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紫外光固化技术由于其成型迅速、工艺简单、节约能源、环境友好、适用于规模化工业生产等特点,可以用来制备性能优异的清漆涂膜。在紫外光固化涂料领域中,脂环族聚氨酯丙烯酸酉(Cycloaliphatic polyurethane acrylate, CPUA)低聚物是一种重要的紫外光固化用树脂,它结合了聚氨酯和聚丙烯酸酯的性能优点,具有良好的附着力、柔韧性、耐磨性和耐低温性。另外,CPUA分子中环己基代替了传统涂料中的苯环,提高了紫外光固化涂膜的耐黄变性和耐候性。本论文探讨了四种常见的聚醚型二元醇软段,聚乙二醇1000(PEG1000)聚四氢呋喃醚1000(PTMG1000)、聚丙二醇1000(PPG1000)和聚丙二醇2000(PPG2000)对CPUA紫外光固化涂膜性能的影响,并以性能最佳的CPUA紫外光固化涂膜为基础进行共混改性,制备了脂环族聚氨酯丙烯酸酯/脂环族环氧丙烯酸酯、脂环族聚氨酯丙烯酸酯/脂环族环氧树脂和脂环族聚氨酯丙烯酸酯/脂环族环氧树脂/低分子量的含硅丙烯酸酯KH570紫外光固化共混涂膜,并考察了它们的微观形貌、相结构与涂膜的热稳定性、机械性能及涂膜表面性能之间的关系。另外,对采用自由基/阳离子混杂紫外光固化技术制备的互穿聚合物网络(Interpenetrating Polymer Network, IPN)体系UTC-3的动力学成因和相分离行为进行了深入研究。具体研究内容及主要结论如下：1.以异佛尔酮二异氰酸酯(IPDI)和甲基丙烯酸羟乙酯(HEMA)为硬段,聚醚二元醇PEG1000、PTMG1000、PPG1000、PPG2000为软段,分别制备了四种不同的CPUA紫外光固化涂膜CPUA-1、CPUA-2、CPUA-3和CPUA-4。这四种光固化涂膜的主要性能相差不大,其中,低聚物CPUA-1由于PEG1000分子的链结构规则,结晶性好,涂膜硬度高,但是其较高含量的醚键导致低聚物黏度较大,涂装困难,且涂膜耐清洗性差；而低聚物CPUA-3由于PPG1000分子侧基的存在降低了体系的结晶性,低聚物黏度较小,得到的紫外光固化涂膜各项性能指标良好,比较适合规模化工业生产。通过对聚醚型二元醇的分子结构与相应的紫外光固化CPUA涂膜性能之间关系的分析可知,软段的结构和含量是决定CPUA涂膜性能的重要影响因素：软段越柔软,低聚物越容易结晶,涂膜的硬度和耐热性就越好；软段分子量越大,硬段含量越少,涂膜的硬度越低。2.紫外光固化脂环族聚醚型聚氨酯丙烯酸酯CPUA-3和脂环族环氧丙烯酸酯(Cycloaliphatic epoxy acrylate,CEA)共混改性涂膜中,CPUA-3、CEA和活性稀释剂三羟甲基丙烷三甲基丙烯酸酉(Trimethylolpropane triacrylate, TMPTMA)三者相容性良好,在紫外光固化过程中发生自由基共聚,无明显的相分离现象。由涂膜液氮淬断面的扫描电子显微镜(SEM)图可知,共混涂膜UEAT-2(CPUA-3、CEA和TMPTMA的组成质量比为30：20：50)的断裂面出现较长的断裂带,且断面比较光滑,表明该组成比时的涂膜具有良好的韧性,此时涂膜的铅笔硬度,摆杆硬度,拉伸性能和耐热性各项性能指标最佳,表面光滑无缺陷。3.紫外光固化CPUA-3和脂环族环氧树脂(Cycloaliphatic epoxy resin, CER)共混改性涂膜中,CPUA-3、CER和TMPTMA三者相容性良好。在紫外光固化过程中,CPUA-3和TMPTMA发生自由基共聚反应,聚合速率相对较高；CER发生阳离子光聚合反应,聚合速率相对较低。两种不同的光聚合类型引发微观相分离现象,体系呈现明显的两相结构。当紫外光固化共混涂膜中CER的质量分数在50%-70%范围内时,两相形成IPN结构。在各种组成配比的涂膜中,具有IPN结构的紫外光固化涂膜UTC-3(CPUA-3. TMPTMA和CER的组成质量比为15：15：70)的综合性能最佳,其力学性能,热稳定性和表面性能均较好,这主要是由于IPN体系中两相聚合物之间具有协同效应,分子链之间存在大量的氢键,能促进了两相之间的相容性,表现为动态热机械分析(DMA)曲线呈单峰态势。4.紫外光诱导相分离的自由基/阳离子紫外光固化共混改性体系中,考察了体系固化前共混体系的差示扫描量热(DSC)曲线和相关玻璃化转变温度Tg,黏流温度Tf及热聚合初始温度Ti,建立了共混体系的温变相图。随着CER含量的增加,紫外光固化共混改性体系的相结构经历了“海-岛”结构(Ⅰ)、双连续结构和“海-岛”结构(Ⅱ)三个阶段。由于CPUA与CER之间存在黏度差异,体系主体相发生的相反转的过程是不对称的。以其中性能最佳的紫外光固化IPN涂膜UTC-3为研究对象,采用SEM测试跟踪了UTC-3共混体系随时间变化的相分离演变过程,发现CPUA-3/TMPTMA/CER共混体系的相分离行为受各组分的模量、黏度、光聚合速率等多种因素的影响,相分离过程比较复杂。基于以上对自由基/阳离子紫外光固化诱导相分离过程的分析,建立了三角亚稳相图,并提出自由基/阳离子紫外光固化体系的相分离分为以下几个阶段：开始相分离、自由基紫外光固化聚合主导期、模量控制相分离的自由基/阳离子紫外光固化共同聚合期、阳离子紫外光固化聚合主导期和相分离终止。5.紫外光固化UTC-3和低分子量含硅丙烯酸酯KH570共混改性涂膜中,KH570与共混体系UTC-3存在一定的相容性。当KH570的质量分数低于1.0wt.%o时,四者能够混溶。含单双键的低分子量丙烯酸酯KH570以侧链的形式进入交联网络,降低了交联密度,为光引发剂,未反应的低聚物和活性稀释剂提供了流动空间,提高了自由基／阳离子紫外光固化共混体系的聚合速率和最终转化率。由SEM图可以观察到,KH570的空间位阻效应使得紫外光固化涂膜UTC-3的微观形貌由IPN结构变为含有大量空穴和缝隙的复杂结构。但是,随着KH570含量的增加,分子间氢键作用占主导,涂膜液氮淬断面逐渐变得平滑而致密。与UTC-3紫外光固化涂膜相比,UTC-3/KH570紫外光固化共混涂膜的机械性能有所下降,但断裂伸长率增大,阻尼性能和热稳定性有明显提高,润湿性也有所改善。另外,由原子力显微镜(AFM)图和X-射线光电子能谱(XPS)图可知,UTC-3紫外光固化涂膜表面的KH570的含量远高于KH570添加到体系中的含量,表明KH570在光固化过程中会发生分子迁移现象,其体相密度低于涂膜表面密度。