.cm-1照度的紫外光照射固化，测定涂膜性能。(硬度按GB6739-86方法测试、附着力按按GB9286-88方法测试、抗冲击性按GB1732-88方法测试。)
比较例4
将85.5g预聚物树脂Uvecoat 3000和4.5g预聚物树脂Uvecoat 9001，7g光引发剂Darocure2959，3g助剂(其中阻聚剂对甲氧基苯酚：0.5克、流平剂BYK373：1.5克、消泡剂：BYK088：1.0克)，熔融混合均匀后，冷却粉碎成细粉(180目)，喷涂于基材后，于红外线下在120℃下充分熔融流平，再用1kw高压汞灯，以80W.cm-1照度的紫外光照射固化，测定涂膜性能。(硬度按GB6739-86方法测试、附着力按按GB9286-88方法测试、抗冲击性按GB1732-88方法测试。)
比较例5
将76.8g预聚物树脂Uvecoat 3000和19.2g预聚物树脂Uvecoat 9001，3g光引发剂Irgacure651/Darocure2959(1∶1)，1g助剂(其中阻聚剂对甲氧基苯酚：0.1克、流平剂BYK373：0.4克、消泡剂：BYK088：0.5克)，熔融混合均匀后，冷却粉碎成细粉(180目)，喷涂于基材后，于红外线下在120℃下充分熔融流平，再用1kw高压汞灯，以80W.cm-1照度的紫外光照射秒固化，测定涂膜性能。(硬度按GB6739-86方法测试、附着力按按GB9286-88方法测试、抗冲击性按GB1732-88方法测试。)
比较例6
将82.7g预聚物树脂Uvecoat 3001和11.3g预聚物树脂Uvecoat 9001，4g光引发剂Irgacure184/Darocure2959(3∶1)，2g助剂(其中阻聚剂对甲氧基苯酚：0.2克、流平剂BYK373：1.0克、消泡剂：BYK088：0.8克)，熔融混合均匀后，冷却粉碎成细粉(180目)，喷涂于基材后，于红外线下在120℃下充分熔融流平，再用1kw高压汞灯，以80W.cm-1照度的紫外光照射固化，测定涂膜性能。(硬度按GB6739-86方法测试、附着力按按GB9286-88方法测试、抗冲击性按GB1732-88方法测试。)
实施例1
将84g预聚物树脂Uvecoat 3001和6g预聚物树脂Uvecoat 9001，2g光引发剂Irgacure184/Darocure2959(1∶3)，3g助剂(其中阻聚剂对甲氧基苯酚：0.2克、流平剂BYK373：2.0克、消泡剂：BYK088：0.8克)，纳米CaCO3 5g，熔融混合均匀后，冷却粉碎成细粉(180目)，喷涂于基材后，于红外线下在120℃下充分熔融流平，再用1kw高压汞灯，以80W.cm-1照度的紫外光照射固化，测定涂膜性能。(硬度按GB6739-86方法测试、附着力按按GB9286-88方法测试、抗冲击性按GB1732-88方法测试。)
实施例2
将79g预聚物树脂Uvecoat 3001和2g预聚物树脂Uvecoat 9001，5g光引发剂Irgacure184/Darocure2959(1∶3)，4g助剂(其中阻聚剂对甲氧基苯酚：0.2克、流平剂BYK373：3.0克、消泡剂：BYK088：0.8克)，纳米CaCO3 10g，熔融混合均匀后，冷却粉碎成细粉(180目)，喷涂于基材后，于红外线下在120℃下充分熔融流平，再用1kw高压汞灯，以80W.cm-1照度的紫外光照射固化，测定涂膜性能。(硬度按GB6739-86方法测试、附着力按按GB9286-88方法测试、抗冲击性按GB1732-88方法测试。)
实施例3
将70g预聚物树脂Uvecoat 3000和12g预聚物树脂Uvecoat 9001，5g光引发剂Irgacure651/Darocure2959(1∶3)，3g助剂(其中阻聚剂对甲氧基苯酚：0.2克、流平剂BYK373：2.0克、消泡剂：BYK088：0.8克)，SiO2包裹的纳米CaCO3 10g，熔融混合均匀后，冷却粉碎成细粉(180目)，喷涂于基材后，于红外线下在120℃下充分熔融流平，再用1kw高压汞灯，以80W.cm-1照度的紫外光照射固化，测定涂膜性能。(硬度按GB6739-86方法测试、附着力按按GB9286-88方法测试、抗冲击性按GB1732-88方法测试。)
实施例4
将77.5g预聚物树脂Uvecoat 3000和8.5g预聚物树脂Uvecoat 9001，4g光引发剂Irgacure651/Darocure2959(1∶3)，4g助剂(其中阻聚剂对甲氧基苯酚：0.2克、流平剂BYK373：3.0克、消泡剂：BYK088：0.8克)，SiO2包裹的纳米CaCO3 6g，熔融混合均匀后，冷却粉碎成细粉(180目)，喷涂于基材后，于红外线下在120℃下充分熔融流平，再用1kw高压汞灯，以80W.cm-1照度的紫外光照射固化，测定涂膜性能。(硬度按GB6739-86方法测试、附着力按按GB9286-88方法测试、抗冲击性按GB1732-88方法测试。)
实施例5
将80g预聚物树脂Uvecoat 3000和6g预聚物树脂Uvecoat 9001，3g光引发剂Darocure2959，3g助剂(其中阻聚剂对甲氧基苯酚：0.2克、流平剂BYK373：2.0克、消泡剂：BYK088：0.8克)，SiO2包裹的纳米CaCO3 8g，熔融混合均匀后，冷却粉碎成细粉(180目)，喷涂于基材后，于红外线下在120℃下充分熔融流平，再用1kw高压汞灯，以80W.cm-1照度的紫外光照射固化，测定涂膜性能。(硬度按GB6739-86方法测试、附着力按按GB9286-88方法测试、抗冲击性按GB1732-88方法测试。)
试验结果 例子固化速度(s) 铅笔硬度 附着力 抗冲击强度 比较例120 2H 99/100 42 比较例235 1H 96/100 35 比较例320 1H 100/100 37 比较例47 2H 100/100 45 比较例59 1H 100/100 35 比较例630 1H 100/100 40 实施例115 3H 100/100 46 实施例220 3H 100/100 48 实施例310 3H 100/100 50 实施例49 5H 100/100 50 实施例512 4H 100/100 49
固化条件：1KW高压汞灯，照度80W/cm
硬度测试：按GB6739-86方法测试
附着力测试：划格法按GB9286-88方法测试
抗冲击强度：按GB1732-88方法测试
通过表中数据可以说明，在本发明的光固化粉末涂料中添加无机纳米级碳酸钙以及二氧化硅包裹的碳酸钙对涂料进行了改性，使该涂料具有熔融温度低、固化速度快、固化漆膜附着力好、硬度高和表面平整性好及无桔皮现象的特点，综合性能优于目前使用的热固化粉末涂料，尤其可用于热敏性材料如中密度板等。