UV固化水性DCPD改性聚氨酯丙烯酸酯合成及涂膜性能研究

来源 :南京工业大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:Lynn_lin
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紫外光固化技术是一种绿色、高效的成膜方法。水性聚氨酯丙烯酸酯综合了水性聚氨酯树脂和丙烯酸树脂的优良性能,是一种环保型的重要感光性树脂,是紫外光固化涂料中重要的预聚物之一。将UV固化技术与水性聚氨酯丙烯酸酯相结合开发的UV固化水性聚氨酯丙烯酸酯涂料是新一代绿色化工产品。本文将含有双键和桥环结构的二聚环戊二烯引入到水性聚氨酯丙烯酸酯中,合成了水性DCPD改性聚氨酯丙烯酸酯,并将其作为紫外光固化水性涂膜的预聚物,对UV固化及涂膜性能进行了研究。  首先,本文将二聚环戊二烯以二元醇(DCEG)的形式引入到以新戊二醇、顺酐和苯酐为主要原料的聚酯合成中,得到了DCPD改性聚酯多元醇(DUP)。实验证明,适宜的工艺条件为:醇酸摩尔比为1.3∶1,选择对甲苯磺酸(P-TSA)为反应的催化剂,用量为0.04wt%,反应温度210℃,反应时间6h。对产物进行红外分析,以了解其结构;三种不同二聚环戊二烯加入量的聚酯多元醇(DUP-1、DUP-2、DUP-3)进行热重分析,表明二聚环戊二烯的引入提高了聚酯的耐热性。  其次,将异佛尔酮二异氰酸酯(IPDI)与DCPD改性聚酯多元醇(DUP)、亲水扩链剂二羟甲基丙酸(DMPA)、封端剂季戊四醇三丙烯酸酯(PETA)、中和剂三乙胺(TEA)反应,得到了水性DCPD改性聚氨酯丙烯酸酯(WDUPUA)。实验证明,合适的反应条件为:在异氰酸酯与羟基的摩尔比为1.5下分三步合成水性DCPD改性水性聚氨酯丙烯酸酯;第一步,先将异佛尔酮二异氰酸酯与DCPD改性不饱和聚酯在温度55℃下反应2.5h得到含有异氰酸酯的预聚物;第二步,在温度75℃下加入6wt%的二羟甲基丙酸反应4h对预聚物进行亲水扩链;第三步,在温度为75℃加入季戊四醇三丙烯酸酯与剩余的异氰酸酯进行封端反应,阻聚剂对苯二酚用量为0.07wt%,反应至NCO值小于0.1%;最后,再加入三乙胺,100%中和成盐。对产物进行红外光谱表征,以了解产物结构。同理,对于不同的DCPD改性聚酯多元醇(DUP-1、DUP-2、DUP-3)在适宜条件下合成了(WDUPUA-1、WDUPUA-2、WDUPUA-3)。  最后,用WDUPUA系列、水、光引发剂、助剂组成配方,得到UV固化水性涂膜。结果表明:UV固化前60℃烘箱预干燥10min,辐射距离20cm涂膜较好,光引发剂选用Darocur1173,用量为3wt%;二聚环戊二烯的桥环结构和双键引入量越多,硬度、拉伸强度越大、耐化学性越好、柔韧性越差、断裂生长率越低、附着力差;随着DMPA用量增大,硬度、拉伸强度、附着力增加,耐水性、柔韧性变差,而断裂伸长率先增加后减小;最后与市售的同类产品的固化膜机械性能和热重分析比较相比,其具有较好的固化速度、硬度和耐热性;柔韧性稍差,也已达到工业要求。
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