长波长LED光固化涂料与低VOC环保涂装系统解决方案技术方案

本发明专利技术涉及涂料新材料和涂装新设备领域，特别涉及一类低或零VOC释放的环境友好型长波长LED光固化涂料或油墨材料，以及该材料与配套的LED光固化光源系统，人工或智能机器人喷涂系统，喷漆漆雾回收循环利用系统，在线打磨系统，自动化吊线或地盘线输送系统等相互耦合，从而提供一种针对传统溶剂型VOC高污染高排放油漆及涂装的转型升级“一站式”替代解决方案。该解决方案的特点是创造性地整合了新材料和新装备技术，二者首次联动，并首次落地实践，其在木器家具，塑胶产品，印刷包装，皮革制品，喷墨打印，电子消费品，机动车辆内外饰，管道型材，工业地坪，建筑幕墙，3D打印增材制作，以及船舶或集装箱体等下游市场具有广阔的应用。用。

【技术实现步骤摘要】
长波长LED光固化涂料与低VOC环保涂装系统解决方案


[0001]本专利技术涉及涂料新材料和涂装新设备领域，特别涉及一类低或零VOC释放的环境友好型长波长LED光固化涂料或油墨材料，以及该材料与配套的LED光固化光源系统，人工或智能机器人喷涂系统，喷漆漆雾回收循环利用系统，在线打磨系统，自动化吊线或地盘线输送系统等相互耦合，从而提供一种针对传统溶剂型VOC高污染高排放油漆及涂装的转型升级“一站式”替代解决方案。该解决方案的特点是创造性地整合了新材料和新装备技术，二者首次联动，并首次落地实践，其在木器家具，塑胶产品，印刷包装，皮革制品，喷墨打印，电子消费品，机动车辆内外饰，管道型材，工业地坪，建筑幕墙，3D打印增材制作，以及船舶或集装箱体等下游市场具有广阔的应用。

技术介绍

[0002]当前世界各国日益严苛的环保法规正对涂料油墨材料产业产生深刻的影响并形成强大的变革驱动力，尤其在所谓VOCs（即挥发性有害有机化合物，英文Volatile Organic Compounds的简称）节能减排上，传统涂料油墨等产品由于普遍大量使用挥发性溶剂稀释剂等有机化合物，正面临日益持续增大的经营压力并谋求向相应的水性化产品（Waterborne Coats/Inks）或“100%无溶剂化产品（100% Solid and Solvent-Free Coats/Inks）”转型发展。自2014年起我国若干经济发达城市或省域率先相继出台了针对传统VOCs排放主干产业，特别是木器家具制造，工业涂装，和包装印刷等行业，的VOCs排放法律法规管控以及VOCs排放税的征收。一个历史性的时间节点是2020年7月1号，VOC释放国家管控技术标准开始进入强制性实施阶段，强力地促动产业绿色转型升级。
[0003]在另一方面，涂料或油墨产品的“去溶剂化”并非新概念！为本行业从业技术人员所周知的，所谓的水性热固化的单组分（1K），双组分（2K），或者100%固含量的短波长紫外光辐射固化（UV-Curing）材料，均具有低VOCs节能减排的绿色化特征，且相关技术在业界存在多年。然而，同样为本行业从业技术人员所周知的，上述技术均在十多年间仅仅在涂料油墨的若干分支细分领域获得零星应用，而并未能发展成转型升级主航道主流技术。截止目前，除常规的墙体水性建筑涂料应用外，上述类型的涂料油墨产品合计市场用量和占有率等均不足涂料油墨总产业的10%。实践调研发现，阻碍上述类型涂料或油墨产品市场推广的原因，出乎意料地并非首要地体现在其较高的成本或价格因素，而是首先在于其技术应用效果和性能不佳，难以和传统溶剂性产品竞争，这例如突出地体现在下述亟待解决的典型技术瓶颈难题上：其一，水性单组份或双组分热固化型涂料油墨制品成膜交联密度普遍不高，相应的成膜硬度和膜体耐刮擦，耐溶剂性，基材附着力，耐水煮，耐盐雾等关键性应用指标性能普遍欠佳，无法和溶剂型涂装产品相竞争；其二，水性单组份或双组分热固化型涂料油墨制品成膜过程时间较长，且依赖于天气或空气湿度等因素影响，反映在施工过程中即是待干时间较长，影响后续涂装或印制工序
（例如打磨或叠印等）的进行，这从生产效率上也无法和溶剂型产品竞争出比较优势。此外，成膜助剂特别是所谓的固化剂（Hardeners）生理毒性较强，对喷涂施工人员的人生健康造成重大安全风险，特别是在长期暴露的不利条件下；其三，短波长紫外光（UV）固化型技术通常仅适用于规整特别是平板形状的物件涂装，例如木地板或木门平板部件，对于绝大多数的异型三维物件则难以胜任，这是UV技术发展70多年仍难以成长为大规模产业技术的关键性瓶颈制约因素。同时，通常的高压汞灯或金属卤素灯等紫外辐射光源工作时，需要较为苛刻的配电条件并产生大量的臭氧排放和辐射热能，这使得整个工作场所都需要进行持续排风等防护措施，同时难以适用于热敏性工件基材的加工。进一步的，含汞光源已经被国际水俣公约推荐于2025年禁止使用。
[0004]一个特别值得行业警醒和深思的事实是，涂料与油墨行业VOC节能减排不仅是法规监管和环保升级诉求，更是深刻的技术革命。对于实体制造业行业从业企业而言，则不仅需要环保转型，更需要通过技术创新不断降低经营成本强化竞争力。过去十几年来，围绕技术创新，成本控制，涂装质量，和宽泛适用等要素，产生了相当活跃的研发活动，但是尚未形成真正广谱适用的一站式解决方案；重点行业，特别是例如木质家具喷涂涂装，和凹印印刷包装这样的传统大规模民生制造业，仍然被困于传统聚氨酯PU（聚氨酯）/PE（聚酯）/NC（硝基漆）等高污染油漆或溶剂型油墨的使用。
[0005]VOC尾端治理技术，例如催化燃烧-活性炭吸附，沸石转轮吸附浓缩等方法，存在前期一次性治理设备设施投入较大，后期耗材和能耗电耗等运营维护成本较高的困境，显著增加了成本，企业不堪重负。显然，尾端被动治理，不如源头主动减排。
[0006]针对上述未被满足的紧迫技术和市场需求，相应的技术逻辑研判如下：其一，任何类型的双组分特征的涂料或油墨，不是可行的主流技术路线。原因是其双组份特征决定了其无法被循环利用。在喷涂施工过程中，通常有约高达70%左右的漆雾在喷枪压力下飞散逃逸，双组份材料通常一经混合，只有大约2-4小时的寿命期，因此逃逸的漆雾不具备回收价值。换言之，只有单组份特征的材料才具备回收利用的价值。漆雾回收循环利用不仅是企业用户成本节约的需求，也是VOC节能减排的需求，同时还是施工过程中人工生理友好型的需求（因为很多单体或树脂材料本身对人体有一定的化学刺激性）。这也是尽管涂装工业有超过百年发展史，但此前却从未有过漆雾回收分离循环利用的实践。相关的回收装备制造研发既没有现实需求，也不具备相应的应用场景。这种类型的双组分特征的涂料或油墨包括溶剂型PU/PE/NC材料，以及水性热固化型双组分材料。其二，任何类型的热固化型单组分特征的水性涂料或油墨，不是可行的主流技术路线。因为其既不具备和传统溶剂型PU/PE/NC材料竞争的性能优势，又由于水的蒸发热与溶剂型稀释剂相比显著增大，因此漆膜在干燥除水过程中能耗也显著增大，造成所谓环保但不节能，碳足迹（Carbon footprint）反而增加的困境。其三，任何类型的短波长（250-370纳米）紫外光UV光固化型单组分特征的水性涂料或油墨，不是可行的主流技术路线。因为UV光源只适合例如地板或纸张等平板工件光固化，而无法应对主流的异型工件光固化。
[0007]综上所述，从技术路线上，一种单组份特性的水性或高固含性光固化涂料或油墨材料，既可能因为光聚合高交联密度达到优异的终端漆膜性能，又利于进行漆雾回收循环利用达到低成本和/或零VOC释放环保需求，更可以喷涂或滚涂广泛适用于异型主流工件和
应用场景，是从技术路线逻辑上研判，唯一广谱适用的解决方案。从经济学分析上，也只有这样的解决方案有能力带来成本竞争力优势。
[0008]因此，业界存在一种紧迫的亟待解决的技术挑战，即研发一类新型的环保涂料或油墨材料，及其连带涂装自动化设备一体化解决方案，既能够在最大可能的程度上取代传统高污染的溶剂型材料与涂装工艺，履行日益严苛的节能本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一类低或零VOC释放的环境友好型长波长LED光固化涂装系统解决方案，其组成特征是一类新材料以特定的方式运行于一类设备系统上，实现涂装工艺环保减排和降本增效的有益效果；所述新材料是特定波长区间（370-780纳米）的长波长LED光固化型涂料底漆，面漆，和/或修色漆材料中的至少一种，其特征是：（1）至少含有一种含烯键（C=C）不饱和可辐射聚合物质；（2）至少含有一种在370-780纳米长波光波波长区域有活性吸收的光引发剂物质；所述设备系统是下列：如附图1长波长LED光固化环保涂装基元型生产线布局示图，所述特定方式是下图所示的基元型生产线车间布局方式（箭头标识生产线循环运行方向），（A）附带水冷或风冷式制冷的370-780纳米光波波长的LED光固化光源系统，（B）附带负压漆雾回收功能装置的人工或机器人（机械手）喷涂工作站，（C）控温除湿设备，和（D）自动化输送线；约束条件是，所述设备至少包含上述A和B；优选的，所述设备包含上述A，B，C；更优选的，所述设备包含上述A，B，C，D；该新材料在该基元生产线上可以用作腻子漆，底漆，修色漆，或面漆中的任意一种工段进行长波长LED光固化涂装；该基元生产线可以单个间歇式运行上述任一涂装工段，也可以多个串联式链接进行多工段自动化连续化运行；约束条件是，上述腻子漆，底漆，修色漆，或面漆基元工段中的至少一种是长波长LED光固化涂装。2.根据权利要求（1）描述的解决方案，含烯键（C=C）不饱和可辐射聚合物质是可以通过该双键的自由基聚合反应被交联的化合物或混合物，这种含烯键不饱和组分可以是单体，低聚物或预聚物，或是它们的混合物或共聚物，或是上述组分的水溶性或水性分散体。3.根据权利要求（1）描述的解决方案，所述在370-780纳米光波波长区域有活性吸收的光引发剂是下述任意一种光引发剂化合物或任意两种或两种以上光引发剂化合物组成的复配混合物: 即羟基酮型（Hydroxyketones，结构式I），胺基酮型（Aminoketones，结构式II），膦酰型（Acylphosphine Oxides，结构式III），肟酯型（Oxime Esters，结构式IV），二苯甲酮型（Benzophenones，结构式V），苯甲酰甲酸酯型（Phenylglyoxylates，结构式VI），硫杂蒽酮型（Thioxanthones，结构式VII），酰基砜（Acylsulfones，结构式VIII），活性胺，鎓盐型阳离子光引发剂（Sulfoniums或Iodoniums或Photo-Acid Generators，结构式IX，即所谓PAGs），或染料作为实质性光敏化剂（Dye Sensitizers）的光引发剂物质：
这里Ar1和Ar2彼此独立地是含有4-64个碳原子（标记为C
4-C
64
，下同）的取代或未取代的（杂）芳香基，其各自含有1-6个C
1-C
12
直链或支链或环状型烷基，烷氧基，烷硫基，烷胺基，C
6-C
12
芳基，或卤素取代基；R1，R2，R3，R4，R5，R8，R9，R
10
彼此独立地是氢，C
1-C
12
直链或支链或环状型烷基，或C
6-C
12
取代或未取代的（杂）芳基；Ar3是含有n个取代基的C
6-C
24
芳基，这里n取值1-6，取代基是C
1-C
12
直链或支链或环状型烷基，烷氧基，烷胺基，CH2OH，CH2SH，CH2Cl，CH2OAc，CH2O-C(O)-CH=CH2，CH2O-C(O)-C(CH3)=CH2，CH2NH-C(O)-CH=CH2，CH2NH-C(O)-C(CH3)=CH2，X-Ar
3-C(O)-P(O)R6R7，这里X是二价C
2-C
12
链接基团，该基团可以被1-6个非连续的氧原子，氮原子，硫原子，硅原子，羰基，羟基，酯基，羧基插入；R6是氢，m价的C
1-C
12
直链或支链或环状型烷基，烷氧基，烷胺基，C
6-C
12
取代或未取代的（杂）芳基，这里m取值1-24；R7是OR1，SR1，NHR1，NR1R2，OM，C(O)Ar1，这里M是金属阳离子或季铵盐或季鏻盐阳离子；R
11
，R
12
，R
13
，R
14
彼此独立地是C
1-C
12
直链或支链或环状型烷基，烷氧基，烷硫基，烷胺基，卤素，或C
6-C
12
取代或未取代的（杂）芳基；R
15
是 C
1-C
12
直链或支链或环状型烷基，或C
6-C
12
取代或未取代的（杂）芳基；Q-是一个抗衡阴离子。4.根据权利要求（1）描述的解决方案，优选的“特定波长区间的长波长”是370-650纳米波段，更优选的是370-450纳米波段，进一步更优选的是370-420纳米波段。5.根据权利要求（1）描述的解决方案，优选的含烯键可聚合单体是（甲基）丙烯酸酯，丙烯醛，烯烃，共轭双烯烃，苯乙烯，马来酸酐，富马酸酐，乙酸乙烯酯，乙烯基吡咯烷酮，乙烯基咪唑，（甲基）丙烯酸，（甲基）丙烯酸衍生物例如（甲基）丙烯酰胺，乙烯基卤化物，亚乙烯基卤化物；优选的含烯键可聚合预聚物和低聚物是（甲基）丙烯酰官能基的（甲基）丙烯酸或丙烯酰胺共聚物，聚氨酯甲酸酯（甲基）丙烯酸酯，聚酯（甲基）丙烯酸酯，不饱和聚酯，聚醚（甲基）丙烯酸酯，硅氧烷（甲基）丙烯酸酯，环氧树脂（甲基）丙烯酸酯等，以及上述物质的水溶性或水分散性的类似物。6.根据权利要求（1）描述的解决方案，所述在370-780纳米长波长光波波长区域有活性吸收的光引发剂的添加量质量百分比在0.01-30%之间，优选的在0.1-20%之间，更优选的在
1-20%之间，进一步更优选的在1-15%之间。7.根据权利要求（1）描述的解决方案，优选的，（A）是附带水冷式制冷设备的370-780纳米光波波长的LED光固化光源系统，其功率密度范围是0.01-100000 mW/cm2，照度值范围是0.01-100000 mJ/cm2；（B）是喷位立面和地面同时附带网格状负压漆雾回收装置的人工或机器人（机械手）喷涂工作站；（C）控温除湿设备的工作参数是温度在-10-60摄氏度之间，相对湿度在5%-95%之间。8.根据权利要求（1）描述的解决方案，优选的，LED光固化底漆和LED光固化面漆联用；更优选的，LED光固化腻子，LED光固化底漆，LED光固化修色漆，和LED光固化面漆联用；优选的，LED光固化腻子和LED光固化底漆的施工道数是1-3次，LED光固化修色漆和LED光固化面漆的施工道数是1-2次。9.根据权利要求（1）描述的解决方案，优选的，该LED光固化材料含有的水分质量百分比在0-90%区间，0%含水量即为100%固含量材料。优选的含水量在0-80%区间，更优选的含水量在0-70%区间，进一步更优选的含水量在0-60%区间。相应的，优选的，该材料含有的成膜物质质量百分比在10-100%直接，优选的在20-100%之间，更优选的在30-100%之间，进一步更优选的在...

【专利技术属性】
技术研发人员：宁超，樊二平，王智刚，罗爱芳，
申请(专利权)人：深圳有为技术控股集团有限公司，
类型：发明
国别省市：