紫外光固化水性聚氨酯丙烯酸酯复合涂料的研究

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传统的紫外光辐射固化涂料因为树脂的粘度大,要加入大量的活性稀释剂及多官能团的丙烯酸酯等含有挥发性有机物的组分,使其对环境造成了一定的损害。随着各国环保法规的出台,结合水性涂料和光固化涂料的优点制备低污染、高性能的产品成为涂料工业发展的必然趋势。水性聚氨酯丙烯酸酯(PUA)复合乳液是当前光固化基体树脂主要的研究体系之一,具有广阔的发展前景。 本文以甲苯二异氰酸酯(TDI),聚醚二元醇(N220),1,4-丁二醇(BDO)为原料,在制备过程使用少量丙酮和N-甲基吡咯烷酮来合成PU预聚物,再加入二羟甲基丙酸(DMPA)和环氧树脂,在赋予PU分子链亲水性的同时进行环氧树脂的改性,然后加入甲基丙烯酸羟乙酯(HEMA)封端PU分子链,再加入三乙胺(TEA)中和羧基,使其亲水性增强;在分散过程加入乙二胺(EDA)进行扩链,合成性能优异的PUA复合乳液。 通过比较后,本文选用原位乳液聚合工艺合成PUA复合乳液,采用前中和法和后扩链法,同时使用高沸点和低沸点的有机溶剂,使PUA复合乳液分散过程的平稳性较好,乳液和漆膜的性能优良。 然后分别研究合成过程四个阶段的温度、搅拌速度、反应时间等工艺参数对PUA乳液制备过程和性能的影响。最后确定初聚阶段的反应温度为75-80℃,搅拌速度为400r/min。反应进行约2小时;扩链阶段的温度为70-75℃,搅拌速度不变,反应时间约为4h;乙烯基封端阶段的温度降为65℃,搅拌速度保持不变,反应时间约为3h;中和阶段的温度为40℃,搅拌速度为550r/min,中和5-10min;最后是分散阶段,温度为室温,搅拌速度为5000r/m i n,分散lOmin左右。 在确定了合成工艺条件后,开始考察NCO/0H(初)、NC0/OH(总)、BDO含量、-C00H含量、环氧树脂的含量、HEMA的含量和中和度等配方因素对PUA乳液和漆膜性能的影响;再通过正交实验,得到了制备光固化水性木器漆用PUA乳液的最佳配方:NCO/0H(初)为13-16,NCO/OH(总)为1.2—1.4,BD0含量为6.0%,-COOH,占固体组分质量的2.2%,环氧树脂占了固体组分质量的7.8%,HEMA含量为12%,中和度为95%左右。 最后通过傅立叶变换红外光谱(FTIR)检测PUA乳液中环氧树脂的结构变化和确定合成了目标产物;通过凝胶渗透色谱(GPC),发现分子量在合成过程中逐渐增大,其中在加入环氧树脂和HEMA后分子量增大了一个数量级;通过激光粒度分析,发现粒径随着-COOH含量的增加不断的减小,当-COOH含量为2.2%时胶粒的平均粒径为80 nm左右。
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