[發明專利]一種聚氨酯丙烯酸酯改性的紫外光固化水性樹脂及其制備方法

在審

• 申請號: 201610266529.7
• 申請日: 2016-04-26
• 公開（公告）號: CN105754108A
• 公開（公告）日: 2016-07-13
• 發明（設計）人: 劉紅波;張武英;林峰
• 申請（專利權）人: 深圳職業技術學院
• 主分類號: C08G81/00
• 分類號: C08G81/00;C08G59/17;C08G18/67;C08G18/32;C08G18/48;C09D187/00
• 代理公司: 深圳市科吉華烽知識產權事務所(普通合伙) 44248
• 代理人: 黎健任;經國富

技術領域

本發明屬于有機高分子合成技術領域，尤其涉及一種聚氨酯丙烯酸酯改性的紫外光固化水性樹脂及其制備方法。

背景技術

紫外光(UV)固化技術是一種不用溶劑的綠色環保型技術，它具有固化速度快(0.1～10s)、環境污染少、能量消耗低、能自動化生產、適合于用在熱敏基材上等優點。按照其用途來分，主要有紫外光固化涂料、膠粘劑、油墨等。其中以UV固化涂料使用范圍最廣和生產品種最多。UV固化涂料按照其應用領域的不同又可分為：木器用UV固化涂料、塑料用UV固化涂料、金屬用UV固化涂料、紙張用UV固化涂料、光纖用UV固化涂料等。

大部分的UV固化涂料都由光活性低聚物、單官能團或多官能團稀釋性單體，光引發劑和助劑等組成。光活性低聚物在固化后形成聚合物的三維網絡結構，對固化膜的理化性能起決定性的作用。單官能團或多官能團稀釋性單體主要用來調節體系的粘度，使之適合工業涂裝需要。光引發劑用來引發UV固化，用量較少，助劑則是為了賦予涂層一些特殊的性能而加入的。

光固化涂料中經常需加入較多的低分子質量稀釋劑，然而這也會引起如下問題：某些稀釋劑對人體有害，即使無害的稀釋劑在噴涂過程中形成的霧滴也會污染環境，刺激人的皮膚；在一些多孔基材，如木材、水泥、紙張上使用光固化涂料時，稀釋劑容易擴散到孔隙中而不能固化，而使被涂物長期有異味；稀釋劑會強烈的影響固化膜的性質。

為解決上述問題，考慮用水代替稀釋劑。水性光固化涂料相對于傳統的溶劑型光固化涂料具有以下特點：可通過加水或傳統的增稠劑、流平劑來調節涂料的粘度和流變性能；降低了體系的毒性和刺激性，適應現有的各種涂布設備，且涂裝設備易于清洗可以得到超薄固化膜；不含揮發性有機物，降低了涂料的易燃性，生產安全，特別對噴涂更有意義。

聚氨酯丙烯酸酯的引入親水性基團較容易，因此水性聚氨酯丙烯酸酯光固化樹脂研究的最多，但是其存在的一個問題是聚氨酯丙烯酸酯多以柔性鏈段為主，其固化后形成的膜雖然耐磨性較好，但硬度和剛性則不足，一般檢測的水性聚氨酯丙烯酸酯光固化樹脂固化后硬度在B以下，難以單獨使用，一般需要與其它樹脂復配使用。

發明內容

針對以上技術問題，本發明公開了一種聚氨酯丙烯酸酯改性的紫外光固化水性樹脂及其制備方法，樹脂結構中同時具有聚氨酯柔性鏈段和環氧的剛性鏈段，紫外光固化后可獲得綜合性能更好的漆膜，綜合性能優異，兼具有良好的耐磨性和硬度，固化后的硬度在H以上。

對此，本發明的技術方案為：

一種聚氨酯丙烯酸酯改性的紫外光固化水性樹脂，所述聚氨酯丙烯酸酯改性的紫外光固化水性樹脂的結構如式(1)所示：

其中，R1為CH₃、CH₂CH₃、CH₂CH₂OH、、CH₂CH₂CH₃或CH₂CH₂CH₂CH₃；

R2為CH₃、CH₂CH₃、CH₂CH₂OH、、CH₂CH₂CH₃或CH₂CH₂CH₂CH₃。

作為本發明的進一步改進，所述的聚氨酯丙烯酸酯改性的紫外光固化水性樹脂采用以下步驟制備得到：

步驟S1：合成如式(2)的結構式的丙烯酸環氧單酯鏈段；

步驟S2：合成如式(3)的結構式的一端有-NCO基團的聚氨酯丙烯酸酯鏈段；

步驟S3：在反應容器中加入步驟S1合成的丙烯酸環氧單酯鏈段以及步驟S2合成的聚氨酯丙烯酸酯鏈段，所述丙烯酸環氧單酯鏈段和聚氨酯丙烯酸酯鏈段的加入量滿足環氧基團與－NCO基團的摩爾比為1：0.9～1；于60～100℃下反應3～5h，得到聚氨酯丙烯酸酯改性環氧丙烯酸單酯樹脂，所述聚氨酯丙烯酸酯改性環氧丙烯酸單酯樹脂的結構式如式(4)所示：