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随着现代科技的高速发展,各行各业对环境保护的要求也越来越高。UV(utraviolet,紫外光)固化技术是20世纪50年代以来开发出的一种全新的绿色技术,在很多领域都得到了广泛应用。该技术自问世以来就在世界上获得了迅速发展,并一直保持着较高速度增长。
UVCC(ultraviolet curable coatings,紫外光固化涂料)是UV固化技术在现代涂料工业中的具体应用之一。UVCC基本不使用有机溶剂,其稀释用的活性单体也参与固化反应,固含量基本可达到100%,因此可减少因溶剂挥发所导致的环境污染以及可能产生的火灾及爆炸等事故。UVCC是目前涂料行业较为活跃的研究和开发领域,已经成为 UV固化技术的主要发展方向之一。
由丙烯酸酯改性的聚氨酯,由于在大分子结构中同时带有氨基甲酸酯和羧酸酯结构单元,因此聚氨酯丙烯酸酯(polyurethane acrylate,PUA)光敏树脂综合了聚氨酯和丙烯酸树脂的优良性能。具有较高的光固化速度、良好的附着力、柔韧性、耐磨性、耐温性及突出的高弹性和伸长率等特点,在UV固化涂料工业中已获得了非常广泛的应用。本论文以UV固化聚氨酯丙烯酸酯纸塑覆膜胶的研制为核心,主要论述了以下三个方面的内容:
首先,对UV固化聚氨酯丙烯酸酯预聚物合成工艺进行了探讨。作为光固化涂料主要组成部分的PUA预聚物的合成通常根据反应物的加料顺序不同分为两种方法,这两种方法各有优劣。从实用角度考虑,必须要兼顾其使用性能和加工性能两方面的要求。而不同的材料,不同的用途和不同的加工方法对聚合物的结构,粘度,相对分子质量分布,玻璃化温度及聚合反应速度的要求是不同的。因此采用两种方法合成了一种可紫外光固化的聚氨酯丙烯酸酯预聚物,并从上述几个方面对这两种合成路线进行了比较。
其次,从PUA树脂两种合成工艺的比较出发选择了适合纸塑覆膜胶的合成工艺为:按TDI:PEG:HEA为2:1:1.1的摩尔配比在装有回流冷凝管(带干燥管)、搅拌器和恒压滴液漏斗的三颈瓶中加入适量甲苯溶剂与TDI混合,并加入总量为0.1%的对苯二酚,通入干燥氮气,将HEA于滴液漏斗中向三颈瓶中滴加(控制在1h滴完毕),在50~60℃反应2~3h,升温至70~80℃,加入0.2%的二月桂酸二丁基锡,将PEG于滴液漏斗中向其中滴加(控制在1.5h滴完毕),反应4~5h。通过筛选光引发剂、活性稀释单体与自行研制开发的PUA树脂复配成UV固化纸塑覆膜胶。经大量的配方工艺试验,确定较好的涂料配方为:自制聚氨酯丙烯酸酯预聚物40%~50%;混合光引发剂10%;活性稀释剂50%~40%。混合引发剂中二苯甲酮、米蚩酮的比例为9:1,活性稀释剂三羟甲基丙烷三丙烯酸酯、1,6-己二醇二丙烯酸酯的比例为3:5。
最后,考察了自制UV固化纸塑覆膜胶的粘度、固化速度、涂膜光泽度等工艺性能及其影响因素,并与国内其他几种品牌的UV固化纸塑覆膜胶产品的理化指标作了对比。从中可知自行研制的UV固化纸塑覆膜胶具有较佳的质量和工艺性能,具有一定的市场推广潜力。