水性UV固化聚硅氧烷预聚体的合成与表征

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聚硅氧烷是以—Si—O—Si—为主链的聚合物,其优异的性能广泛应用于很多领域。近年来,随着环保要求的不断提高,以溶剂型为主的聚硅氧烷产品受到越来越多的限制,水性树脂及UV固化等受到越来越多学者的关注。在聚硅氧烷中,非水溶型的产品占据几乎所有领域,而水溶性的聚硅氧烷主要做为涂料,以硅丙乳液为代表,主要为外乳型,而对于聚硅氧烷自乳化型水性树脂的研究鲜有报道,水性UV固化聚硅氧烷共聚物更少。本文以乙烯基三乙氧基硅烷、二甲基二乙氧基硅烷、二苯基二乙氧基硅烷通过水解缩聚,先合成出具有一定反应活性的聚硅氧烷共聚物,而后采用接枝反应将顺丁烯二酸酐接枝于活性聚硅氧烷共聚物上,合成出具有水性UV固化聚硅氧烷。采用核磁1H、13C及红外光谱对活性聚硅氧烷共聚物和水性UV固化聚硅氧烷的结构进行表征,合成出设计的聚合物。探讨了催化剂、pH值、水量、反应温度、反应时间、原料配比与活性聚硅氧烷共聚物的特性粘数、产率以及羟基含量的关系,确定了活性聚硅氧烷共聚物合成的较佳条件为:0.5mol/L的盐酸作催化剂,添加量为0.1wt%,pH值为4,水量为0.2mol,温度为75℃,合成时间为5h,乙烯基三乙氧基硅烷、二甲基二乙氧基硅烷和二苯基二乙氧基硅烷比为2:1:1(即乙烯基三乙氧基硅烷占50%,摩尔比)。分析了催化剂、催化剂用量、反应时间、反应温度、顺丁烯二酸酐用量与特性粘数和产率的关系。同时分析了催化剂、催化剂用量、反应时间、反应温度、顺丁烯二酸酐用量及中和剂与水性UV固化聚硅氧烷共聚物水溶性及稳定性的关系,确定了水性UV固化聚硅氧烷共聚物的最优合成条件为:催化剂为对甲苯磺酸,用量为0.20wt%,反应温度为90℃,反应时间为7h,顺丁烯二酸酐用量为1.0mol,中和剂选用三乙醇胺时。采用GPC分析了最优合成工艺下活性聚硅氧烷共聚物和水性UV固化聚硅氧烷的合成稳定性,结果表明活性聚硅氧烷共聚物分子量分布均较宽,重均分子量与数均分子量比值为1.9左右,产物均呈无色透明状液体;水性UV固化聚硅氧烷分子量分布更宽,重均分子量与数均分子量之比为2.2左右,产物均呈无色透明状液体。选用不同比例顺丁烯二酸酐与活性聚硅氧烷共聚物接枝产物固化,采用红外光谱分析了固化效果,并探讨了对涂膜的热性能、硬度、附着力以及吸水性的影响,得出,树脂B涂层的固化剂用量为2.5wt%时,72h后吸水率最小,为0.66wt%,附着力为2级,硬度为3H。耐热性上,烷氧基硅烷量与顺丁烯二酸酐量比为1:1,固化剂用量为0.5%时,耐热性最好。
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