一种运用微球降低光固化涂料收缩应力的方法及应用技术

本申请公开了一种运用微球降低光固化涂层收缩应力的方法，属于光固化涂料技术领域。本申请利用光产酸剂在固化过程中产生的酸性环境来产生微气泡弥补光固化涂料固化时产生的体积收缩，提供了一种降低光固化涂料体积收缩的新方法。同时利用微球和固化过程中产生的微气泡降低光固化产生的收缩应力，从而实现较低的添加量即可大幅降低光固化涂层的体积收缩率的效果，仅添加0.5wt％就可以降低33％的收缩应力，且对涂料转化率、涂层基本性能和力学性能都无明显影响。学性能都无明显影响。学性能都无明显影响。

【技术实现步骤摘要】
一种运用微球降低光固化涂料收缩应力的方法及应用


[0001]本申请涉及一种运用微球降低光固化涂料收缩应力的方法，属于光固化涂料


技术介绍

[0002]光固化技术有着固化高效、环境友好、价格低廉等显著优点，在过去几十年里得到迅速发展，也在许多领域得到广泛应用。但是，光固化涂料在在固化成型的过程中存在着一定的收缩问题，主要原因是由于聚合前分子间较大的范德华力距离被聚合后较短的共价键长取代，造成聚合收缩。体积收缩会导致粘接材料附着力降低，尺寸不稳定，导致体系强度降低，出现裂纹、材料脱落等缺陷，产生应力开裂等问题，影响使用寿命；因此探究降低收缩应力的方法对扩大光固化树脂的应用至关重要。
[0003]目前，如何降低光固化涂料的收缩率成为涂料工业领域亟待解决的难题。近年来，研究者们通过在树脂配方中加入无机填料，膨胀型单体，以及改进固化工艺等手段来改善这一问题。如在光固化丙烯酸类树脂中加入填料，作为分散相，可以降低光固化体系中反应基团的浓度，分散集中的收缩应力，降低收缩。但是这些手段均存在明显的问题，无机填料的添加量较大，会降低涂层的使用性能；膨胀单体的制备方法则较为昂贵，经济适用性较差，难以普及；而通过改进固化工艺等手段在工业中运用较多，但是不能从根本上降低收缩率。而在光固化体系中存在一些光引发剂会在产生初级自由基的同时，裂解出酸根离子或碱性离子，从而使体系pH值发生变化。
[0004]申请号为202110162844.6的专利文件公开了一种利用弹性微球降低光固化涂层体积收缩的方法，利用微球的体积变化来缓解固化过程中的收缩应力，但是由于微球体积变化幅度有限，缓解应力收缩效果有限，微球的加入量较大，容易造成团聚，有必要开发一种可以更加高效缓解光固化体系收缩应力的方法。

技术实现思路

[0005]为解决光固化体系中固化收缩这一技术问题，本申请设计一种可以在光固化过程中产生微气泡的的微球以及利用该微球降低光固化树脂体系收缩应力的方法；微球中包裹光产酸剂，微球的壳层含有无机碳酸(氢)盐；利用光产酸剂在固化时产生的酸性环境与无机碳酸(氢)盐反应产生微气泡；微气泡的体积补偿光固化涂料在聚合过程中产生的体积收缩。
[0006]本申请的第一个目的是提供一种降低光固化涂料收缩应力的方法，光固化涂料中添加一定量微球；所述微球包括壳层结构和由壳层结构包围而成的腔体，所述腔体中包裹有光产酸剂，所述微球含有纳米碳酸(氢)盐粒子；所述微球在光固化过程中产生微气泡。
[0007]在一种实施方式中，所述光固化涂料含有低聚物、活性单体和光引发剂。
[0008]在一种实施方式中，所述低聚物包括但不限于丙烯酸酯、丙烯酸酯的衍生物、甲基丙烯酸酯、甲基丙烯酸酯的衍生物中的任意一种或两种以上的组合；
[0009]优选的，所述低聚物包括环氧(甲基)丙烯酸酯、聚酯(甲基)丙烯酸酯、聚醚(甲基)丙烯酸酯、氨基丙烯酸酯、聚氨酯(甲基)丙烯酸酯、光敏性丙烯酸酯树脂中的任意一种或两种以上的组合。
[0010]在一种实施方式中，所述低聚物为(甲基)丙烯酸酯；所述(甲基)丙烯酸酯，表示相应的丙烯酸酯，即丙烯酸的衍生物，以及甲基丙烯酸酯，即甲基丙烯酸酯的衍生物。
[0011]在一种实施方式中，所述低聚物包括但不限于环氧(甲基)丙烯酸酯、聚酯(甲基)丙烯酸酯、聚醚(甲基)丙烯酸酯、氨基丙烯酸酯、聚氨酯(甲基)丙烯酸酯、光敏性丙烯酸酯树脂中的任意一种或两种以上的组合。
[0012]在一种实施方式中，所述活性单体包括但不限于一类结构中含有1个或1个以上丙烯酸酯基团，且平均分子量小于3000，粘度小于9000cp的丙烯酸酯类化合物；
[0013]在一种实施方式中，所述光引发剂为一类能够在紫外或可见光辐照下引发丙烯酸酯类物质发生聚合的物质。
[0014]在一种实施方式中，所述光引发剂包括但不限于2
‑
羟基
‑
甲基苯基丙烷
‑1‑
酮、1
‑
羟基环已基苯基甲酮、苯偶姻乙基醚、苯偶姻丙基醚、2
‑
甲基
‑1‑
(4
‑
甲硫基苯基)
‑2‑
吗啉基
‑1‑
丙酮、安息香双甲醚、樟脑醌、1
‑
苯基
‑
1,2
‑
丙二酮、2,4,6
‑
三甲基苯甲酰二苯氧磷、双(2,6
‑
二甲氧基苯甲酰基)
‑
2,4,4
‑
三甲基苯基膦氧化物、异丙基硫杂蒽酮、双(1
‑
(2,4
‑
二氟苯基)
‑3‑
吡咯基)二茂钛和2
‑
苄基
‑2‑
甲基氨基
‑1‑
(4
‑
吗啉苯基)
‑1‑
丁酮等。
[0015]在一种实施方式中，所述微球的添加量为低聚物和活性单体质量总和的0.1
‑
5％，优选0.1
‑
0.5％。
[0016]本申请的第二个目的是提供一种可以降低光固化涂料收缩应力的微球。
[0017]在一种实施方式中，所述微球的制备方法包括以下步骤：
[0018]S1、配制水相：所述水相为含有助稳定剂的水溶液；
[0019]S2、配制油相：所述油相为含有预聚物、纳米碳酸(氢)盐粒子、光产酸剂和油溶性有机溶剂的液相；
[0020]S3、所述水相与所述油相混合，乳化，形成水包油O/W液滴；
[0021]S4、所述O/W液滴通过溶剂挥发法形成所述微球；
[0022]步骤S2、S3、S4在遮光条件下进行。
[0023]在一种实施方式中，油相中的组分含有油溶性有机溶剂通常是40
‑
99份，预聚物通常是1
‑
20份、无机粒子通常是1
‑
20份、光产酸剂通常是1
‑
20份。
[0024]在一种实施方式中，通过高速分散的方法乳化；
[0025]在一种实施方式中，所述O/W乳液制备中，水油比即水相和油相的体积比为1:10～10:1；
[0026]在一种实施方式中，水油比为1:1、1:2、1:3、1:4、1:5、1:10、2:1、3:1、4:1、5:1、9:1、10:1其中任意一种。
[0027]在一种实施方式中，所述O/W乳液制备中，水油比为9:1或10:1。
[0028]在一种实施方式中，油相(中间相)的黏度范围是1
‑
9000cp；其中，可选地，黏度范围是20
‑
1000cp。
[0029]在一种实施方式中，所述助稳定剂包括但不限于烷基酚聚氧乙烯醚类、脂肪醇聚氧乙烯醚类、脂肪胺聚氧乙烯醚类、以甘油为基本原料的非离子助剂及高分子型助剂中的
任意一种或两种以上的组合。
[0030]在一种实施方本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种降低光固化涂料收缩应力的方法，其特征在于，光固化涂料中添加一定量微球；所述微球包括壳层结构和由壳层结构包围而成的腔体，所述腔体中包裹有光产酸剂，所述微球壳层含有纳米碳酸(氢)盐粒子；所述微球在光固化过程中产生微气泡。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述微球的制备方法包括以下步骤：S1、配制水相：所述水相为含有助稳定剂的水溶液；S2、配制油相：所述油相为含有预聚物、纳米碳酸(氢)盐粒子、光产酸剂和油溶性有机溶剂的液相；S3、所述水相与所述油相混合，乳化，形成水包油O/W液滴；S4、所述O/W液滴通过溶剂挥发法制得所述微球；步骤S2、S3、S4在遮光条件下进行。3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述光固化涂料含有低聚物、活性单体和光引发剂；所述低聚物选自丙烯酸酯、丙烯酸酯的衍生物、甲基丙烯酸酯、甲基丙烯酸酯的衍生物；所述活性单体包括但不限于一类结构中含有1个或1个以上丙烯酸酯基团，且平均分子量小于3000，粘度小于9000cp的丙烯酸酯类化合物。4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述微球的添加量为低聚物和活性单体质量总量的0.1％
‑
5％；优选0.1％
‑
0.5％。5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，微球的添加方法为：先将低聚物、活性单体和光引发剂混合，避光条件下，加入微球，混合均匀。6.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，按照质量份数计，所述油相中含有油溶性有机溶剂40
‑
99份，预聚物1
‑
20份、无机粒子1
‑
20份、光产酸剂1
‑
...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘仁，孙冠卿，童梦玥，
申请(专利权)人：江南大学，
类型：发明
国别省市：