UV感光丙烯酸酯型水性聚氨酯的合成与应用研究

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丙烯酸酯型水性聚氨酯是一类非常重要光固化低聚物,由于其兼备聚氨酯和聚丙烯酸酯的性能,所以能赋予其它类型齐聚物难以提供的耐磨、耐化学药品性、柔韧性,而且具有良好的颜料相容性,也是用量最大的光固化树脂之一,在光固化涂料、胶黏剂、油墨、印刷行业得到了广泛的应用。紫外光固化体系具有节约能源、固化速度快、生产效率高以及环境友好等优点,也是目前重点研究的方向之一。本课题以异佛尔酮二异氰酸酯(IPDI)、聚己二酸新戊二醇二元醇(7112T)、聚乙二醇(PEG-1000),二羟甲基丙酸(DMPA)、甲基丙烯酸酯羟乙酯(HEMA)、三乙胺等为主要原料,制备UV感光丙烯酸酯型水性聚氨酯乳液(PUA)并对其性能进行研究探索,主要有以下三个部分:一、UV感光丙烯酸酯型水性聚氨酯的合成及工艺优化。二、不同聚酯和聚醚比例对PUA树脂性能的影响。三、UV感光丙烯酸酯型水性聚氨酯的应用研究。首先优化UV感光丙烯酸酯型水性聚氨酯合成条件,通过二正丁胺-丙酮法对预聚反应、扩链反应以及封端反应过程中异氰酸酯含量的进行标定,优化反应过程的温度、时间。选择预聚反应温度75℃,反应时间2h;亲水基团反应温度为80℃,时间为4h;封端反应温度为70℃,时间为4h;亲水基团二羟甲基丙酸用量选择在6%;中和剂为三乙胺,中和度为90%;阻聚剂优选对甲氧基苯酚,用量为HEMA的0.1%。在此基础上,保持聚二元醇含量不变的情况下,通过改变聚酯二元醇和聚醚二元醇之间的摩尔比例n(7112T):n(PEG-1000)=(1:0、7:3、1:1、3:7、0:1)五种类型对其性能探究,研究结果表明:随着聚乙二醇含量的增加,乳液的粒径变小,粘度增大,稳定性变好,其吸水率由7.8%增加到53.7%,耐水性变差,而涂膜的表面能增加,亲水性增强,接触角由57.8°下降至49.1°;聚乙二醇对其力学性能的影响,首先拉伸强度迅速下降,从28.1MPa降至6.6MPa,而断裂伸长率由80.9%上升到189.9%;涂膜具有良好光学性能,透光率可达89.7%;耐热性能随着聚乙二醇比例的增大而降低,复乳化性能变好。当聚酯/聚醚=1时,PUA涂膜具备良好的耐化学药品性,其220℃左右热失重率为5%,具有良好的耐热性能、电学稳定性、较适宜的粘度以及优良的复乳化性能。然后选择n(7112T):n(PEG-1000)=1:1制备的丙烯酸酯型水性聚氨酯进行应用研究,包括助剂的选择和光固化速率的影响因素。助剂选择包括消泡剂、润湿剂、pH值稳定剂以及增稠剂。助剂配方如下:0.5%BYK-094消泡剂,0.5%BYK-346润湿剂;当中和度为65-70%时,加入0.4%AMP-95保持稳定的耐碱性;加入1%PUR40增稠剂,乳液具有良好的增稠效果,测试时间有9s增加到15s。引发剂的类型和用量影响其光固化效率,对于单一引发剂,优选干燥时间30min,温度50℃,光引发剂1173光固化效率大于184和安息香乙醚,在70cm/min时具有较高的固化速率;复配型引发剂光固化效率高于单一组分,光引发剂1173与184比例为1:1时,其引发效果最好,中和剂选用KOH,紫外光固化速率高于TEA;预聚物双键含量和固含量越高,光固化速率越好。
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