[發(fā)明專利]用于UV-LED固化乙烯基超支化水性聚氨酯及其合成方法

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• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201810400925.3
• 申請(qǐng)日: 2018-04-28
• 公開（公告）號(hào): CN108641064A
• 公開（公告）日: 2018-10-12
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 朱延安;段曉俊;瞿金清
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 華南理工大學(xué)
• 主分類號(hào): C08G18/83
• 分類號(hào): C08G18/83;C08G18/66;C08G18/32;C08G18/67;C08G18/48;C08G18/34;C09D175/14
• 代理公司: 廣州市華學(xué)知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 44245
• 代理人: 向玉芳

本發(fā)明公開了用于UV?LED固化乙烯基超支化水性聚氨酯及其合成方法；合成方法為：1)二異氰酸酯與二元醇反應(yīng)制備含NCO基的中間體A₂；在低溫下與支化劑反應(yīng)制備AB₂中間體，在40℃?55℃反應(yīng)制備含羥基超支化聚氨酯。2)二異氰酸酯與親水單體反應(yīng)后與(甲基)丙烯酸羥基酯反應(yīng)制備含親水基團(tuán)和NCO基的半加成物。3)將羥基超支化聚氨酯加入反應(yīng)釜，與含親水基團(tuán)的半加成物反應(yīng)至NCO含量低于0.1％，中和乳化得到乙烯基超支化水性聚氨酯。本發(fā)明所得超支化水性聚氨酯乙烯基官能度高達(dá)16，易于通過配方和工藝調(diào)控產(chǎn)物的分子量、乙烯基官能度、涂膜硬度和柔韌性，非常適用于水性UV?LED固化涂料。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及UV固化涂料的制備領(lǐng)域，具體涉及一種用于UV-LED固化乙烯基超支化水性聚氨酯的制備方法。

背景技術(shù)

UV固化是指在紫外光的照射下物質(zhì)從低分子轉(zhuǎn)變?yōu)楦叻肿拥囊粋€(gè)過程，不同于普通的熱固化、自然固化和交聯(lián)劑固化等。其固化機(jī)理為：光照射使得光引發(fā)劑裂解成為自由基或陰陽離子，進(jìn)一步引發(fā)含活性基團(tuán)的單體發(fā)生聚合反應(yīng)，聚合成不溶不熔的固體涂膜。與傳統(tǒng)的固化技術(shù)相比，UV固化技術(shù)節(jié)約能源、固化速度快、涂膜性能好、適用于大規(guī)模工業(yè)化生產(chǎn)。

常規(guī)溶劑型UV固化樹脂在使用前必須加入活性單體稀釋以調(diào)節(jié)其粘度，改善流動(dòng)性，活性稀釋劑雖然揮發(fā)性很低，對(duì)環(huán)境污染較小，固化后成為涂膜的一部分，但是它具有強(qiáng)烈的氣味，對(duì)皮膚及呼吸系統(tǒng)有一定的刺激性，對(duì)產(chǎn)品的安全衛(wèi)生和長(zhǎng)期性能造成不良影響，而且活性稀釋劑的加入增大了涂膜的收縮率，使涂膜的力學(xué)性能下降。隨著人們環(huán)保意識(shí)的增強(qiáng)和國家環(huán)保法規(guī)的制約，用活性單體稀釋的光固化涂料將會(huì)被逐步限制使用。

為避免由活性稀釋劑帶來的負(fù)面影響，水性UV固化體系成為近年來研究的焦點(diǎn)。它有如下優(yōu)點(diǎn)：流變性能易控制，從而避免了使用活性稀釋劑調(diào)節(jié)體系黏度時(shí)所導(dǎo)致的固化收縮等現(xiàn)象；最終產(chǎn)品具有低VOC排放量、低毒性和低刺激性氣味等特點(diǎn)；提高了固化膠膜的光潔度，降低了膠層的易燃性；其低聚物是高相對(duì)分子質(zhì)量的水性分散體，但其黏度只與固含量有關(guān)，與分子量無關(guān)，從而解決了光固化涂層高硬度和高柔韌性不能同時(shí)兼顧的難題。但其仍有一點(diǎn)不足，目前用于UV固化的水性樹脂固化所需能量比傳統(tǒng)溶劑型樹脂高。

在UV固化體系中使用的典型光源有：中高壓汞燈、金屬鹵素?zé)簟o極燈、氙燈和UV-LED燈。常規(guī)UV光源為高壓汞燈，然而像汞燈這樣的傳統(tǒng)光固化設(shè)備發(fā)射出的光的光譜范圍較寬，大多數(shù)波段的光都無法應(yīng)用在光聚合過程中；而且汞燈的使用壽命有限，為1500-2000h；此外，汞燈的能耗較大，輸入的能量中大約只有30％的能量可用于產(chǎn)生紫外光，同時(shí)散發(fā)大量的熱。另外，長(zhǎng)時(shí)間使用汞燈容易產(chǎn)生大量的臭氧，而且在回收廢舊汞燈的過程中，汞可能會(huì)釋放到環(huán)境中，嚴(yán)重危害人體健康和生態(tài)安全。為降低汞污染，聯(lián)合國環(huán)境規(guī)劃署理事會(huì)已經(jīng)在水俁公約中提倡減少汞設(shè)備的使用，因此，尋找一種可以替代汞燈的光源設(shè)備非常有必要。

在UV-LED固化體系中使用的UV-LED光源與傳統(tǒng)UV光源相比，表現(xiàn)出了諸多優(yōu)點(diǎn)：(1)使用壽命長(zhǎng)，可達(dá)30000-40000h，更換維護(hù)周期長(zhǎng)，節(jié)省使用費(fèi)用；(2)紅外輻射低，發(fā)熱量小，適合液晶、薄膜等熱敏感材料的固化；(3)環(huán)保安全，不含汞；(4)波峰單一，能量集中在狹窄的紫外光譜段；(5)高效節(jié)能；(6)低壓直流電工作，驅(qū)動(dòng)安全方便，用于便攜設(shè)備時(shí)可用電池供電；(7)可近距離直接照射，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，體積小巧，安裝靈活；(8)照射頭形式靈活多變，方便制作點(diǎn)、線、面光源及3D光源；(9)可瞬間啟動(dòng)與關(guān)閉，無需快門，無需預(yù)熱就可達(dá)100％功率輸出，作業(yè)效率得到提高；(10)可實(shí)現(xiàn)脈沖驅(qū)動(dòng)與輸出精確調(diào)節(jié)，有助于消除應(yīng)力；(11)光電衰減特性個(gè)體差異小，光輸出穩(wěn)定，適合生產(chǎn)線批量使用PLC控制與設(shè)備管理；(12)UV-LED方式無臭氧產(chǎn)生，改善了工人的工作環(huán)境，無需再安裝捕捉和焚化設(shè)備來消除臭氧的危害。從上述各種優(yōu)勢(shì)可見，UV-LED固化系統(tǒng)不僅明顯降低了成本而且還減少了對(duì)環(huán)境的污染和能源的損耗。此外，UV-LED固化系統(tǒng)幾乎不產(chǎn)生熱量，適用于多種熱敏介質(zhì)，如塑料薄膜印刷基材。