一种有机硅改性阳离子光固化脂环族环氧树脂涂料及其应用制造技术

本发明专利技术公开了一种有机硅改性阳离子光固化脂环族环氧树脂涂料及其应用。该涂料包含以下组分：70～100份脂环族环氧预聚物、1～25份有机硅改性脂环族环氧单体、0～15份活性稀释剂、0.2～1份消泡剂、0.3～1份流平剂和0.1～2.5份阳离子光引发剂。本发明专利技术通过丙烯酸酯共聚在脂环族环氧树脂预聚物中引入柔性基团，改善其韧性；并加入有机硅改性脂环族环氧单体，改善其表面性能和耐水耐污性能。涂料经紫外光照射后可快速交联，节能高效。固化后的涂料具有良好的附着力和防水抗污性能。

【技术实现步骤摘要】
一种有机硅改性阳离子光固化脂环族环氧树脂涂料及其应用
本专利技术属于光固涂料领域，具体涉及一种有机硅改性阳离子光固化脂环族环氧树脂涂料及其应用。
技术介绍
环氧树脂固化后具有良好的物理化学性能，广泛应用于国防国民经济各部门中的涂料、胶黏剂、机械、建筑、电子电器绝缘材料、航空航天等。环氧化物可以在阳离子光引发剂的存在下通过UV光辐射方法聚合和交联，与自由基光聚合反应相比，阳离子光固化过程具以下优点：无空气抑制、光照结束后还可以进行“暗固化”反应、低毒性、低体积收缩且节能高效。固化后树脂具有良好的耐磨性和耐腐蚀性。目前的研究还主要集中于普通环氧树脂的阳离子光固化涂料，但在环氧树脂中，脂环族环氧树脂比其它普通环氧树脂对阳离子光引发剂的反应性更强。脂环族环氧树脂体系中游离氯或金属离子的含量很低，且固化物具有优异的热稳定性、电绝缘性、耐候性及抗紫外辐射。脂环族环氧树脂的环氧基直接连接在脂环上，能形成紧密的刚性分子结构，固化物较普通缩水甘油酯类环氧树脂硬度大，耐磨性能佳。但固化后交联密度大，固化物较脆，韧性差。另一方面，脂环族环氧树脂一般粘度较低，而对于涂料来说，粘度过低，就会造成流挂及其它弊病。但粘度过高，流平性差。因此，调节聚合物的粘度以及保证涂料产品最终质量，控制反应条件是非常重要的。
技术实现思路
为了克服脂环族环氧树脂涂料现有的韧性和流平性差等不足，本专利技术的首要目的在于提供一种有机硅改性的具有合适粘度且增韧的阳离子光固化脂环族环氧树脂涂料。本专利技术的另一目的在于提供上述有机硅改性阳离子光固化脂环族环氧树脂涂料的应用。本专利技术的目的通过下述技术方案实现：一种有机硅改性阳离子光固化脂环族环氧树脂涂料，其特征在于包括脂环族环氧树脂预聚物70～100份、有机硅改性脂环族环氧单体1～25份、活性稀释剂0～15份、消泡剂0.2～1份、流平剂0.3～1份和阳离子光引发剂0.1～2.5份；所述的脂环族环氧树脂预聚物的化学结构式如式Ⅰ所示：其中，R为H或CH3，n＝1～6中任一个整数；所述的有机硅改性脂环族环氧单体的化学结构式如式Ⅱ所示：优选的，所述的脂环族环氧树脂预聚物通过以下法制备得到：将10～40质量份3,4-环氧环己基甲基甲基丙烯酸酯、60～90质量份甲基丙烯酸烷基酯或丙烯酸烷基酯、3～5质量份引发剂加入到150～200质量份2-丁酮或乙酸乙酯溶剂中混合均匀，在70～90℃下加热搅拌反应5～8h；减压蒸馏回收溶剂得到脂环族环氧树脂预聚物。优选的，所述甲基丙烯酸烷基酯或丙烯酸烷基酯是甲基丙烯酸甲酯、丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸丙酯、丙烯酸丙酯、甲基丙烯酸丁酯、丙烯酸丁酯、甲基丙烯酸异丁酯、丙烯酸异丁酯、甲基丙烯酸异戊酯、丙烯酸异戊酯、甲基丙烯酸己酯、丙烯酸己酯中的至少一种；所述引发剂为偶氮类或有机过氧类引发剂。优选的，所述的有机硅改性脂环族环氧单体通过以下法制备得到：将2.3～30质量份4-乙烯基环氧环己烷、18～35质量份聚甲基硅氧烷、0.01～0.05质量份H2PtCl6或Karstedt催化剂加入到40～60质量份溶剂中混合均匀，在75～85℃下加热搅拌反应8～12h，减压蒸馏回收溶剂得有机硅改性脂环族环氧单体；所述Karstedt催化剂用异丙醇稀释后浓度为100ppm。优选的，所述聚甲基硅氧烷是含有硅氢键的聚甲基硅氧烷，其分子量为1000～6000，含氢量为0.05～1.6；所述溶剂为甲苯、氯仿或四氢呋喃。优选的，所述聚甲基硅氧烷指含分子量3000,含氢量1.6的氢硅油1、分子量3000,含氢量0.05的含氢硅油2、分子量6000,含氢量0.35的含氢硅油3和分子量1000，含氢量0.2的端氢硅油中的至少一种或两种。优选的，所述活性稀释剂为3,4-环氧环己基甲基3,4-环氧环己基甲酸酯、4-乙烯基环氧环己烷、四氢茚二环氧化物或3-环氧乙烷基7-氧杂二环[4.1.0]庚烷；所述的消泡剂为矿物油类消泡剂或有机硅类消泡剂；所述的流平剂为丙烯酸酯类流平剂、环氧型流平剂或通用型流平剂；所述的阳离子光引发剂为三芳基六氟锑酸硫鎓盐、二芳基碘鎓盐六氟磷酸盐、二烷基苯甲酰甲基硫鎓盐或二烷基-4-羟基苯基硫鎓盐。.一种树脂涂料的制备方法，包括以下步骤：将70～100份脂环族环氧树脂预聚物、1～25份有机硅改性脂环族环氧单体混合均匀，加入0.2～1份消泡剂、0.3～1份流平剂和0.1～2.5份阳离子光引发剂混合，搅拌均匀得到有机硅改性阳离子光固化脂环族环氧树脂涂料。有机硅改性阳离子光固化脂环族环氧树脂涂料在基底物的涂敷中的应用，由以下方法实现：使用线棒涂布器将有机硅改性阳离子光固化环氧丙烯酸酯涂料均匀涂敷在基底物上，置于紫外灯下照射固化。优选的，所述紫外灯的波长范围为200～400nm；所述涂敷的厚度为0.1mm。本专利技术的机理为:本专利技术采用含柔性侧基的(甲基)丙烯酸酯预聚物进行共聚，使产物具有韧性佳的特点；同时在丙烯酸酯预聚物主链上引入可进行阳离子紫外光固化的反应性基团，并加入有机硅改性的脂环族环氧单体，使得到的涂料体系可进行阳离子紫外光固化，经紫外光照射后快速发生交联，光照移除后还可以继续进行“暗固化”反应，使涂装过程节能高效。而加入具有低表面能的聚甲基硅氧烷，使得固化后涂料具有良好的防水抗污性能。本专利技术相对于现有技术，具有以下优点：(1)与传统的热固化技术相比，UV固化技术具有快速固化、节能、室温处理、无溶剂、无污染以及低材料成本等特点。UV固化技术被认为是在室温下把无溶剂液态单体转变成交联聚合物的最快最有效的途径。UV固化包括自由基光固化反应和阳离子光固化反应，但自由基光固化反应过程中易受而氧气抑制，光照结束后经历双基耦合终止步骤使自由基淬灭，聚合反应迅速停止。阳离子光固化过程与自由基光固化过程相比，具有显著优势：无氧气抑制、光照结束后还可以继续进行“暗固化”反应、低毒性且节能高效。(2)本专利技术选用易于在UV照射和阳离子光引发剂作用下进行开环聚合的脂环族环氧树脂，使固化过程更短，更加节能高效。(3)本专利技术通过调节引入易进行分子设计的甲基丙烯酸烷基酯的种类，来赋予涂料所需的性能。丙烯酸酯反应活性强，易进行自由基聚合，它具有优异的光学透明度，力学性能，附着力和化学稳定性。通过适当选择丙烯酸酯单体种类，使聚合物具有特定的性能，预聚物的引入可以避免涂料的表面起皱现象。(4)本专利技术通过加入有机硅改性脂环族环氧单体，改善涂料的表面性能，使其具有良好的耐水耐污性能。硅氧烷与环氧之间有化学键连接，脂环族环氧基与预聚物中的一致，它们在光照和阳离子光引发剂作用下一起进行开环固化，减小了微相分离现象，涂膜更均匀。(5)本专利技术的有机硅改性阳离子光固化脂环族环氧树脂涂料具有良好的粘结力和附着力，结构中存在大量的环氧六环基团，使得脂环族环氧树脂涂料具有良好的耐热性、耐化学品性和低体积收缩性；同时，脂环族环氧树脂预聚物的丙烯酸酯链上含有柔性侧基，使得涂料的韧性大大提高。(6)涂料具有突出特点：颜色浅，清漆透明度高，具有良好的保光性和耐候性；硬度高，附着力好，且涂膜丰满；由于体系深度交联产生大分子，故耐热性能良好；进行表面改性后的涂料耐化学品性能良好，对酸、碱、油等均稳定；贮存性能良好。附图说明图1为实施例1所制备脂环族环氧树脂预聚物S1的红外光谱图。图2为本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种有机硅改性阳离子光固化脂环族环氧树脂涂料，其特征在于，包括脂环族环氧树脂预聚物70～100份、有机硅改性脂环族环氧单体1～25份、活性稀释剂0～15份、消泡剂0.2～1份、流平剂0.3～1份和阳离子光引发剂0.1～2.5份；所述的脂环族环氧树脂预聚物的化学结构式如式Ⅰ所示：

【技术特征摘要】
1.一种有机硅改性阳离子光固化脂环族环氧树脂涂料，其特征在于，包括脂环族环氧树脂预聚物70～100份、有机硅改性脂环族环氧单体1～25份、活性稀释剂0～15份、消泡剂0.2～1份、流平剂0.3～1份和阳离子光引发剂0.1～2.5份；所述的脂环族环氧树脂预聚物的化学结构式如式Ⅰ所示：其中，R为H或CH3，n＝1～6中任一个整数；所述的有机硅改性脂环族环氧单体的化学结构式如式Ⅱ所示：2.根据权利要求1所述的涂料，其特征在于，所述的脂环族环氧树脂预聚物通过以下方法制备得到：将10～40质量份3,4-环氧环己基甲基甲基丙烯酸酯、60～90质量份甲基丙烯酸烷基酯或丙烯酸烷基酯、3～5质量份引发剂加入到150～200质量份2-丁酮或乙酸乙酯溶剂中混合均匀、在70～90℃下加热搅拌反应5～8h，减压蒸馏回收溶剂得到脂环族环氧树脂预聚物。3.根据权利要求2所述的涂料，其特征在于，所述甲基丙烯酸烷基酯或丙烯酸烷基酯是甲基丙烯酸甲酯、丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸丙酯、丙烯酸丙酯、甲基丙烯酸丁酯、丙烯酸丁酯、甲基丙烯酸异丁酯、丙烯酸异丁酯、甲基丙烯酸异戊酯、丙烯酸异戊酯、甲基丙烯酸己酯、丙烯酸己酯中的至少一种；所述引发剂为偶氮类或有机过氧类引发剂。4.根据权利要求1所述的涂料，其特征在于，所述的有机硅改性脂环族环氧单体通过以下法制备得到：将2.3～30质量份4-乙烯基环氧环己烷、18～35质量份聚甲基硅氧烷、0.01～0.05质量份H2PtCl6或Karstedt催化剂加入到40～60质量份溶剂中混合均匀，在75～85℃下加热搅拌反应8～12...

【专利技术属性】
技术研发人员：梁利岩，朱青青，吴昆，史珺，吕满庚，
申请(专利权)人：中科院广州化学有限公司南雄材料生产基地，中科院广州化学有限公司，中国科学院大学，
类型：发明
国别省市：广东,44