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本文的研究目的是瞄准紫外光固化技术的发展热点,致力于合成出一种用于木器漆的综合性能优良的交联型接枝共聚结构的聚氨酯丙烯酸酯水性分散体。
采用原位乳液聚合法,以甲苯二异氰酸酯(TDI)、聚醚二元醇(N220)为原料,1,4-丁二醇(BDO)扩链、二羟甲基丙酸(DMPA)引入亲水基团和环氧树脂(E-20)、三羟甲基丙烷(TMP)改性；加入季戊四醇三丙烯酸酯(PETA)封端并引入不饱和碳碳双键；用三乙胺(TEA)中和成盐；在高速搅拌的过程中加入水和乙二胺(EDA)剪切乳化,得到丙烯酸酯接枝聚氨酯水性分散体。并向此水性分散体中加入流平剂(BYK340)、基材润湿剂(BYK346)和消泡剂(BYK019)、固化剂(自制)配制成木器清漆,进行紫外光固化成膜。
在树脂的合成上,研究了NCO/OH(初)、NCO/OH(总)、聚醚二元醇的分子量、BDO用量、DMPA用量、改性用环氧树脂的种类和用量、TMP的加入方式和用量、不同丙烯酸酯种类和用量对丙烯酸酯接枝聚氨酯分散体性能的影响。确定的最佳原料及用量如下:NCO/OH初始摩尔比控制在12～16,NCO/OH总摩尔比控制在1.1～1.3,采用聚醚多元醇N220(分子量为2000)作为反应的原材料,最佳BDO用量为5.8％,亲水单体DMPA用量以7％左右为宜,适宜的环氧树脂用量为3～5％,在BDO扩链之后加入交联剂TMP,并且TMP质量分数不应大于2％,采用含有一个羟基三个双键的PETA做接枝剂,PETA用量在固体总量的12～26％为宜。此时,分散体平均粒径在90-100nm之间。
在清漆配制上,考察了双键含量、助剂的用量、光引发剂的种类和用量、光固化的工艺条件(固化时间和灯距)对漆膜性能,如对漆膜硬度、耐水性、耐溶剂性、吸水率、附着力、耐冲击性、拉升强度等的影响,得到一个性能优异的水性紫外固化清漆配方,清漆配方中各部分用量为：树脂100g,光引发剂5g,流平剂0.6g,基材润湿剂0.1％,消泡剂0.1(基于树脂PUA分散体的用量)。综合考虑分散体和漆膜性能,C=C双键含量4.80meq/g最佳,此时耐丙酮擦洗次数能达到380次,摆杆硬度0.79,吸水率<20％；光引发剂Irgacure 2959与水性体系相容性好,并且与光源发射波长相匹配,3～5s能完全固化,其最佳用量为总涂料配方的4％～5％。涂膜预先常温表干30min,再于60℃下实干15min能达到较好的涂膜外观和性能,辐照距离以20cm为宜。通过傅立叶红外光谱仪、马尔文粒度分析仪、最低成膜温度仪对合成的丙烯酸酯接枝聚氨酯水性分散体性能进行结构表征,通过综合热分析仪对漆膜进行表征,分析结果说明合成了环氧树脂和PA改性的具有接枝共聚结构和漆膜综合性能优良的PUA水性分散体。用该水性分散体配制成木器清漆涂料,性能优异,该水性木器涂料具有稳定性好、流平性好、硬度高、固化效率高、吸水率低、耐水性、耐溶剂性、耐冲击性好和拉伸强度高的特点。