涂料技术
研究新型可UV固化水性聚氨酯的合成及应用
近年来,由于环保法规对VOC的限制,水性聚氨酯取得较快的发展,并在涂料、黏合剂、织物涂饰剂等方面得到广泛的应用[1-2]。然而,水性聚氨酯的许多性能,如耐水耐溶剂性、机械性能等远远不如溶剂型聚氨酯,这大大地限制了它的发展。自20世纪70年代,UV固化技术迅速发展。由于具有较高的交联密度,UV固化树脂具有较高的硬度、较好的耐水耐溶剂性以及良好的机械性能[3]。常规的UV固化聚氨酯一般是用含有单羟基的丙烯酸类化合物(如丙烯酸羟乙酯HEA)对聚氨酯预聚体进行封端,然后乳化,涂膜干燥固化[4]。然而这样造成一种矛盾,即双键含量和聚氨酯预聚体的分子量无法同时提高,造成固化后树脂性能有所缺陷。白晨艳等[5-9]通过酯化反应合成一种含双键的二元醇作为扩链剂,引入聚氨酯主链中,从而有效地解决了这一问题。但是,由于合成过程为酯化反应,副产物水需要除去,且酯化反应条件稍苛刻。本文采用更为温和的氨酯化反应,同样合成了一种含有双键的二元醇作为扩链剂,反应过程中不产生水,且反应更容易进行。将此扩链剂引入聚氨酯主链中,得到一种新型的可UV固化PUD,成膜后固化得到性能优异的涂膜。
1试验部分
1.1试验原料
异佛尔酮二异氰酸酯(IPDI),Aldrich,工业级;丙烯酸羟乙酯(HEA),北京东方化工厂,工业级;三羟甲基丙烷(TMP),二羟甲基丙酸(DMPA),Aldrich,化学纯;1,4-丁二醇(BDO),上海试剂一厂,化学纯;聚四氢呋喃二元醇(PTMG2000),天津石化三厂,工业级;三乙胺(TEA),上海试剂一厂,分析纯;二月桂酸二丁基锡(DBTDL),2,6-二叔丁基甲酚(BHT),上海试剂一厂,化学纯;光引发剂1173,Ciba公司,工业级;HCl溶液,浓度为0.6533mol/L,自配。
1.2合成
1.2.1含双键二元醇(HEA-IPDI-TMP,以下简称HIT)的合成
在装有搅拌器、温度计、回流冷凝管的三口瓶中,加入定量HEA与IPDI,并加入适量阻聚剂,一定温度下反应,反应过程中通过二正丁胺-盐酸滴定法测定—NCO含量,—NCO值达到理论值时停止反应,加入TMP、DBTDL,并加入适量溶剂AC,反应至产物红外光谱中—NCO基团消失结束反应。具体合成过程见图1。


1试验部分
1.1试验原料
异佛尔酮二异氰酸酯(IPDI),Aldrich,工业级;丙烯酸羟乙酯(HEA),北京东方化工厂,工业级;三羟甲基丙烷(TMP),二羟甲基丙酸(DMPA),Aldrich,化学纯;1,4-丁二醇(BDO),上海试剂一厂,化学纯;聚四氢呋喃二元醇(PTMG2000),天津石化三厂,工业级;三乙胺(TEA),上海试剂一厂,分析纯;二月桂酸二丁基锡(DBTDL),2,6-二叔丁基甲酚(BHT),上海试剂一厂,化学纯;光引发剂1173,Ciba公司,工业级;HCl溶液,浓度为0.6533mol/L,自配。
1.2合成
1.2.1含双键二元醇(HEA-IPDI-TMP,以下简称HIT)的合成
在装有搅拌器、温度计、回流冷凝管的三口瓶中,加入定量HEA与IPDI,并加入适量阻聚剂,一定温度下反应,反应过程中通过二正丁胺-盐酸滴定法测定—NCO含量,—NCO值达到理论值时停止反应,加入TMP、DBTDL,并加入适量溶剂AC,反应至产物红外光谱中—NCO基团消失结束反应。具体合成过程见图1。

1.2.2UV-PUD的合成
在装有搅拌器、温度计、回流冷凝管的三口瓶中,加入PTMG2000、IPDI在90℃下反应2h,加入DMPA、BDO和HIT,并加入催化剂反应至—NCO理论值,加入TEA中和,加水乳化加入光引发剂1173。具体合成过程见图2。合成过程中通过改变扩链剂BDO与HIT的用量可制得双键含量不同的乳液。
在装有搅拌器、温度计、回流冷凝管的三口瓶中,加入PTMG2000、IPDI在90℃下反应2h,加入DMPA、BDO和HIT,并加入催化剂反应至—NCO理论值,加入TEA中和,加水乳化加入光引发剂1173。具体合成过程见图2。合成过程中通过改变扩链剂BDO与HIT的用量可制得双键含量不同的乳液。

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