底漆固化方法

專利名稱：底漆固化方法
技術領域：
本發明涉及在對木質基材涂底漆時一種固化不飽和聚酯樹脂底漆的方法。且更具體地說，本發明涉及一種底漆固化方法，該方法旨在得到能使木質基材強韌、導管密封性良好、變薄性低的光滑的不飽和聚酯樹脂底漆涂層。
涂料是一種在物體表面在形成涂膜的施工用材料。有適用于各種不同用途的許多種涂料。具體地說，通常在木材表面涂以漆、天然樹脂清漆、水性涂料、油性涂料、纖維素漆、合成樹脂涂料等。然而，木材性能隨年輪結構、細胞結構、管孔結構等等而變化。這就是為什么對某些用途而言，經常需要增加木材硬度并防止其損傷。達到這個目標的方式之一就是通過賦予木材以塑料性能而將木材轉變成木-塑結合結構(WPC)。這種結合材料是通過用苯乙烯、甲基丙烯酸甲酯、醋酸乙烯酯、丙烯腈和其它乙烯基單體，以及用不飽和聚酯、丙烯酸低聚物等(它們單獨地或以混合溶液的形式使用)填充木材細胞間的空間和其它孔隙，并使這些樹脂聚合而得到。這些結合材料的表面即使在未涂漆時就具有獨特的表面光澤。而且，通過著色可得到漂亮的外觀，并可增加硬度以提高耐磨性。然而，由于需要聚合這些填充樹脂，所以必須使用專用設備、增加生產成本并產生其它缺點。為了提高導管密封性、降低涂膜變薄性和提高基材粘接性，木質基材必須涂底漆。由于這個原因，使用了多種聚氨酯樹脂底漆，但它們在導管密封性、防涂膜變薄和基材粘接性方面均未能達到滿意的效果，因而它們不能用作增長木材硬度或防止損傷的有效方法。
在通常應用中，將包含有多元醇烯丙基醚組份和二環戊二烯等的酚醛樹脂型不飽和聚酯樹脂作為常規涂料。特別是，因為這些樹脂能在空氣中干燥、具有好的光澤和豐滿度、并提供了漂亮的光潔度，所以它們用于木制品涂料、密封劑、粘結劑、成型劑和其它產品。這類不飽和聚酯樹脂涂料通常在涉及建材、家具等等應用中用作二道底漆。在這些應用中、聚氨酯樹脂涂料主要用作底漆。
當待涂布的物體是木質基材時，為了制得適合特定基材的涂層，必須考慮到涂料的吸收、表面凹凸性等，因為這些基材的性能隨木材的類型和基材的生產方法而變化。特別是對于長導管紅櫟或水櫟(mizunara oak)，通常的兩組份聚氨酯樹脂底漆不能充分地密封導管或不能形成光滑的涂膜，并且涂膜明顯地變薄。另外，通常的兩組份聚氨酯樹脂底漆有時不能為軟質材料(例如，泡桐、楊樹、柳杉、和照射松)提供足夠的硬度或保護它們不受損傷，因而不能直接用作家具材料或建材、特別是不能用作桌面材料和其它要求有硬度的產品。
特別是，將基材用雙組份聚氨酯樹脂底漆涂布后，然后再用聚氨酯類二道底漆或用不飽和聚酯樹脂二道底漆涂布，如果這些基材是由軟材料組成、涂布后的基材不能得到必要的強韌性。另外，經常發生后固化變薄的現象使得不可能得到光滑的涂層表面。而且，聚氨酯樹脂單層底漆不能密封長導管木質基材，并且有時在涂布不飽和聚酯樹脂二道底漆時由于替代包含在木材中的空氣而產生氣泡，這經常使得不能得到光滑的涂層表面。已嘗試多種方法以期達到更高的表面硬度和更光滑的涂層表面，但是特別是對于涂底漆時，成本實用的并且不要求專用設備的涂膜處理方法仍存在未解決的問題。
由于經過反復和深入的研究，本發明者通過采用固化不飽和聚酯樹脂涂膜的新方法已成功地解決了這些問題。具體地說，本發明提供一種固化不飽和聚酯樹脂底漆的方法，其包括用一種含有有機過氧化物、羧酸金屬鹽和光聚合引發劑的不飽和樹脂底漆涂布木質基材；使涂膜在常溫或加熱下進行內部固化；隨后用活性能量射線照射而固化表面。所述羧酸金屬鹽應是高級脂肪酸鈷鹽、且優選為辛酸鈷。另外，所述木質基材優選具有3-20wt.％的平均含水量和0.30-1.00g/m3的干密度，且所述活性能量射線優選為紫外線。
本發明的第二個目的是提供一種固化另一種不飽和聚酯樹脂底漆的方法，其包括用一種含有有機過氧化物、羧酸金屬鹽和光聚合引發劑及烯基不飽和單體的不飽和樹脂底漆涂布木質基材；使涂膜在常溫或加熱下進行內部固化；隨后用活性能量射線照射而固化表面。所述羧酸金屬鹽應是高級脂肪酸鈷鹽、且優選為辛酸鈷。所述烯基不飽和單體是乙烯基單體或(甲基)丙烯酸單體。具體地說，該(甲基)丙烯酸單體優選為甲基丙烯酸2-羥乙酯。另外，所述木質基材優選具有3-20wt.％的平均含水量和0.30-1.00g/m3的干密度，且所述活性能量射線優選為紫外線。優選實施方式的描述下面將詳細地描述本發明。
本發明中所用的不飽和聚酯樹脂并沒有特定的限制。該樹脂是一種不飽和多元酸(如需要，也可使用飽和多元酸)和一種多元醇的縮聚物。不飽和多元酸的實例包括馬來酸酐、馬來酸、富馬酸、衣康酸酐和衣康酸。飽和多元酸的實例包括鄰苯二甲酸酐、鄰苯二甲酸、對苯二甲酸、間苯二甲酸、己二酸、四氫化鄰苯二甲酸酐、3-甲基四氫化鄰苯二甲酸酐、偏苯三甲酸、偏苯酸酐、均苯四酸、均苯四酸酐、和6-甲基-4-環己烯-1，2，3-三羧酸酐。
與不飽和多元酸縮聚的多元醇的實例包括乙二醇、丙二醇、二甘醇、三甘醇、二丙二醇、氫化雙酚A、雙酚A二氧丙氧基醚、雙酚A二聚氧丙氧基醚、1，9-任二醇、聚丙二醇、聚乙二醇、聚丁二醇、1，3-丁二醇、2，3-丁二醇、1，4-丁二醇、1，6-己二醇、2-乙基-1，3-己二醇、2，2，4-三甲基-1，3-戊二醇、新戊二醇、三羥甲基乙烷、三羥甲基丙烷、甘油、季戊四醇和環己烷二甲醇。
在本發明中，為了達到干燥性能，優選添加選自于環戊二烯類單元、二環戊二烯類單元和多元醇烯丙基醚單元中的至少一類單元作為不飽和聚酯樹脂的結構化基團。環戊二烯類單元、二環戊二烯類單元及其衍生物可引用作為環戊二烯類單元和二環戊二烯類單元的例子。這類衍生物的實例包括馬來酸三環癸酯、富馬酸三環癸酯、己二酸三環癸酯、富馬酸三環癸酯、間苯二甲酸三環癸酯、偏苯三甲酸三環癸酯、乙二醇三環癸基醚、二乙二醇三環癸基醚、丙二醇三環癸基醚、1，4-丁二醇三環癸基醚、1，6-己二醇三環癸基醚、新戊二醇三環癸基醚、甘油三環癸基醚、三羥甲基三環癸基醚、和羥基化二環戊二烯。
多元醇烯丙基醚單元的具體實例包括季四戊醇三烯丙基醚、三羥甲基丙烷二烯丙基醚、甘油單烯丙基醚、三羥甲基乙烷二烯丙基醚和甘油二烯丙基醚。其均為每個分子含有至少一個羥基的醚。
用在本發明中的不飽和聚酯樹脂底漆可包含一種有機過氧化物、羧酸金屬鹽、光聚合引發劑和一種烯基不飽和單體。所述有機過氧化物可以是過氧化甲乙酮、過氧氫化環己酮、異丙苯基過氧化氫、過氧化苯甲酰、過氧化二異丙苯、過氧苯甲酸叔-丁酯等。所述羧酸金屬鹽可以是高級脂肪酸鈷鹽、高級脂肪酸錳鹽等。高級脂肪酸鈷鹽可以是辛酸鈷或環烷酸鈷。高級脂肪酸錳鹽可以是辛酸錳或環烷酸錳。過氧化甲乙酮和辛酸鈷優選一起使用。
所述光聚合引發劑并不受任何特定的限制，只要受光作用時它能產生自由基。具體的實例包括4-苯氧基二氯苯乙酮、4-叔-丁基二氯苯乙酮、二乙氧基苯乙酮、2-羥基-2-甲基-1-苯基丙-1-酮、1-(4-異丙烯苯基)-2-羥基-2-甲基丙-1-酮、1-(4-十二烷基苯基)-2-羥基-2-甲基丙-1-酮、4-(2-羥乙基)-苯基(2-羥基-2-丙基)酮、1-羥基環己基苯基酮、2-羥丙基苯基酮、2-羥丙基-4-異丁基苯基酮、2-甲基-1-(4-(甲硫基)苯基)-2-馬啉基丙烷-1-苯偶姻、苯偶姻甲基醚、苯偶姻乙基醚、苯偶姻異丙基醚、苯偶姻異丁基醚、芐基二甲基縮酮、二苯甲酮、苯甲酰苯甲酸、苯甲酰苯甲酸甲酯、4-苯基二苯甲酮、羥基二苯甲酮、4-苯甲酰-4′-甲基二苯基硫、3，3′-二甲基-4-甲氧基二苯甲酮、噻噸酮、2-氯噻噸酮、2-甲基噻噸酮、2，4-二甲基噻噸酮、異丙基噻噸酮、樟腦醌、二苯并環庚酮、2-乙基蒽醌、4′，4″-二乙基間苯二甲酮、3，3′，4，4′-四(叔-丁基過氧化羰基)二苯甲酮，a-酰基肟酯，酰基氧化膦，乙醛酸甲苯酯、9，10-菲醌和4-(2-羥乙基)苯基-(2-羥基-2-丙基)酮。這些光聚合引發劑中，芐基二甲基縮酮、1-羥基環己基苯基酮、苯偶姻異丙基醚、4-(2-羥乙基)苯基-(2-羥基-2-丙基)酮和2-羥基-2-甲基-1-苯基丙-1-酮是優選使用的。
下列物質可用作光聚合引發劑的助劑三乙醇胺、三異丙醇胺、4，4′-二甲氨基二苯甲酮(米蚩酮)、4，4′-二乙氨基二苯甲酮、2-二甲氨基乙基苯甲酸、苯甲酸4-二甲氨基乙酯、苯甲酸4-二甲氨基(正-丁氧基)乙酯、苯甲酸4-二甲氨基異戊酯、苯甲酸4-二甲氨基-2-乙基己酯、2，4-二乙基噻噸酮、2，4-二異丙基噻噸酮等。
所述烯基不飽和單體可以是乙烯基單體或是含有甲基丙烯酰基或丙烯酰基的甲基丙烯酸或丙烯酸單體。乙烯基單體的實例包括苯乙烯單體、乙烯基甲苯和醋酸乙烯酯。甲基丙烯酸單體的實例包括丙烯酸嗎啉酯、苯氧基二乙二醇單丙烯酸酯、三丙二醇二丙烯酸酯、二丙二醇二丙烯酸酯、甲基丙烯酸烯丙酯、丙烯酸縮水甘油酯、甲基丙烯酸縮水甘油酯、丙烯酸2-甲氧基乙酯、丙烯酸苯氧基乙酯、甲基丙烯酸2-羥乙酯、甲氧基三乙二醇甲基丙烯酸酯、甲基丙烯酸2-甲氧基乙酯、甲基丙烯酸苯氧基乙酯、三丙烯酸三羥甲基丙酯、和三甲基丙烯酸三羥甲基丙酯。在這些烯基不飽和單體中，甲基丙烯酸單體是優選使用的，甲基丙烯酸2-羥乙酯是特別有效的。
雖然試劑的混合比率并不受任何特定的方式限制，但為了提高本發明的效果，選擇下列混合重量比(指相對于每100重量份不飽和聚酯樹脂(固體)的重量份)0.5-5重量份，且優選1-3重量份的有機過氧化物；0.3-1.0重量份，且優選0.4-0.6重量份的有機羧酸金屬鹽；0.5-5重量份，且優選1.5-3重量份的光聚合引發劑；10-40重量份，且優選20-30重量份的烯基不飽和單體。低于上述范圍的量使得干燥性差和固化慢，而高于上述范圍的量使得可涂布周期更短和加工性變差。
在將由此得到的不飽和聚酯樹脂底漆涂布至基材上后，首先使涂膜在常溫或加熱下進行固化。在實際應用中，涂膜的厚度應為約50-200μm。固化溫度為20-40℃；固化時間為30-90分鐘。隨后用活性能量射線對涂膜進行照射。照射方法并不限于任何特定的方式，只要它能活化光聚合引發劑。其實例包括用遠紫外線、紫外線、近紫外線或紅外線；用X射線、γ射線、或其它類型的電磁波；或用電子束、質子束、中子束、或其它類型的活性能量射線照射而使涂膜固化。使用紫外線照射的固化方法是有利的，因為其成本低、照射設備易于操作等等。150-450nm波長的光主要用于這種照射。照射方法的實例包括使用高壓汞燈、金屬鹵化物燈、氖燈、化學燈等。將二道底漆涂布至根據本發明得到的聚酯樹脂底漆上。也可能將一種聚氨酯底漆在不飽和聚酯樹脂底漆的下面。
在本發明的研究中使用的木質基材可以是實體木質基材、膠合板、纖維板、刨花板、蜷片板或其它木板，或它可以是一種層壓膠合板、紙面膠合板、紙面纖維板、轉印膠合板基材、轉印纖維板等。更具體地說，將木質基材的平均含水量調節為3-20wt％，并且將其干密度調節至0.30-1.00g/cm3，以防止基材在固化時翹曲、彎曲、開裂等，因而得到受控變形度。基材木質的具體實例包括日本柏木、日本香柏、hiba金鐘柏、松樹、楊樹、泡桐、日本鐵杉、刺揪、白樺、日本水青岡、水櫟、貝殼杉、櫟木、merukushimatsu、照射松、龍腦香、紅婆羅雙、膠樹、lamine、niyato、黑木、紅檀香、黃檀木和柚木。
本發明的方法能在涉及涂飾劑(也就是涂料)的各個技術領域中用于各種基材、糊料密封劑等等。根據其不同用途，只要本發明的效果不降低，也可加入下列組份消泡劑、阻燃劑、抗靜電劑、增塑劑、填料(云母、微粒狀二氧化硅、珍珠巖等)、流平劑(硅氧烷、乙酸丁酸纖維素、表面活性劑等)、穩定劑、防流掛劑(氫化篦麻油、微粒狀硅酸酐等)、消光劑(微粒狀二氧化硅等)、和其它組份。
也可使用下列稀釋劑乙酸乙酯、乙酸丁酯、甲苯、二甲苯、丁醇、丙酮、甲基異丁基酮、甲乙酮、溶纖劑、二丙酮醇、丙烯酸酯、烷基乙烯基酮及類似物。
實施例現將通過實施例更詳細地描述本發明，但本發明的本質并不限于此。除非另外提及，在制造例、實施例、和對比例中所指的“％”和“份數”均以重量為基準。
就導管密封性、硬度、變薄性和粘合性方面對不飽和聚酯樹脂底漆的性能進行評價。使用下列評價標準。導管密封性對實施例和對比例中得到的涂膜通過肉眼進行判定且根據下列三級進行評價○；導管密封性好△導管密封性一般×導管密封性不好硬度通過JIS k-5400 8.4.2的手工劃痕方法對在實施例和對比例中得到的涂布板進行測定，且其結果表達為由刮劃涂膜得到的鉛筆劃痕值。變薄性對實施例和對比例中得到的涂膜通過肉眼進行判定且根據下列三級進行評價○涂膜不變薄△涂膜稍微變薄×涂膜明顯變薄粘接性對實施例和對比例中得到的涂膜通過交叉切割(寬度2毫米；25升)的方法進行測試并根據下列三級進行評價⊙25/25○20/25至24/25△19/25或更少實施例1加入甲苯(25份)和乙酸乙酯(25份)以稀釋如下混合產物，該產物通過添加10份苯乙烯單體、20份甲基丙烯酸2-羥乙酯、1.5份過氧化甲乙酮(純度50％)、0.5份辛酸鈷(金屬含量8％)、0.6份芐基二甲基縮酮、和1.5份1-羥基環己基苯基酮至70份不飽和聚酯樹脂(Gohselac 750-70、由Nippon Gosei kagaku kogyo kabusiki kaisha生產)中而得到，然后就得到一種不飽和聚酯樹脂底漆。將該底漆以150g/m2的量噴涂在實體楊木基材上(10cm×20cm；厚度1cm)，并使其在室溫下(20℃)保持30分鐘，然后在40℃的烘箱中放置20分鐘、并且進行內部固化。然后將涂布的基材放置在一輸送帶上并以3m/min的速度在高壓汞燈(80W/cm)下通過。由此完成了固化，得到一個底漆涂層。然后將苯乙烯單體(20份)、過氧化甲乙酮(2份；純度50％)，辛酸鈷(0.5份；金屬含量8％)，1-羥基環己基苯基酮(2份)、和硬脂酸鋅(2份)添加至80份用于二道底漆用途的不飽和聚酯樹脂(Gohselac750-70、由Nippon Gosei kagaku kogyo kabusiki kaisha生產)中，得到不飽和聚酯樹脂二道底漆。將該底漆以300g/m2的量噴涂在上述實體楊木基材上，并使其在室溫(20℃)下保持30分鐘，在40℃的烘箱中放置20分鐘、并且進行內部固化。通過觸摸確認涂膜已達到半固化狀態后，將涂布的基材放置在一輸送帶上并以1.5m/min的速度在高壓汞燈(80W/cm)下通過。由此完成了固化，得到的膜厚為250μm。從表1中可以看出，所得的涂膜使得基材比當雙組份聚氨酯底漆用作底涂層時更強韌且具有更高的硬度，更好的導管密封性、較低的變薄性和更好的光滑性。對比例1將一種雙組份聚氨酯底漆以100g/m2的量噴涂在一實體楊木基材上(10cm×20cm；厚度1cm)。將液體組份A和組份B以A∶B為1∶1的比率混合而得到所述底漆。組份A包含60份的聚酯多元醇(Nippolan133-EP；羥基值205；由Nippolan Polyurethane Kogyo kabusiki kaisha生產)和40份乙酸乙酯。組份B包含60份Coronet L(NCO含量13％；由Nippolan Polyurethane Kogyo kabusiki kaisha生產)和40份乙酸丁酯。將噴涂后的基材在室溫(20℃)下保持6小時并干燥，得到一種底漆涂層。然后按實施例1中相同的步驟涂布二道底漆。所得涂膜的性能如表1中所示。
表1結合使用熱固化和紫外線固化得到的不飽和聚酯樹脂底漆和雙組份聚氨酯樹脂底漆的涂膜特征(基材實體楊木)
實施例2加入甲苯(25份)和乙酸乙酯(25份)以稀釋一如下混合產物，該產物通過添加10份苯乙烯單體、20份甲基丙烯酸2-羥乙酯、2份過氧化甲乙酮(純度50％)、0.5份辛酸鈷(金屬含量8％)、0.6份芐基二甲基縮酮、和1.5份1-羥基環己基苯基酮至70份不飽和聚酯樹脂(Gohselac 500B、由Nippon Gosei kagaku kogyo kabusiki kaisha生產)中而得到，然后就得到不飽和聚酯樹脂底漆。將該底漆以150g/m2的量噴涂在實體泡桐基材上(10cm×20cm；厚度2cm)，并使其在室溫下(20℃)保持30分鐘，然后在40℃的烘箱中放置20分鐘、并且進行內部固化。然后將涂布的基材放置在一輸送帶上并以3m/min的速度在高壓汞燈(80W/cm)下通過。由此完成了固化，得到一個底漆涂層。然后將在實施例1中用于二道涂層的不飽和聚酯二道底漆按實施例1中相同的方式進行涂布。從表2中可以看出，所得的涂膜使得基材比當雙組份聚氨酯底漆被用作底涂層時更強韌且具有更高的硬度，更好的導管密封性、較低的變薄性和更好的光滑性。對比例2按對比例1中相同的方式進行各步驟，只是使用一實體泡桐基材上(10cm×20cm；厚度2cm)代替實體楊木基材。
表2結合使用熱固化和紫外線固化得到的不飽和聚酯樹脂底漆和聚氨酯樹脂底漆的涂膜特征(基材實體泡桐)
本發明的固化聚酯樹脂底漆的方法，可在具有該底漆的木-塑結合材料基材上得到表面硬度和耐磨性，并達到極佳的導管密封性、控制涂膜變薄和基材粘接性、并且所述方法因為涂布基材不需專用設備或使木材具有塑料特征以得到木-塑結合制品而具有其它優點。
權利要求
1.一種固化不飽和聚酯樹脂底漆的方法，其包括用一種含有有機過氧化物、羧酸金屬鹽和光聚合引發劑的不飽和樹脂底漆涂布木質基材；使涂膜在常溫或加熱下進行內部固化；隨后用活性能量射線照射而固化表面。
2.一種固化不飽和聚酯樹脂底漆的方法，其包括用一種含有有機過氧化物、羧酸金屬鹽和光聚合引發劑及烯基不飽和單體的不飽和樹脂底漆涂布木質基材；使涂膜在常溫或加熱下進行內部固化；隨后用活性能量射線照射而固化表面。
3.如權利要求1或2所述的固化不飽和聚酯樹脂底漆的方法，其中所述羧酸金屬鹽是高級脂肪酸鈷鹽。
4.如權利要求3所述的固化不飽和聚酯樹脂底漆的方法，其中所述羧酸金屬鹽是辛酸鈷。
5.如權利要求2所述的固化不飽和聚酯樹脂底漆的方法，其中所述烯基不飽和單體是乙烯基單體或(甲基)丙烯酸單體。
6.如權利要求5所述的固化不飽和聚酯樹脂底漆的方法，其中所述(甲基)丙烯酸單體是甲基丙烯酸2-羥乙酯。
7.如權利要求1-6任一項所述的固化不飽和聚酯樹脂底漆的方法，其中所述木質基材具有3-20wt.％的平均含水量和0.30-1.00g/m3的干密度。
8.如權利要求1-7任一項所述的固化不飽和聚酯樹脂底漆的方法，其中所述活性能量射線優選為紫外線。
全文摘要
當涂裝木質基材時,為了制得一個適合特定基材的涂層時,必須考慮到涂料的吸收、表面凹凸性等,因為這些基材的性能隨木材的類型和基材的生產方法而變化。本發明提供一種固化不飽和聚酯樹脂底漆的方法,其包括:用一種含有有機過氧化物、羧酸金屬鹽和光聚合引發劑及選擇性的烯基不飽和單體的不飽和樹脂底漆涂布木質基材;使所述涂膜在常溫或加熱下進行內部固化;且隨后通過活性能量射線照射而固化表面。
文檔編號B05D3/00GK1273991SQ0010353
公開日2000年11月22日 申請日期2000年3月23日 優先權日1999年5月12日
發明者前川裕之 申請人:三有制漆株式會社