一种快速固化防护涂料的制备方法及应用

本发明属于涂料，尤其涉及一种快速固化防护涂料的制备方法。

背景技术：

1、随着经济技术的飞速发展，涂料技术及产品已经应用于人们日常生活的方方面面。其中，紫外光(uv)固化涂料具有固化速度快、能耗低、清洁环保等优点，备受市场青睐。uv固化型涂料的组成通常包括丙烯酸酯单体或预聚体、活性稀释剂、光引发剂、催化剂等。其中丙烯酸酯单体的结构和组成决定了涂料固化后膜层的性能。近年来，聚氨酯因具有独特的软硬段微相分离结构，而表现出优良的拉伸强度、耐撕裂、耐磨性、柔韧性及弹性，并具有良好的耐候性、耐化学腐蚀等特性。通过将聚氨酯作为树脂基体与丙烯酸酯类活性单体或预聚体进行复配，联合光固化技术可以制备出uv固化的聚氨酯丙烯酸酯共聚物涂料，表现出了广阔的应用前景。

2、然而，在一些应用场合及条件下，上述uv固化防护涂料因多种原因会产生涂层表面固化不彻底，出现发粘现象，这将会严重影响涂层的防护性能。部分防护涂料固化后存在力学性能不足的缺陷，在运输或使用中涂层易产生破损。有些uv固化防护涂料配方中所使用的聚醚二醇，如聚(1,2-丙二醇)，聚四氢呋喃二醇等，均为石油石化产品，而石油属于不可再生资源。

3、本发明制备的快速固化防护涂料，所使用的聚醚二醇为聚三亚甲基醚二醇(po3g)，po3g是由1,3-丙二醇聚合而来，或是1,3-丙二醇生产过程中产生的副产品。根据us20050020805提取玉米中的淀粉，将其转化为葡萄糖，再通过发酵手段便可以产生1,3-丙二醇，将1,3-丙二醇聚合便可生产po3g，根据wo2008039466所述，po3g是一种生物基材料，是一种理想的石油来源多元醇的替代品，可减少温室气体排放及非可再生能源的消耗，非常绿色环保。

技术实现思路

1、本发明涉及的是一种快速固化防护涂料的制备方法及应用，这种防护涂料可以在5-10s时间内快速uv固化，并且在1小时内完成表面湿气固化而使涂层得到彻底固化。这种涂层凝胶率高，具有良好的力学性能、耐水性等综合性能。所述快速固化防护涂料的应用，可用于印刷电路板上的防尘、防水，起到保护电路板的作用。本发明的快速固化防护涂料，能实现快速紫外光固化，放置空气中实现彻底固化。紫外光固化后膜的表干时间短，力学性能(拉伸强度和断裂伸长率)好。使用的聚醚二醇为po3g，po3g是由1,3-丙二醇聚合而来，根据美国专利us20050020805提取玉米中的淀粉，将其转化为葡萄糖，再通过发酵手段便可以产生出1,3-丙二醇，将1,3-丙二醇聚合便可生产po3g；中国发明专利申请cn1816509a描述了一种提纯1,3-丙二醇的方法，利用釜残生产po3g，为这种副产物得到充分利用提供了可能；根据wo2008039466所述，po3g是一种生物基材料，是一种理想的石油来源多元醇的替代品，可减少非可再生能源的消耗及温室气体排放，非常绿色环保，符合国家当前的碳达峰、碳中和的“双碳”政策。

2、本发明涉及一种快速固化防护涂料，由聚醚二醇、二异氰酸酯、含羟基丙烯酸酯、催化剂、阻聚剂、光引发剂与丙烯酸酯单体构成，所述聚醚二醇为聚三亚甲基醚二醇，分子量控制在1000(po3g-h1000)到2000(po3g-h2000)；

3、所述二异氰酸酯包括甲苯二异氰酸酯(tdi)、二苯基甲烷二异氰酸酯(mdi)、异氟尔酮二异氰酸酯(ipdi)中的一种或多种；

4、所述含羟基丙烯酸酯包括甲基丙烯酸羟乙酯(hema)、丙烯酸羟乙酯(hea)中的一种；

5、所述催化剂包括1,4-二氮杂二环[2.2.2]辛烷(dabco)、二丁基二月桂酸锡(dbtdl)中的一种；

6、所述阻聚剂为对羟基苯甲醚(mehq)；

7、所述光引发剂为包括2-羟基-2-甲基-1-苯基-1-丙酮(uv-1173)、三甲基苯甲酰基-二苯基氧化膦(tpo)中的一种。

8、所述丙烯酸酯单体为丙烯酸异冰片酯(iboa)、甲基丙烯酸异冰片酯(iboma)、聚丙二醇(n＝13)二丙烯酸酯(ppgda)的一种或多种构成。

9、所述聚醚二醇占涂料总质量的55％～75％，二异氰酸酯占涂料总质量的8％～15％，含羟基丙烯酸酯占涂料总质量的0.1％～5％，光引发剂占涂料总质量的1％～4％，丙烯酸酯单体占涂料总质量的15％～30％，催化剂占涂料总质量的0.09％～1％，阻聚剂占涂料总质量的0.09％～1％，具体制备步骤如下：

10、s1、在氮气保护下，将真空干燥除水后的聚醚二醇放入容器中并升温至75～90℃搅拌，再加入二异氰酸酯单体、含羟基丙烯酸酯、阻聚剂和催化剂，控制温度在75～90℃搅拌反应2～3h，反应结束后，在容器中加入丙烯酸酯单体和光引发剂，混合均匀；

11、s2、固化成膜：将混合液喷涂/刷涂于待防护物体表面，置于紫外光固化机中，用紫外线照射5-10s固化成膜，再置于空气中放置3-10天，实现完全固化。

12、优选地，聚醚二醇占涂料总质量的70.65％，二异氰酸酯占涂料总质量的8.20％，含羟基丙烯酸酯占涂料总质量的1.67％，光引发剂占涂料总质量的3.30％，丙烯酸酯单体占涂料总质量的15.99％，催化剂占涂料总质量的0.09％，阻聚剂占涂料总质量的0.09％；

13、优选地，所述聚醚二醇为聚三亚甲基醚二醇，包括po3g-h1000、po3g-h2000的一种或多种，po3g的结构式如下：

14、

15、其中n为聚合重复单元的聚合度，其范围17～35；

16、优选地，步骤s2中所述涂液的使用方法为：将防护涂液喷涂或刷涂在待防护表面，形成厚度为1～2000um的液膜，然后在通用的紫外光固化设备中固化，再置于空气中5-7天实现完全固化。

17、具体的制备方法是：

18、s1、在氮气保护下，将真空干燥除水后的po3g-h2000放入容器中并升温至90℃搅拌，再加入tdi、hea、mehq和dabco，控制温度在90℃搅拌反应3h，得到如下结构的低聚物。

19、

20、式中r1为聚三亚甲基醚二醇po3g-h2000对应的聚醚链结构；r2为tdi中对应的烃链结构；r3、r4分别为-nco、-nhcooch2ch2ococh＝ch2中的一种；n为平均聚合度，在1-5之间(理论值)。

21、反应结束后，在容器中加入iboa、ppgda和tpo，混合均匀；

22、s2、固化成膜：将混合液倒入2mm深的四氟乙烯模具中，刮涂平整制备涂层，于深圳博飞达科技有限公司生产的bfduv-xik230型紫外光固化机中，经紫外灯照射10s固化成膜，将膜放置于空气中一周，实现完全固化。

23、同时，在紫外光固化后和湿气彻底固化后分别进行相应的性能测试。

24、与现有技术相比，本发明的技术效果和优点包括：

25、(1)本发明制备的快速固化防护涂料，在常温下即可快速固化，并能够与空气中的湿气反应而完全固化，表干时间≤1h，解决了传统紫外固化涂层表面发粘问题。可以实现uv快速固化，随后在空气中快速彻底固化，提高了涂层的综合防护性能。

26、(2)本发明制备的快速固化防护涂料，固化涂层具备良好的力学性能，固化条件简单快速。本发明为无溶剂体系，有低耗能，无溶剂残留的特点，具有较好的应用前景，可广泛应用于印刷电路板等多种材料表面防护。得到的防护涂料粘度低，施工性能好，使其能够在电路板表面浸润，在uv固化后不会发生鼓泡，综合防护性能好。

27、(3)本发明涉及的是一种快速固化防护涂料，使用的聚醚二醇为po3g，可由玉米淀粉或葡糖糖等发酵产物制备而得，属于生物基范畴，是一种理想的石油来源多元醇的替代品，可减少因使用石油产品而带来的非可再生能源的消耗及温室气体排放，具有绿色环保、降低碳排放的特点，符合国家当前的碳达峰、碳中和的“双碳”政策。

28、(4)通过大量实验意外获得：实施例5的具体的成分和质量分数是能实现完全uv固化的，并且表干时间最短，可以实现拉伸强度、断裂伸长率、凝胶率和吸水率的最佳性能配比，作为快速固化防护涂料效果最佳。