本发明属于水性涂料技术领域，具体涉及一种新型水性紫外光固化耐磨涂料及其制备方法和使用方法。
背景技术：
目前市场的紫外光固化涂料，基本都是油性紫外光固化涂料，其中耐磨漆大多是聚氨酯丙烯酸酯、环氧丙烯酸酯配合陶瓷粉或氧化铝制成、具有硬度高、耐磨性佳的优点。由于油性聚氨酯丙烯酸酯、环氧丙烯酸酯自身漆膜收缩性大、易脆耐磨性差、附着力差、加入耐磨材料多使得涂料液体防沉性差、漆膜透明性差等缺点，尚不能满足市场需求。市场上少有的水性紫外光固化涂料，也存在固含低、填充差、漆膜易返白、不耐水、不耐磨、不抗刮擦等问题。
技术实现要素：
本发明为了解决现有涂料存在耐磨性差、附着力差、防沉性差的技术问题，提供一种新型水性紫外光固化耐磨涂料。
本发明的另一个目的是提供一种新型水性紫外光固化耐磨涂料的制备方法。
本发明的第三个目的是提供一种新型水性紫外光固化耐磨涂料的使用方法。
一种新型水性紫外光固化耐磨涂料，由以下重量组分的物质组成：
所述纳米复合填料由气相二氧化硅、纳米氧化铝和纳米玻璃粉以11～18：3～5：2～4的比例组成。
本发明的新型水性紫外光固化耐磨涂料，以十官能度水性聚氨酯丙烯酸酯和二官能度水性聚氨酯丙烯酸酯作为主体，形成交联结构的水性分散体系，十官能度水性聚氨酯丙烯酸酯中含有大量的氨基甲酸酯键有助于大分子链与链之间形成氢键，提高涂膜的交联密度及成膜速度，赋予涂料体系良好的耐磨性和附着性，二官能度水性聚氨酯丙烯酸酯用于提高涂料体系的柔韧性及改善涂膜的粘合性，避免涂膜出现裂纹和泛黄问题，水性混合稀释剂作为溶剂来调节粘度及加快交联反应固化，纳米复合填料作为改性材料，其中的气相二氧化硅能够改变流变曲线形状、提高低剪切率下的粘度，而纳米氧化铝提高材料的流动性及增加涂料耐磨性能，纳米玻璃粉增加涂料的透明性，同时纳米复合填料的粒径小、分散性好、具有防沉淀效果，阻聚剂可以高效地控制水性涂料体系的流平性、稳定性和沉降性，使得水性涂料具有优异的储存稳定性，并在施工应用中展现抗流挂性能，提高产品的粘附性，再结合分散剂、消泡剂、消泡剂、流平剂、助引发剂，以及光引发剂引发单体发生交联反应，本申请涂料辊涂使用中，流平性好、填充性好、透底性好，涂布在木地板后，漆膜在紫外光照射下迅速交联，在干燥过程中干燥均匀、无返白、开裂现象、漆面即耐磨又清透、使木材纹理更自然的绽放，干燥后形成高度网状结构，具有高耐磨、高附着，同时防沉降效果优秀、具有优异的储存稳定性，可延长涂料储存时间。
优选的，所述十官能度水性聚氨酯丙烯酸酯为含羟基10官能低粘度脂肪族氨酯丙烯酸酯，固含为100％。优选为广东博兴型号b-912，粘度9000-13000cps/60℃，折光率1.498±0.005，固化快、坚韧性好的水性耐溶剂，且具有比较均衡的硬度和柔韧性，外观具有很好的透明度、表面流平效果和光泽度，对木材具有良好的附着性能，可用于改善耐磨性，本申请所述十官能度水性聚氨酯丙烯酸酯的重量组分占比为20～25份，当十官能度水性聚氨酯丙烯酸酯的含量小于20份时，存在涂膜的固化性和耐热性差的问题，相反，当十官能度水性聚氨酯丙烯酸酯的含量超过25份时，由于过度的固化密度，可能在涂膜中引起裂纹和泛黄问题。
优选的，所述二官能度水性聚氨酯丙烯酸酯为含羟基二官能脂肪族氨酯丙烯酸酯，固含为100％。优选为广东博兴型号b-210d，粘度9000-13000cps/60℃，折光率1.482±0.005，是一种两官能度pua树脂，中等分子量，固化速度快，放热量低，坚韧性佳，在涂料中调节配方的硬度和柔韧性，是一种为无色透明粘稠液，可用于改善附着力和透明度，本申请中所述二官能度水性聚氨酯丙烯酸酯的添加量为35～50份，更优选添加量为40～45份，若添加量小于35份，这涂料的密合性变弱，影响涂膜的固化性，相反，添加量大于50份，将降低固化速度，存在开裂的问题。
优选的，所述阻聚剂为黄原胶、瓜尔胶、海藻酸钠中的一种或任意组合。本申请添加阻聚剂有助于改善涂料沉降性、流变性和垂直表面，为涂料提供良好流体触变性。优选为黄原胶和瓜尔胶复配使用，瓜尔胶有低价高效乳化和增稠性能，黄原胶在溶液中具有硬棒形状，可以高效地控制水性涂料体系的流平性、稳定性和沉降性，两者复配形成凝胶，能够产生协同增效的效果，在低剪切力下具有高粘度的特点，另外还具有悬浮性和高度的假塑性流动以及出色的高温酸碱稳定性以及对其他助剂的容忍性，可有效控制涂料，在涂布时的扩散性，并可有效预防流陷，优秀的流变控制性能使得水性涂料具有优异的储存稳定性，并在施工应用中展现抗流挂性能，本申请最后再加入阻聚剂，先加入会影响聚合反应的正常进行。
优选的，所述气相二氧化硅为细度为12～16微米的气相二氧化硅微粉；本申请采用气相二氧化硅微粉为12～16微米，粒径过小容易沉降影响涂料储存性能，粒径过大不易分散且造成脆性，微米级球形气相二氧化硅微粉能够改变流变曲线形状，提高低剪切率下的粘度，相比于传统粘稠剂和流变控制剂，其表现出优异的流变性能，对涂料具有抗沉降作用，防止固结，改善流动性，确保在各种施工条件下保持良好的抗流挂作用，能够在水性系类涂料中快速、完全分散，从而帮助企业减少额外的工艺步骤(如研磨)，使生产过程变得更快、更高效，并赋予涂料产品更好的流变效率。
所述纳米氧化铝为细度为12～16微米的亲水性纳米氧化铝微粉；能够形成高硬度透明防陶瓷耐磨清漆，提高材料的流动性及增加涂料耐磨性能，本申请采用纳米氧化铝为12～16微米，粒径过小容易沉降影响涂料附着力，粒径过大不易分散且造成容易干裂。
所述纳米玻璃粉为细度为2～5微米的纳米级无铅玻璃粉。超细玻璃粉是一种优质的中性无机填料，材料分散性强可均匀分散于各种材料中。添加后可增加耐候性涂料中添加纳米透明玻璃粉后，可增加涂料漆膜硬度、耐磨、耐刮系数。
优选的，所述水性混合稀释剂为甲基丙烯酸-2-羟基乙酯与聚乙二醇二丙烯酸酯按5～7：3～5比例组成。优点是：水性混合稀释剂不仅调节粘度、光固化速度和光聚合反应程度，还参与光固化过程，本申请使用甲基丙烯酸-2-羟基乙酯与聚乙二醇二丙烯酸酯以特定比例混合，特点是uv固化速率快，交联密度高。甲基丙烯酸-2-羟基乙酯在涂料中起到了稳定剂的作用，防止涂料胶化，延长涂料储存时间，聚乙二醇二丙烯酸酯起到溶解和调整涂料干燥时间，降低表面张力，帮助成膜的作用。优选所述水性混合稀释剂为甲基丙烯酸-2-羟基乙酯与聚乙二醇二丙烯酸酯按7：3比例组成，本申请水性混合稀释剂为25～35份，当含量小于25份时，可加工性和流平性可能劣化，相反，当含量超过35份时，涂膜的形成容易减少。
优选的，所述光引发剂由光引发剂a和光引发剂b按2～4：2～4的比例组成；所述光引发剂a为2-羟基-2-甲基-1-苯基丙酮或2-羟基-2-甲基-1-苯基-1-丙酮；所述光引发剂b为1-羟基环乙基苯基甲酮或2，4，6-三甲基苯甲酰基-二苯基氧化膦。本申请使用裂解型光引发剂，采用复配光引发剂a和光引发剂b，用于引发聚合物交联。
优选的，所述助引发剂为三级胺丙烯酸酯、烷基羟基胺、二甲氨基苯甲酸酯中的一种；，优选为三级胺丙烯酸酯，三级胺丙烯酸酯为透明液体。
所述分散剂为固含100％的酸性基团共聚物；分散剂的作用在于制成纳米复合填料与单体混合浆料的过程中改善两者之间的兼容性，使得纳米复合填料能均匀的分散在涂料中。
所述消泡剂为固含100％的聚醚聚硅氧烷透明液体；为了提高涂膜的密合性而添加。
所述流平剂为固含100％的聚醚改性聚二甲基硅氧烷。该流平剂具有很强的降表面张力，优异的抗缩孔，良好的底材润湿和促进立面流平，使得涂层均匀平整。
一种上述新型水性紫外光固化耐磨涂料的制备方法，包括以下步骤：
1)、将十官能度水性聚氨酯丙烯酸酯、1/2～2/3重量份的水性混合活性稀释剂、分散剂、纳米复合填料在转速300～450转/分钟下依次加入，混合搅拌均匀；
2)、将剩余的水性混合活性稀释剂、消泡剂、流平剂、光引发剂、助引发剂在转速300～450转/分钟搅拌下依次加入混合，再用转速700～900转/分钟搅拌10～15分钟得初阶段混合物；
3)、向上述初阶段混合物中加入二官能度水性聚氨酯丙烯酸酯、再用转速700～900转/分钟搅拌10～15分钟后，再加入阻聚剂在转速300～450转/分钟搅拌10～15分钟，过滤去除杂质后，得到新型水性紫外光固化耐磨涂料。
一种上述新型水性紫外光固化耐磨涂料的使用方法，包括以下步骤：
以上各组份分步混合搅拌均匀后，过滤后加入加温桶，将涂料温度加到45～50℃后使涂料温度均匀且有助于消泡完成，将木地板用240号砂纸打磨光滑后，按涂装20～25g/㎡涂布量厚度，用辊涂机滚涂木板上，放入紫外光固化机3～5秒干燥完成。
本发明相对于现有技术，有以下优点：
本发明的新型水性紫外光固化耐磨涂料，以十官能度水性聚氨酯丙烯酸酯和二官能度水性聚氨酯丙烯酸酯作为主体，形成交联结构的水性分散体系，十官能度水性聚氨酯丙烯酸酯中含有大量的氨基甲酸酯键有助于大分子链与链之间形成氢键，提高涂膜的交联密度及成膜速度，赋予涂料体系良好的耐磨性和附着性，二官能度水性聚氨酯丙烯酸酯用于提高涂料体系的柔韧性及改善涂膜的粘合性，避免涂膜出现裂纹和泛黄问题，水性混合稀释剂作为溶剂来调节粘度及加快交联反应固化，纳米复合填料作为改性材料，其中的气相二氧化硅能够改变流变曲线形状、提高低剪切率下的粘度，而纳米氧化铝提高材料的流动性及增加涂料耐磨性能，纳米玻璃粉增加涂料的透明性，同时纳米复合填料的粒径小、分散性好、具有防沉淀效果，阻聚剂可以高效地控制水性涂料体系的流平性、稳定性和沉降性，使得水性涂料具有优异的储存稳定性，并在施工应用中展现抗流挂性能，提高产品的粘附性，再结合分散剂、消泡剂、消泡剂、流平剂、助引发剂，以及光引发剂引发单体发生交联反应，本申请涂料辊涂使用中，流平性好、填充性好、透底性好，涂布在木地板后，漆膜在紫外光照射下迅速交联，在干燥过程中干燥均匀、无返白、开裂现象、漆面即耐磨又清透、使木材纹理更自然的绽放，干燥后形成高度网状结构，具有高耐磨、高附着，同时防沉降效果优秀、具有优异的储存稳定性，可延长涂料储存时间。
本申请的新型水性紫外光固化耐磨涂料的制备方法，加工简单，成本较低，所制得的新型水性紫外光固化耐磨涂料应用于地板漆，具有超耐磨和附着力高的特点，用这种方法可以得到极薄的涂层，涂布量少既可达到满意涂装效果，节约成本，具有更大的经济价值，施工简单多样化可喷涂、淋涂，用途广，可用于地板，家具，木质风扇叶，乐器等木制品，本制备方法最后在加入阻聚剂，先加入会影响聚合反应的正常进行。
本申请的新型水性紫外光固化耐磨涂料的使用方法，漆膜干燥后形成高度网状结构，不易老化，柔韧坚牢，耐摩擦，变控制性能使得水性涂料具有优异的储存稳定性，并在施工应用中展现抗流挂性能，不会在使用时因沉淀或返稠堵住机器管道，没有挥发性刺激气味，在加温40-50度过程中不会刺鼻，不刺激眼睛对施工人员安全保护性能好。
具体实施方式
下面对本发明技术作具体说明：
结合具体实施例1-4说明本发明的具体技术方案：
实施例1：
一种上述新型水性紫外光固化耐磨涂料的制备方法，包括以下步骤：
1)、按表1重量组分称量各组分后，将十官能度水性聚氨酯丙烯酸酯、1/2重量份的水性混合活性稀释剂、分散剂、纳米复合填料在转速450转/分钟下依次加入，混合搅拌均匀；
2)、将剩余的水性混合活性稀释剂、消泡剂、流平剂、光引发剂、助引发剂在转速450转/分钟搅拌下依次加入混合，再用转速700转/分钟搅拌15分钟得初阶段混合物；
3)、向上述初阶段混合物中加入二官能度水性聚氨酯丙烯酸酯、再用转速700转/分钟搅拌15分钟后，再加入阻聚剂在转速450转/分钟搅拌10分钟，过滤去除杂质后，得到新型水性紫外光固化耐磨涂料。
将上述制备的新型水性紫外光固化耐磨涂料的使用方法进行涂装测试，包括以下步骤：
以上各组份分步混合搅拌均匀后，过滤后加入加温桶，将涂料温度加到45℃后使涂料温度均匀且有助于消泡完成，将木地板用240号砂纸打磨光滑后，按涂装20g/㎡涂布量厚度，用辊涂机滚涂木板上，放入紫外光固化机5秒干燥完成。
实施例2：
一种上述新型水性紫外光固化耐磨涂料的制备方法，包括以下步骤：
1)、按表1重量组分称量各组分后，将十官能度水性聚氨酯丙烯酸酯、1/2重量份的水性混合活性稀释剂、分散剂、纳米复合填料在转速300转/分钟下依次加入，混合搅拌均匀；
2)、将剩余的水性混合活性稀释剂、消泡剂、流平剂、光引发剂、助引发剂在转速300转/分钟搅拌下依次加入混合，再用转速800转/分钟搅拌12分钟得初阶段混合物；
3)、向上述初阶段混合物中加入二官能度水性聚氨酯丙烯酸酯、再用转速800转/分钟搅拌12分钟后，再加入阻聚剂在转速300转/分钟搅拌15分钟，过滤去除杂质后，得到新型水性紫外光固化耐磨涂料。
将上述制备的新型水性紫外光固化耐磨涂料的使用方法进行涂装测试，包括以下步骤：
以上各组份分步混合搅拌均匀后，过滤后加入加温桶，将涂料温度加到50℃后使涂料温度均匀且有助于消泡完成，将木地板用240号砂纸打磨光滑后，按涂装25g/㎡涂布量厚度，用辊涂机滚涂木板上，放入紫外光固化机3秒干燥完成。
实施例3：
一种上述新型水性紫外光固化耐磨涂料的制备方法，包括以下步骤：
1)、按表1重量组分称量各组分后，将十官能度水性聚氨酯丙烯酸酯、2/3重量份的水性混合活性稀释剂、分散剂、纳米复合填料在转速400转/分钟下依次加入，混合搅拌均匀；
2)、将剩余的水性混合活性稀释剂、消泡剂、流平剂、光引发剂、助引发剂在转速400转/分钟搅拌下依次加入混合，再用转速900转/分钟搅拌10分钟得初阶段混合物；
3)、向上述初阶段混合物中加入二官能度水性聚氨酯丙烯酸酯、再用转速900转/分钟搅拌10分钟后，再加入阻聚剂在转速400转/分钟搅拌12分钟，过滤去除杂质后，得到新型水性紫外光固化耐磨涂料。
将上述制备的新型水性紫外光固化耐磨涂料的使用方法进行涂装测试，包括以下步骤：
以上各组份分步混合搅拌均匀后，过滤后加入加温桶，将涂料温度加到48℃后使涂料温度均匀且有助于消泡完成，将木地板用240号砂纸打磨光滑后，按涂装22g/㎡涂布量厚度，用辊涂机滚涂木板上，放入紫外光固化机4秒干燥完成。
实施例4：
一种上述新型水性紫外光固化耐磨涂料的制备方法，包括以下步骤：
1)、按表1重量组分称量各组分后，将十官能度水性聚氨酯丙烯酸酯、2/3重量份的水性混合活性稀释剂、分散剂、纳米复合填料在转速350转/分钟下依次加入，混合搅拌均匀；
2)、将剩余的水性混合活性稀释剂、消泡剂、流平剂、光引发剂、助引发剂在转速350转/分钟搅拌下依次加入混合，再用转速900转/分钟搅拌14分钟得初阶段混合物；
3)、向上述初阶段混合物中加入二官能度水性聚氨酯丙烯酸酯、再用转速900转/分钟搅拌14分钟后，再加入阻聚剂在转速350转/分钟搅拌14分钟，过滤去除杂质后，得到新型水性紫外光固化耐磨涂料。
将上述制备的新型水性紫外光固化耐磨涂料的使用方法进行涂装测试，包括以下步骤：
以上各组份分步混合搅拌均匀后，过滤后加入加温桶，将涂料温度加到50℃后使涂料温度均匀且有助于消泡完成，将木地板用240号砂纸打磨光滑后，按涂装23g/㎡涂布量厚度，用辊涂机滚涂木板上，放入紫外光固化机3秒干燥完成。
表1：实施例1～4中各组分的重量配比:
将实施例1-4的水性uv涂料进行理化性能测试，测试项目包括外观、硬度、耐磨性、附着力、耐冷热测试，以及储存稳定性测试，测试结果如表2所示。
储存稳定性测试方法如下：
(1)粘度：使用斯托默粘度计测试产品初始ku粘度η1；
(2)储存稳定性：将涂料分别在25℃和50℃中储存7天，使用斯托默粘度计测试产品ku粘度η2，与初始粘度进行比较，得到储存稳定系数k＝η2/η1*100％。
表2：理化性能测试结果
由上述实验数据可知，本申请实施例制备的新型水性紫外光固化耐磨涂料具有优秀的耐磨性和附着性，同时外观为浅乳白色稀薄液体，具有很好透明性，同时从储存稳定性系数可知，本申请具有防沉降效果，使用黄原胶和瓜尔胶复配作为阻聚剂，其储存稳定系数更高，表明具有更控制水性涂料体系的沉降性。本发明的新型水性紫外光固化耐磨涂料，以十官能度水性聚氨酯丙烯酸酯和二官能度水性聚氨酯丙烯酸酯作为主体，形成交联结构的水性分散体系，十官能度水性聚氨酯丙烯酸酯中含有大量的氨基甲酸酯键有助于大分子链与链之间形成氢键，提高涂膜的交联密度及成膜速度，赋予涂料体系良好的耐磨性和附着性，二官能度水性聚氨酯丙烯酸酯用于提高涂料体系的柔韧性及改善涂膜的粘合性，避免涂膜出现裂纹和泛黄问题，水性混合稀释剂作为溶剂来调节粘度及加快交联反应固化，纳米复合填料作为改性材料，其中的气相二氧化硅能够改变流变曲线形状、提高低剪切率下的粘度，而纳米氧化铝提高材料的流动性及增加涂料耐磨性能，纳米玻璃粉增加涂料的透明性，同时纳米复合填料的粒径小、分散性好、具有防沉淀效果，阻聚剂可以高效地控制水性涂料体系的流平性、稳定性和沉降性，使得水性涂料具有优异的储存稳定性，并在施工应用中展现抗流挂性能，提高产品的粘附性，再结合分散剂、消泡剂、消泡剂、流平剂、助引发剂，以及光引发剂引发单体发生交联反应，本申请涂料辊涂使用中，流平性好、填充性好、透底性好，涂布在木地板后，漆膜在紫外光照射下迅速交联，在干燥过程中干燥均匀、无返白、开裂现象、漆面即耐磨又清透、使木材纹理更自然的绽放，干燥后形成高度网状结构，具有高耐磨、高附着，同时防沉降效果优秀、具有优异的储存稳定性，可延长涂料储存时间。
以上所述仅为本申请的较佳实施例而已，并不用以限制本申请，凡在本申请的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。
1.一种新型水性紫外光固化耐磨涂料，其特征在于：由以下重量组分的物质组成：
所述纳米复合填料由气相二氧化硅、纳米氧化铝和纳米玻璃粉以11～18：3～5：2～4的比例组成。
2.根据权利要求1所述的一种新型水性紫外光固化耐磨涂料，其特征在于：所述十官能度水性聚氨酯丙烯酸酯为含羟基10官能低粘度脂肪族氨酯丙烯酸酯，固含为100％。
3.根据权利要求1所述的一种新型水性紫外光固化耐磨涂料，其特征在于：所述二官能度水性聚氨酯丙烯酸酯为含羟基二官能脂肪族氨酯丙烯酸酯，固含为100％。
4.根据权利要求1所述的一种新型水性紫外光固化耐磨涂料，其特征在于：所述阻聚剂为黄原胶、瓜尔胶、海藻酸钠中的一种或任意组合。
5.根据权利要求1所述的一种新型水性紫外光固化耐磨涂料，其特征在于：所述气相二氧化硅为细度为12～16微米的气相二氧化硅微粉；
所述纳米氧化铝为细度为12～16微米的亲水性纳米氧化铝微粉；
所述纳米玻璃粉为细度为2～5微米的纳米级无铅玻璃粉。
6.根据权利要求1所述的一种新型水性紫外光固化耐磨涂料，其特征在于：所述水性混合稀释剂为甲基丙烯酸-2-羟基乙酯与聚乙二醇二丙烯酸酯按5～7：3～5比例组成。
7.根据权利要求1所述的一种新型水性紫外光固化耐磨涂料，其特征在于：所述光引发剂由光引发剂a和光引发剂b按2～4：2～4的比例组成；
所述光引发剂a为2-羟基-2-甲基-1-苯基丙酮或2-羟基-2-甲基-1-苯基-1-丙酮；
所述光引发剂b为1-羟基环乙基苯基甲酮或2，4，6-三甲基苯甲酰基-二苯基氧化膦。
8.根据权利要求1所述的一种新型水性紫外光固化耐磨涂料，其特征在于：所述助引发剂为三级胺丙烯酸酯、烷基羟基胺、二甲氨基苯甲酸酯中的一种；
所述分散剂为固含100％的酸性基团共聚物；
所述消泡剂为固含100％的聚醚聚硅氧烷透明液体；
所述流平剂为固含100％的聚醚改性聚二甲基硅氧烷。
9.一种根据权利要求1-8任一项所述的新型水性紫外光固化耐磨涂料的制备方法，其特征在于包括以下步骤：
1)、将十官能度水性聚氨酯丙烯酸酯、1/2～2/3重量份的水性混合活性稀释剂、分散剂、纳米复合填料在转速300～450转/分钟下依次加入，混合搅拌均匀；
2)、将剩余的水性混合活性稀释剂、消泡剂、流平剂、光引发剂、助引发剂在转速300～450转/分钟搅拌下依次加入混合，再用转速700～900转/分钟搅拌10～15分钟得初阶段混合物；
3)、向上述初阶段混合物中加入二官能度水性聚氨酯丙烯酸酯、再用转速700～900转/分钟搅拌10～15分钟后，再加入阻聚剂在转速300～450转/分钟搅拌10～15分钟，过滤去除杂质后，得到新型水性紫外光固化耐磨涂料。
10.一种根据权利要求1-8任一项所述的新型水性紫外光固化耐磨涂料的使用方法，其特征在于包括以下步骤：
以上各组份分步混合搅拌均匀后，过滤后加入加温桶，将涂料温度加到45～50℃后使涂料温度均匀且有助于消泡完成，将木地板用240号砂纸打磨光滑后，按涂装20～25g/㎡涂布量厚度，用辊涂机滚涂木板上，放入紫外光固化机3～5秒干燥完成。
技术总结