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水性UV固化材料不仅继承UV固化材料的高效、环保、经济、节能和适应性广的优点,同时避免了大量有机溶剂和活性稀释剂单体的使用,是一种绿色环保型材料。但目前水性UV固化材料仍存在因耐水性差、耐热性和力学性能不符合使用要求使其应用范围受到限制等问题。因此,开发耐水性、耐热性和力学性能优异的水性UV固化材料具有重要的理论和实际意义。水性聚氨酯丙烯酸酯兼具聚氨酯和丙烯酸酯的特点;而有机硅具有较高的耐热性、耐候性和低表面能,并且,可聚合双键的官能度、双键及有机硅链段在分子中的位置以及亲水基团的种类及含量对低聚物的性能有着巨大的影响。基于此,本课题旨在将聚氨酯、丙烯酸酯和有机硅相结合,通过在分子侧链上引入多个双键,将有机硅链段连接在主链末端以及非离子亲水醚链与亲水的离子基团相结合的策略,设计合成了一系列新颖结构有机硅改性聚氨酯丙烯酸酯水性UV低聚物,使其具有更突出的耐水性、耐热性和良好的力学性能。本课题的开展不仅为高性能水性光固化材料的设计提供理论基础,还将拓宽其应用领域。主要研究内容和结论如下:1、首先以三羟甲基丙烷、2,2-二甲氧基丙烷、丙烯酰氯为原料分三步合成了 2,2-双(羟甲基)丙烯酸丁酯单体(HBA);其次以六甲基环三硅氧烷、正丁基锂、二甲基氯硅烷、烯丙基羟乙基醚为原料分两步合成了不同链长的单端羟基聚二甲基硅氧烷;最后以聚碳酸脂二醇(PCDL-2000)、聚乙二醇(PEG-400)、2,2-双(羟甲基)丙烯酸丁酯(HBA)、异佛尔酮二异氰酸酯(IPDI)、不同链长单端羟基聚二甲基硅氧烷和双羟基聚二甲基硅氧烷(X-22-160AS)等为原料,制备了 12种有机硅链长、有机硅含量或碳碳双键含量不同的水性低聚物,并对其结构进行表征。2、所制备12种水性低聚物乳液均具有较好的贮存稳定性,其粒径在131.7-243.3 nm之间,粘度均低于10 cP,各体系低聚物均具有较高的双键转化率和较快的聚合速率。3、有机硅链长的增加及有机硅链段位于低聚物分子链末端,有利于有机硅链段在材料表面的富集并使低聚物光固化膜表现出更优异的疏水性和耐热性。4、随低聚物中有机硅含量的增加,光固化膜表面疏水性以及拉伸强度和断裂伸长率均逐渐提高,当有机硅含量为14%时,光固化膜水接触角达到96°,拉伸强度为12.3 MPa,断裂伸长率为50.4%。5、随着低聚物中碳碳双键含量的增加,光固化膜的吸水率逐渐降低,最低达到2.5%;凝胶率逐渐增大至97.4%,硬度逐渐增大至6 H,光固化膜的耐热性、玻璃化转变温度及拉伸强度也有所提高,其初始分解温度、Tg及拉伸强度分别被提高至286℃,80℃和15.2 MPa;但光固化膜的表面疏水性和断裂伸长率被降低。