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聚氨酯丙烯酸酯由于具有聚氨酯和丙烯酸酯两类材料的优异特点,在光固化涂料领域中具有非常重要的地位,广泛应用于光固化涂料、油墨、胶黏剂等领域中。传统聚氨酯丙烯酸酯是通过异氰酸酯与二元醇缩聚得到的,异氰酸酯的使用对人体及环境危害较大,因此近几年来国内外学者开始对环境友好的非异氰酸酯聚氨酯类材料产生浓厚的兴趣,并在其合成方面做了大量研究。本文利用合成的生物基不饱和非异氰酸酯聚氨酯作为光固化涂料的主体树脂,探讨其取代聚氨酯丙烯酸酯(PUA)在光固化涂料领域中应用的可能性。 本文以碳酸乙烯酯(EC)、乙二胺(EDA)、丁二胺(BDA)、己二胺(HMDA)、衣康酸(IA)为主要原料,先由脂肪族二胺(EDA、BDA、HMDA)分别与EC进行胺解开环反应,制备氨基甲酸酯二醇(UD2、UD4、UD6)单体。随后利用氨基甲酸酯二醇与IA在金属催化剂催化下进行熔融缩聚反应,合成三种新型生物基不饱和非异氰酸酯聚氨酯低聚物Poly(U2-IA)、Poly(U4-IA)、Poly(U6-IA)。通过1H-NMR、化学分析等测试手段对产物的结构及组成进行表征。氨基甲酸酯二醇合成的工艺条件为:二氯甲烷为溶剂,n(二胺)∶n(EC)=1∶2,室温下反应,直至FTIR光谱中1800cm-1处的吸收峰消失,产物纯,收率高。生物基不饱和非异氰酸酯聚氨酯低聚物的合成工艺条件为:n(UD)∶n(IA)=1∶1.2,催化剂:对甲苯磺酸(用量为IA摩尔数的0.5%)、阻聚剂:对羟基苯甲醚(用量为原料总质量的0.5%),采用熔融缩聚法,首先在氮气氛围110℃下反应4h,然后加入催化剂二月桂酸二丁基锡(DBTL,用量为原料总质量的0.5%)。抽真空,继续于110℃温度下反应3h。结果为:所制备的三种生物基不饱和非异氰酸酯聚氨酯分子链内含有2.3、3.7、2.9个双键。从低聚物分子组成角度来看,所制备的生物基不饱和非异氰酸酯聚氨酯低聚物可以作为光固化涂料的主体树脂使用。 本文采用制备的三种生物基不饱和非异氰酸酯聚氨酯低聚物作为UV固化涂料的主体树脂,分别加入3%光引发剂安息香二甲醚和2%促进剂三乙醇胺,配制成光固化体系,UV固化后,测定了固化膜的凝胶含量、力学性能、Tg以及热稳定性等基本性能,并测定了漆膜的铅笔硬度、柔韧性以及附着力等常规涂料性能。结果为:(1) poly(U4-IA)固化膜的拉伸强度为2.50MPa、断裂伸长率为33%,具有优异的综合力学性能。(2)通过TGA热性能分析,poly(U4-IA)固化膜的分解温度高于250℃,具有优异的热稳定性能。(3) poly(U4-IA)固化漆膜表现出优异的涂料性能,铅笔硬度、柔韧性以及附着力等基本性能均可满足涂料的一般用途。Poly(U4-IA)作为主体树脂在UV固化涂料、油墨及胶黏剂等领域具有广泛的潜在应用。从涂料性能角度来看,所制备的三种生物基不饱和非异氰酸酯聚氨酯低聚物可以代替聚氨酯丙烯酸酯(PUA)在光固化涂料领域中的应用。