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聚氨酯丙烯酸酯(PUA)结合了聚氨酯和聚丙烯酸酯的优点,广泛地应用于涂料和印刷油墨等UV固化工艺的生产,在木材加工、特种造纸、印刷品上光、塑料和金属的表面处理、电子工业等领域占有重要的地位。PUA在国外已经实现了商品化,目前已成为国内UV固化材料中的一个研究热点。 本文对PUA涂料的制备进行了研究,详细考察了以异佛尔酮二异氰酸酯(IPDI)、聚乙二醇(PEG)、丙烯酸羟丙酯(HPA)为原料的PUA合成过程,确定了本体法合成PUA涂料的最佳反应条件为:反应物的配比IPDI:PEG:HPA=3:2:2;采用IPDI和PEG先反应后加入HPA封端的反应路线;反应温度为50℃;催化剂使用二月桂酸二丁基锡(DBTDL),浓度为反应物料总质量的200ppm。 通过对合成反应的宏观动力学实验数据的拟合,得到了在最佳反应条件下的二级反应速率方程,形式为:r=d[NCO]/dt=k[NCO][OH] 其中反应速率常数k的形式为: 第1步反应 k=2.89×1013exp(-82.58/RT) 第2步反应 k=4.08×1014exp(-89.82/RT) 该方程可简单实用地预测在不同温度下NCO基转化率随反应时间的变化规律。 通过IR和NMR对反应过程中PUA分子结构的考察,除了定性了解IPDI:PPG:HPA=3:2:2反应体系的结构变化之外,还发现IPDI中两个NCO基的反应选择性,其中直接连接在环己基上的NCO(NCOsec)反应活性是连接在亚甲基上的NCO(NCOprim)的3.50倍。通过GPC对PUA的分子量分布进行考察,运用Gaussian法和Lorentzian法对PUA的GPC谱图进行分峰处理,发现上述体系的聚合度最大值nmax约为12,大分子量组分的重量分率f随着IPDI与PPG用量比的减小而升高,PUA的分子量分布随着软段分子量的增大而变宽,呈多峰重叠分布。 针对PUA涂料的UV固化工艺制备涂膜的过程进行了考察。通过紫外吸收光谱的分析,发现TPO、651是紫外光引发剂中最佳的选择,吸收峰集中在波长为272nm和309nm