[发明专利]自由基-阳离子混杂光固化涂料及其制备方法和使用方法

说明书

技术领域

本发明属于材料技术领域，特别涉及一种自由基-阳离子混杂光固化涂料及其制备方法和使用方法。

背景技术

紫外光固化涂料是一种高效环保型的绿色涂料，它是通过紫外光的照射下引发具有反应活性物质间的链式聚合反应实现固化；与传统的溶剂型热固化涂料相比，具有低挥发性有机化合物排放，固化速度快，能耗低，适用性广，涂装效率高等优点；可广泛应用于医疗器械、电子装配、光学仪器、印刷印染和机械涂装等领域。

紫外光固化体系根据引发聚合机理不同，可以分为自由基型和阳离子型。

自由基聚合是光引发剂在紫外光辐射下从基态变为激发态进而分解成自由基，自由基可以与低聚物单体的不饱和键结合，从而引起链式增长，发生聚合反应；自由基聚合体系由于原料来源广泛，配方具有高度可调节性，是目前研究最多的体系。该体系的缺点是固化收缩率大，氧阻聚容易造成固化不完全；中国的专利申请CN103073990A、CN102070981A和CN101892004A公开了一些紫外光自由基固化涂料的制备与应用方法，但均未从根本上解决上述问题。

阳离子聚合是光引发剂在紫外光辐射下产生质子酸，进而催化环氧基的开环或高活性碳碳双键的聚合；阳离子固化体系克服了自由基固化体系的缺点，但是固化速度比自由基体系慢，引发剂吸收波长较短且种类较少，成本较高，限制了其推广应用。

早在1978年3M公司申请的专利US4,101,513中公开了烷氧基硅烷（XO）_mSiR_4-m与鎓盐的光聚合，其中X是可水解基团或氢，R是烃基，m是1~4的数；虽然该专利存在很多应用潜力，但是烷氧基硅烷的粘度较低，涂覆和形成厚膜比较困难，成膜的柔性有限，另外成本也较高，因而没有被广泛的商业化应用。

发明内容

针对现有光固化涂料在技术上存在的上述问题，本发明提供一种自由基-阳离子混杂光固化涂料及其制备方法和使用方法；通过将自由基光引发剂和阳离子光引发剂制成混合光引发剂，与混杂光敏单体等配制成光固化涂料，在紫外光的辐射下，涂料体系中自由基的产生的同时激发阳离子光引发剂的活性，在同一体系中同时进行自由基聚合和阳离子聚合反应，使两种聚合体系的优缺点互相弥补，提高了体系的固化效率，拓展了涂料的应用范围。

本发明的自由基-阳离子混杂光固化涂料的成分按重量百分比含光敏有机树脂10~60%，混杂光敏单体5~40%，活性溶剂10~50%，混合光引发剂2~4%，助剂0.1~0.2%。

上述的光敏有机树脂为环氧丙烯酸酯或聚氨酯丙烯酸酯。

上述的混杂光敏单体为γ-缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷或2-（3,4-环氧环己烷）乙基三甲氧基硅烷。

上述的活性溶剂为二缩三丙二醇二丙烯酸酯（TPGDA）、二丙二醇二丙烯酸酯（DPGDA）、二乙二醇二丙烯酸酯（DEGDA）、三乙二醇二丙烯酸酯（TEGDA）和邻苯二甲酸二乙二醇二丙烯酸酯（PDDA）中的一种，或者其中两种的混合物。

上述的混合光引发剂由自由基光引发剂和阳离子光引发剂混合形成，混合比例与光敏有机树脂和混杂光敏单体的配比相同；所述的自由基光引发剂为二苯甲酮（BP）、2,4,6-三甲基苯甲酰基-二苯基氧化膦（TPO）、双（2,4,6-三甲基苯甲酰基）苯基氧化膦（Irgacure819）和2-羟基-2-甲基-1-苯基丙酮（Darocure1173）中的一种，或者其中两种的混合物；所述的阳离子光引发剂为二苯基六氟磷酸碘鎓盐或异丙苯茂铁六氟磷酸盐。

上述的助剂为流平剂BYK-373和消泡剂BYK-055按重量比1:（0.5~2）混合制成的混合物。

本发明的自由基-阳离子混杂光固化涂料的制备方法按以下步骤进行：

1、准备光敏有机树脂、混杂光敏单体、活性溶剂、混合光引发剂和助剂；

2、将光敏有机树脂置于容器中，加入混杂光敏单体，混合均匀制成混合溶液；

3、将混合光引发剂溶于活性溶剂中，然后连同助剂一起加入混合溶液中，再混合均匀，制成自由基-阳离子混杂光固化涂料。

本发明的自由基-阳离子混杂光固化涂料的使用方法为：

将金属基体表面清理干净；将自由基-阳离子混杂光固化涂料涂覆在金属基体表面，然后在60±5℃保温至少5min，再置于100~140mW/cm²的紫外光下，照射10~60s使自由基-阳离子混杂光固化涂料固化在金属基体表面，形成透明涂层。

上述的金属基体选用冷轧钢板、镀锌板或硅钢片。

上述的透明涂层厚度为10~50μm。