无溶剂型自清洁UV树脂环保涂层及其制备方法与流程

无溶剂型自清洁uv树脂环保涂层及其制备方法
技术领域
1.本发明涉及纳米涂料制备技术领域，具体涉及无溶剂型自清洁uv树脂环保涂层及其制备方法。


背景技术：

2.紫外光(uv)固化涂料是20世纪60年代由德国开发出来的一种新型环保涂料，它因高效、无污染、节能和涂层性能优异的特点而得到迅速发展。它主要是通过紫外光线照射涂料中的光引发剂产生自由基(或阳离子)，从而引发聚合物或者单体中的双键进行聚合，最终得到相对分子质量较高且具有一定机械性能的聚合物薄膜，在太阳能光伏发电、光学透镜以及光伏建筑领域有着广泛的应用。
3.受到荷叶仿生结构启发制备而成的超疏水涂层，由于水在其表面的接触面积非常小，还具有很小的滚动角，水滴在滚动时可以带走灰尘，从而达到自清洁的效果。因此，将超疏水性能赋予给uv树脂涂层后，可以使得涂层具备一定的自清洁能力。wen jiajia等将改性碳微球加入到紫外光固化聚氨酯丙烯酸酯预聚体中，获得了一种具有良好力学性能、热稳定性和耐腐蚀性的疏水涂层(jiajia wen,chengchen feng,huijie li,xinghai liu,fuyuan ding,houbin li,chi huang,uv-curable hydrophobic coatings of functionalized carbon microspheres with good mechanical properties and corrosion resistance,coatings2018,8,12)。xiawenjing等以异佛尔酮二异氰酸酯、端羟基聚丁二烯、1，4-丁二醇和丙烯酸2-羟乙酯合成了双键封端聚氨酯预聚体，加入含氟丙烯酸酯单体和多官能硫醇交联剂，制备了一种紫外光固化聚氨酯涂层(wenjingxia,nianqing zhu,rongjiehou,wengui zhong,mingqing chen,preparation and characterization of fluorinated hydrophobic uv-crosslinkablethiol-ene polyurethane coatings,coatings2017,7,117)。该涂层具备优秀的疏水性、力学性能、硬度和光泽度。以上涂层均因稳定性较差、制备方式成本高，因而不具备大规模制备前景。


技术实现要素：

4.针对现有技术中的不足，本发明提供了一种无溶剂型自清洁uv树脂环保涂层及其制备方法，涂层具有良好的疏水性能，能显著降低水的粘附力，具有优异的自清洁能力，同时还具有耐酸碱腐蚀和抗高低温交变的性能。涂料voc含量为零，无挥发性及易燃性的危险溶剂，安全性高，响应了国家对于环保型涂料的政策号召。
5.实现本发明目的的技术解决方案为：
6.提供一种无溶剂型自清洁uv树脂环保涂层的制备方法，由两种不同粒径的改性γ-氧化铝粉末加入到uv前驱体中，喷涂后通过紫外固化制备而成；所述uv前驱体由流平剂、硅烷偶联剂kh-550、光引发剂和uv树脂混合而成；所述流平剂为聚醚改性有机硅。
7.进一步地，上述无溶剂型自清洁uv树脂环保涂层的制备方法包括:
8.(1)将两种不同粒径的γ-氧化铝粉末加入到改性溶剂中，在40～60℃下搅拌6h后
氧化铝粉末加入到uv前驱体中，喷涂后通过紫外固化制备而成；所述uv前驱体由流平剂、硅烷偶联剂kh-550、光引发剂和uv树脂混合后得到；所述流平剂为聚醚改性有机硅。
25.所述无溶剂型自清洁uv树脂环保涂层中，“无溶剂型”是针对涂料的特性概念。其中，“自清洁”“uv树脂”“环保”等根据所得技术效果及特性可明确其内涵。
26.所述超疏水自清洁涂层的制备方法包括：
27.(1)将粒径分别为200～300nm和1.5～2μm的γ-氧化铝粉末加入到改性溶液中，质量比分别为1:45～50和1:55～60。在40～60℃下搅拌6h后真空干燥，真空度为-0.1mpa，得到不同粒径的改性γ-氧化铝粉末。其中，改性溶液为重量配比是0.8～1:1.2～1.5:10～15:18～20的3-环己氨基丙磺酸、十八烷基二甲基苄基氯化铵、甲基苯基二甲氧基硅烷和衣康酸的混合水溶液。本领域技术人员应当知道，不同粒径的200～300nm和1.5～2μm的γ-氧化铝粉末通过该加工后制得的改性γ-氧化铝粉末仍然获得不同粒径。
28.(2)将羟基氟硅油、丙二醇嵌段聚醚和八羰基二钴按重量配比为1:1.2～1.5:4～5进行混合，通入氮气，在40～45℃下加热搅拌2～3h，得到聚醚改性有机硅作为流平剂。其中，氮气气压为0.5psi。
29.(3)将(2)中得到的聚醚改性有机硅与硅烷偶联剂kh-550、光引发剂1-羟基-环己基-苯基甲酮和uv树脂混合，重量配比为1:1～2:3.5～4:12～15，在20～30℃下搅拌1～2h，得到uv前驱体。其中，uv树脂为聚醚丙烯酸酯与聚酯丙烯酸酯的混合物，重量配比为1:8～10。
30.(4)将(1)中得到的改性γ-氧化铝粉末加入到(3)中得到的uv前驱体中，粒径为200～300nm和1.5～2μm的改性γ-氧化铝粉末与uv前驱体的质量比分别为1：10～15和1:15～20。室温下搅拌1h后喷涂成膜后紫外固化5～8min，得到无溶剂型自清洁uv树脂环保涂层。其中，喷涂成膜厚度为40～50μm，喷涂方式为垂直喷涂，喷涂压力为1.8～2.5psi，uv波长为365nm。
31.下面结合实施例和附图对本发明做进一步详细的说明：
32.水滴接触角是指在固、液、气三相交界处，自固-液界面经过液体内部到气-液界面之间的夹角，此为本领域公知内容，本发明的图1至图3分别展示实施例1～3中获得的水滴接触角的观测效果。
33.实施例1：
34.(1)将粒径分别为200～300nm和1.5～2μm的γ-氧化铝粉末加入到改性溶液中，质量比分别为1:45和1:55。在40℃下搅拌6h后真空干燥，真空度为-0.1mpa，得到改性γ-氧化铝粉末。其中，改性溶液为3-环己氨基丙磺酸、十八烷基二甲基苄基氯化铵、甲基苯基二甲氧基硅烷和衣康酸的混合水溶液，重量配比为0.8:1.2:10:18。
35.(2)将羟基氟硅油、丙二醇嵌段聚醚和八羰基二钴按重量配比为1:1.2:4进行混合，密闭条件下通入氮气，在40℃下加热搅拌2h，得到聚醚改性有机硅作为流平剂。其中，氮气气压为0.5psi。
36.(3)将上述(2)中得到的聚醚改性有机硅与硅烷偶联剂kh-550、光引发剂1-羟基-环己基-苯基甲酮和uv树脂混合，重量配比为1:1:3.5:12，在20℃下搅拌1h，得到uv前驱体。其中，uv树脂为聚醚丙烯酸酯与聚酯丙烯酸酯的混合物，重量配比为1:8。
37.(4)将上述(1)中得到的改性γ-氧化铝粉末加入到上述(3)中得到的uv前驱体中，
粒径为200～300nm和1.5～2μm的改性γ-氧化铝粉末与uv前驱体的质量比分别为1：10和1:15。室温25℃下搅拌1h后在pvc塑料板上喷涂成膜后紫外固化5min，得到无溶剂型自清洁uv树脂环保涂层。其中，喷涂成膜厚度为40μm，喷涂方式为垂直喷涂，喷涂压力为1.8psi，uv波长为365nm。
38.制备得到的无溶剂型自清洁uv树脂环保涂层，水滴接触角为152
°
，如图1所示；涂层附着力为4.8mpa；在5％的naoh溶液和hcl溶液中浸泡30min，涂层无变色和气泡；在-30～50℃的温度范围内高低温交变循环48h，涂层无开裂。
39.实施例2：
40.(1)将粒径分别为200～300nm和1.5～2μm的γ-氧化铝粉末加入到改性溶液中，质量比分别为1:48和1:58。在50℃下搅拌6h后真空干燥，真空度为-0.1mpa，得到改性γ-氧化铝粉末。其中，改性溶液为3-环己氨基丙磺酸、十八烷基二甲基苄基氯化铵、甲基苯基二甲氧基硅烷和衣康酸的混合水溶液，重量配比为0.8:1.3:12:19。
41.(2)将羟基氟硅油、丙二醇嵌段聚醚和八羰基二钴按重量配比为1:1.3:4.5进行混合，密闭条件下通入氮气，在45℃下加热搅拌2h，得到聚醚改性有机硅作为流平剂。其中，氮气气压为0.5psi。
42.(3)将上述(2)中得到的聚醚改性有机硅与硅烷偶联剂kh-550、光引发剂1-羟基-环己基-苯基甲酮和uv树脂混合，重量配比为1:2:3.5:13，在25℃下搅拌1h，得到uv前驱体。其中，uv树脂为聚醚丙烯酸酯与聚酯丙烯酸酯的混合物，重量配比为1:9。
43.(4)将上述(1)中得到的改性γ-氧化铝粉末加入到上述(3)中得到的uv前驱体中，粒径为200～300nm和1.5～2μm的改性γ-氧化铝粉末与uv前驱体的质量比分别为1：15和1:10。室温25℃下搅拌1h后在pvc塑料板上喷涂成膜后紫外固化6min，得到无溶剂型自清洁uv树脂环保涂层。其中，喷涂成膜厚度为50μm，喷涂方式为垂直喷涂，喷涂压力为2psi，uv波长为365nm。
44.制备得到的无溶剂型自清洁uv树脂环保涂层，水滴接触角为108
°
，如图1所示；涂层附着力为0.9mpa；在5％的naoh溶液和hcl溶液中浸泡30min，涂层无变色，有少量气泡；在-30～50℃的温度范围内高低温交变循环48h，涂层边缘有开裂。
45.实施例3：
46.(1)将粒径分别为200～300nm和1.5～2μm的γ-氧化铝粉末加入到改性溶液中，质量比分别为1:50和1:60。在60℃下搅拌6h后真空干燥，真空度为-0.1mpa，得到改性γ-氧化铝粉末。其中，改性溶液为3-环己氨基丙磺酸、十八烷基二甲基苄基氯化铵、甲基苯基二甲氧基硅烷和衣康酸的混合水溶液，重量配比为1:1.5:14:20。
47.(2)将羟基氟硅油、丙二醇嵌段聚醚和八羰基二钴按重量配比为1:1.5:5进行混合，密闭条件下通入氮气，在45℃下加热搅拌3h，得到聚醚改性有机硅作为流平剂。其中，氮气气压为0.5psi。
48.(3)将上述(2)中得到的聚醚改性有机硅与硅烷偶联剂kh-550、光引发剂1-羟基-环己基-苯基甲酮和uv树脂混合，重量配比为1:1.5:4:15，在30℃下搅拌2h，得到uv前驱体。其中，uv树脂为聚醚丙烯酸酯与聚酯丙烯酸酯的混合物，重量配比为1:10。
49.(4)将上述(1)中得到的改性γ-氧化铝粉末加入到上述(3)中得到的uv前驱体中，粒径为200～300nm和1.5～2μm的改性γ-氧化铝粉末与uv前驱体的质量比分别为1:15和1:
20。室温25℃下搅拌1h后在pvc塑料板上喷涂成膜后紫外固化8min，得到无溶剂型自清洁uv树脂环保涂层。其中，喷涂成膜厚度为50μm，喷涂方式为垂直喷涂，喷涂压力为2.5psi，uv波长为365nm。
50.制备得到的无溶剂型自清洁uv树脂环保涂层，水滴接触角为143
°
，如图1所示；涂层附着力为5.5mpa；在5％的naoh溶液和hcl溶液中浸泡30min，涂层无变色和气泡；在-30～50℃的温度范围内高低温交变循环48h，涂层无开裂。
51.对比例：
52.按照背景技术中的文献《uv-curable hydrophobic coatings of functionalized carbon microspheres with good mechanical properties and corrosion resistance》所叙述制备的uv固化疏水涂层，将改性碳微球加入到紫外光固化聚氨酯丙烯酸酯预聚体中，制备了uv固化疏水涂层。
53.实验发现：对比例所制得的uv固化疏水涂层接触角为106
°
，低于本发明所制备超疏水自清洁uv树脂涂层的接触角；改性碳微球仅在ph＝12的溶液中可以很好地分散，因此涂层耐酸碱能力相对于本发明更差；无法抗高低温交变，热稳定性相对于本发明更差；含有大量溶剂，本发明更环保更安全。
54.所述实施例为本发明的优选的实施方式，但本发明并不限于上述实施方式，在不背离本发明的实质内容的情况下，本领域技术人员能够做出的任何显而易见的改进、替换或变型均属于本发明的保护范围。