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CN111187567B - 光固化阻燃抗静电涂料及抗静电涂层 - Google Patents

光固化阻燃抗静电涂料及抗静电涂层 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种光固化阻燃抗静电涂料及抗静电涂层。光固化阻燃抗静电涂料，制备光固化阻燃抗静电涂料的原料包括按照质量份数的如下组分：

Description

光固化阻燃抗静电涂料及抗静电涂层
技术领域
本发明涉及涂料技术领域，特别是涉及一种光固化阻燃抗静电涂料及抗静电涂层。
背景技术
紫外光固化技术是多官能单体和引发剂在紫外光照射下发生聚合反应，生成三维交联的网络状高分子材料。由于具有固化速度快、少污染、节能、固化产物性能优异等优点，广泛应用于涂料领域。光固化防静电涂料是通过紫外光固化的抗静电涂料，其优点是工艺简单、成本低廉且环境友好。防静电涂料能够解决如下问题：1)减少灰尘吸附；2)避免人碰触后的强烈电击感。防静电涂料已被广泛应用于显示屏、保护膜和防静电工作区的各种防护材料上。在民用领域，如木材、纤维、塑料、橡胶等家具材料，也需要防静电处理来减少表面的灰尘吸附。
但是紫外光固化生成的材料具有本质易燃性，在外界热源或火源作用下易被点燃，释放热量、烟雾和有毒气体，这限制了该类涂料用于对阻燃有要求的场合。如在半导体无尘室常用的防静电板材阻燃等级需要达到UL94-V0等级，有些苛刻的场所甚至要求通过FM-4910防火认证。在民用家具领域，对制品的防火等级也有严格的要求，一般要达到B2等级以上。一般来讲，提高材料的阻燃性能可通过添加阻燃剂来实现，但传统的阻燃添加剂与UV固化树脂之间的相容性较差，甚至导致宏观相分离，影响涂层的透光率。
发明内容
基于此，有必要针对如何兼顾阻燃性和透光性的问题，提供一种光固化阻燃抗静电涂料及抗静电涂层。
一种光固化阻燃抗静电涂料，制备所述光固化阻燃抗静电涂料的原料包括按照质量份数的如下组分：
Figure BDA0002391362900000021
本发明技术方案的光固化阻燃抗静电涂料中，阻燃活性单体具有优异的阻燃性能，同时，无机抗静电剂还可以与阻燃剂一起起到协同提高阻燃性能的效果，进一步提高光固化阻燃抗静电涂料的阻燃性能。此外，经过试验证明，使用上述光固化阻燃抗静电涂料的抗静电涂层具有优异的透光性。因此，本发明的光固化阻燃抗静电涂料能够兼顾阻燃性和透光性，有利于应用。
在其中一个实施例中，所述光固化树脂选自聚氨酯丙烯酸酯和聚酯丙烯酸酯中的至少一种。
在其中一个实施例中，所述阻燃活性单体的结构式如下：
Figure BDA0002391362900000022
在其中一个实施例中，所述光引发剂为裂解型光引发剂。
在其中一个实施例中，所述稀释剂选自醇类稀释剂、酮类稀释剂、酯类稀释剂、醇醚类稀释剂和醇酮类稀释剂的至少一种。
在其中一个实施例中，所述无机抗静电剂选自纳米氧化物和纳米碳材料中的至少一种。
在其中一个实施例中，所述纳米氧化物选自掺锡氧化铟、掺锑二氧化锡和掺铝氧化锌中的至少一种。
在其中一个实施例中，所述纳米碳材料选自碳纳米管和石墨烯中的至少一种。
在其中一个实施例中，所述助剂选自消泡剂、分散剂、防沉剂、抗氧剂、附着力促进剂、防腐剂、pH调节剂、成膜助剂和流平剂中的至少一种。
一种抗静电涂层，所述抗静电涂层由上述的光固化阻燃抗静电涂料制得。
经试验证明，本发明技术方案的抗静电涂层能够兼顾阻燃性和透光性，有利于应用。
具体实施方式
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面对本发明的具体实施方式做详细的说明。在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明。但是本发明能够以很多不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似改进，因此本发明不受下面公开的具体实施例的限制。
除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。
一实施方式的光固化阻燃抗静电涂料，制备光固化阻燃抗静电涂料的原料包括按照质量份数的如下组分：
Figure BDA0002391362900000031
上述光固化阻燃抗静电涂料中，光固化树脂含有活性官能团，能在紫外光照射下由光引发剂(light initiator)引发聚合反应，生成不溶的涂膜。阻燃活性单体本身具有优异的阻燃性能，同时，无机抗静电剂还可以与阻燃剂一起起到协同提高阻燃性能的效果，进一步提高光固化阻燃抗静电涂料的阻燃性能。此外，经过试验证明，使用上述光固化阻燃抗静电涂料的抗静电涂层具有优异的透光性。
优选地，光固化树脂选自聚氨酯丙烯酸酯(PUA)和聚酯丙烯酸酯(polyesteracrylate)中的至少一种。聚氨酯丙烯酸酯(PUA)的分子中含有丙烯酸官能团和氨基甲酸酯键，固化后的胶黏剂具有聚氨酯的高耐磨性、粘附力、柔韧性、高剥离强度和优良的耐低温性能以及聚丙烯酸酯卓越的光学性能和耐候性，是一种综合性能优良的辐射固化材料。聚酯丙烯酸酯的粘度极低，具有优良的柔韧性和非常低的膜收缩，在塑料和玻璃上的附着力好，涂层间的附着力杰出的特点。当然，光固化树脂不限于此，还可以为其他的不饱和聚酯。
优选地，阻燃活性单体的结构式如下：
Figure BDA0002391362900000041
上述阻燃活性单体为含磷丙烯酸酯单体，主要是以环状磷酸酐(OP)与含有羟基的丙烯酸酯单体进行酯化反应，制备出的具有光固化活性的阻燃单体。上述含磷丙烯酸酯单体本身具有磷原子基团，具有较好的阻燃性能，其阻燃机理是通过将具有磷元素的阻燃剂通过化学键结合的方法连接在丙烯酸酯中，使得涂料及涂层具有优异的阻燃性能。当然，本发明的光固化阻燃抗静电涂料中使用的阻燃活性单体不限于此，还可以为其他含磷或者含氮的具有较好阻燃性能的活性单体。
优选地，光引发剂为裂解型光引发剂。裂解型光引发剂的黄变系数较小，主要使取代苄基的红移波长偏小，不易产生共振变色。优选为1-羟基-环己基-苯基甲酮(光引发剂184)或者1173。
优选地，稀释剂选自醇类稀释剂、酮类稀释剂、酯类稀释剂、醇醚类稀释剂和醇酮类稀释剂的至少一种。
更优地，醇类稀释剂选自甲醇、乙醇、正丙醇和丁醇中的至少一种。酮类稀释剂选自丙酮、丁酮、环戊酮和甲基异丁基酮中的至少一种。酯类稀释剂选自乙酸乙酯、乙酸丁酯和醋酸戊酯中的至少一种。醇醚类稀释剂选自乙二醇乙醚、乙二醇丁醚和二乙二醇乙醚中的至少一种。醇酮类稀释剂选自4-羟基-2-丁酮和二丙酮醇中的至少一种。
更优地，稀释剂包括3.0重量份～3.5重量份的乙醇、52.1重量份-54.0重量份的正丙醇、5.0重量份～6.5重量份的丁醇、1.5重量份～2.0重量份的乙酸丁酯和25.0重量份～27.0重量份的乙二醇乙醚。
其中，抗静电剂是添加在塑料之中或涂敷于模塑制品的表面,以达到减少静电积累目的的一类添加剂。无机抗静电剂不仅能够起到抗静电的作用，还能够起到阻燃的作用。因此，无机抗静电剂能够与阻燃剂一起起到协同提高阻燃性能的效果，进一步提高光固化阻燃抗静电涂料的阻燃性能。
优选地，无机抗静电剂选自纳米氧化物和纳米碳材料中的至少一种。
优选地，纳米氧化物选自掺锡氧化铟(ITO)、掺锑二氧化锡(ATO)和掺铝氧化锌(ZAO)中的至少一种。
优选地，纳米碳材料选自碳纳米管和石墨烯中的至少一种。更优地，碳纳米管为单壁碳纳米管，石墨烯为单层石墨烯。
优选地，助剂选自消泡剂、分散剂、防沉剂、抗氧剂、附着力促进剂、防腐剂、pH调节剂、成膜助剂和流平剂中的至少一种。
其中，助剂优选为抗氧剂和/或流平剂。更优地，抗氧剂的重量份为0.1份～0.3份，流平剂的重量份为0.2份～0.6份。更优地，抗氧剂为2,6二叔丁基对甲酚，流平剂为改性聚硅氧烷，优选BYK333。
本发明的光固化阻燃抗静电涂料能够兼顾阻燃性和透光性，有利于应用。
一实施方式的抗静电涂层，由上述的光固化阻燃抗静电涂料制得。
该防静电涂层由如上述的光固化防静电涂料经涂布工艺涂敷在基材上后经干燥、光固化得到。
进一步地，涂布工艺可为喷涂、淋涂、浸涂、辊涂或者刷涂等。上述涂布工艺简单易行，便于操作。
优选地，干燥的条件为：60℃～70℃条件下热固化5分钟～8分钟。更优选地，经60℃、68℃、60℃三段温度热固化，每段固化时间相同，总固化时间为5分钟～8分钟，得到预制品。
优选地，光固化的条件为：将干燥后的涂有长效防静电涂料的预制品以2m/min～4m/min的速度进入光源区，累计辐射300mj/cm2～800mj/cm2。
进一步地，基材可以为PVC板、PC板、PMMA板、木板等，但不限于此。
本发明的防静电涂层在PVC或PC表面的硬度为HB，在PMMA表面的硬度为2H，具有优异的耐划伤性。
优选的，如上述的防静电涂层的厚度为4μm～15μm；更优选为6μm～10μm。
经试验证明，本发明技术方案的抗静电涂层能够兼顾阻燃性和透光性，有利于应用。
此外，本发明的光固化阻燃抗静电涂料成本低、施工工艺简单、阻燃性能好，且涂层透明性高，适于用作无尘室阻燃透明防静电隔断以及建筑、家具装饰等领域防火专用涂料。
下面结合具体实施例对本发明的光固化阻燃抗静电涂料及抗静电涂层进行进一步的说明(以下实施例如无特殊说明，则不含有除不可避免的杂质以外的其它未明确指出的组分)。实施例中未注明具体条件者，按照常规条件或制造商建议的条件进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市购买获得的常规产品。
实施例1
将长兴公司6145 5.5kg与含磷丙烯酸酯单体3kg、1-羟基-环己基-苯基甲酮0.5kg、乙醇3kg、正丙醇54kg、正丁醇5kg、乙酸丁酯2kg、乙二醇甲醚27kg、ATO 2kg、2,6二叔丁基对甲酚0.5kg、BYK333 0.3kg混合均匀，即得实施例1的光固化阻燃抗静电涂料。
实施例2
将长兴公司6145 5.5kg与含磷丙烯酸酯单体3kg、1-羟基-环己基-苯基甲酮0.5kg、乙醇3kg、正丙醇54kg、正丁醇5kg、乙酸丁酯2kg、乙二醇甲醚27kg、CNT 0.5kg、2,6二叔丁基对甲酚0.5kg、BYK333 0.3kg混合均匀，即得实施例2的光固化阻燃抗静电涂料。
实施例3
将日本合成公司7600B 5.5kg与含磷丙烯酸酯单体3kg、1-羟基-环己基-苯基甲酮0.5kg、乙醇3kg、正丙醇54kg、正丁醇5kg、乙酸丁酯2kg、乙二醇甲醚27kg、ATO 2kg、2,6二叔丁基对甲酚0.5kg、BYK333 0.3kg混合均匀，即得实施例3的光固化阻燃抗静电涂料。
实施例4
将日本合成公司7600B 5.5kg与含磷丙烯酸酯单体3kg、1-羟基-环己基-苯基甲酮0.5kg、乙醇3kg、正丙醇54kg、正丁醇5kg、乙酸丁酯2kg、乙二醇甲醚27kg、CNT 0.5kg、2,6二叔丁基对甲酚0.5kg、BYK333 0.3kg混合均匀，即得实施例4的光固化阻燃抗静电涂料。
对比例1
与实施例4基本相同，区别在于，将含磷丙烯酸酯单体替换为TMPTA(三羟甲基丙烷三丙烯酸酯)。
对比例2
与实施例4基本相同，区别在于，含磷丙烯酸酯单体添加量为0.5kg。
对比例3
与实施例4基本相同，区别在于，含磷丙烯酸酯单体添加量为6kg。
对比例4
与实施例4基本相同，区别在于，未添加CNT抗静电剂。
性能测试：
将实施例1～4和对比例1～4制备的光固化阻燃抗静电涂料按照以下步骤制作于聚氯乙烯(PVC)板上：
1)首先对PVC板进行清洗，包含吹洗和溶剂清洗。
2)使用实施例1～4和对比例1～4制备的光固化阻燃抗静电涂料分别对清洗后的PVC板进行淋涂，涂层厚度7μm；然后进行一段温度干燥，即为55℃干燥8分钟，得到预制品。
3)将预制品以2m/min的速度进入光源区，累计辐射500mJ/cm2，分别得到实验组1～4和对比组1～4涂层处理的PVC板。
将实验组1～4及对比组1～4制备得到的PVC板进行各项性能指标评价，评价结果如表1所示：
表1
Figure BDA0002391362900000081
注：PVC板的初始硬度HB，透光率75％。
由以上表1的实验组1～4及对比组1～4的测试数据可以得出以下结论：
(1)实验组1～4与对比组1相比，实验组1～4的垂直燃烧测试的自熄时间为7s～11s，而对比组1的垂直燃烧测试的自熄时间大于60s，表明实施例1～4的光固化阻燃抗静电涂料比对比例1的涂料的阻燃性能好，如使用普通活性单体，涂层燃烧测试不具有自熄性能，从而表明采用含磷丙烯酸酯单体可有效改善涂料以及由涂料制成的涂层的阻燃性能；
(2)实验组4与对比组4相比，实验组4的垂直燃烧测试的自熄时间为11s，而对比组4的垂直燃烧测试的自熄时间为22s，也就是说，在没有无机抗静电剂添加的情况下，制品燃烧时间从11s增加到22s，这表明无机抗静电剂和含磷丙烯酸酯单体之间存在协同提高阻燃性能的作用；
(3)由对比组3的固化情况的实验数据可知，当含磷丙烯酸酯添加过量时，涂层无法固化，无法满足实际应用要求；
(4)由实验组1～4的透光率的实验数据可知，PVC板的初始透光率为75％，实验组1～4的透光率分别为65％、70％、65％、70％，因此，采用实施例1～4的光固化阻燃抗静电涂料制作涂层，对PVC板的初始透光率影响不大，表明实施例1～4的光固化阻燃抗静电涂料具有较好的透光性。
以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (10)

1.一种光固化阻燃抗静电涂料，其特征在于，制备所述光固化阻燃抗静电涂料的原料按照质量份数的如下组分：
Figure FDA0003135282010000011
所述阻燃活性单体的结构式如下：
Figure FDA0003135282010000012
所述助剂选自抗氧剂和流平剂中的至少一种。
2.根据权利要求1所述的光固化阻燃抗静电涂料，其特征在于，所述光固化树脂选自聚氨酯丙烯酸酯和聚酯丙烯酸酯中的至少一种。
3.根据权利要求1所述的光固化阻燃抗静电涂料，其特征在于，所述光引发剂为裂解型光引发剂。
4.根据权利要求3所述的光固化阻燃抗静电涂料，其特征在于，所述裂解型光引发剂为1-羟基-环己基-苯基甲酮或者1173光引发剂。
5.根据权利要求1所述的光固化阻燃抗静电涂料，其特征在于，所述稀释剂选自醇类稀释剂、酮类稀释剂、酯类稀释剂、醇醚类稀释剂和醇酮类稀释剂的至少一种。
6.根据权利要求1所述的光固化阻燃抗静电涂料，其特征在于，所述无机抗静电剂选自纳米氧化物和纳米碳材料中的至少一种。
7.根据权利要求6所述的光固化阻燃抗静电涂料，其特征在于，所述纳米氧化物选自掺锡氧化铟、掺锑二氧化锡和掺铝氧化锌中的至少一种。
8.根据权利要求6所述的光固化阻燃抗静电涂料，其特征在于，所述纳米碳材料选自碳纳米管和石墨烯中的至少一种。
9.根据权利要求1所述的光固化阻燃抗静电涂料，其特征在于，所述抗氧剂为2,6二叔丁基对甲酚，所述流平剂为改性聚硅氧烷。
10.一种抗静电涂层，其特征在于，所述抗静电涂层由权利要求1～9中任一项所述的光固化阻燃抗静电涂料制得。
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