栾永红 李树材 倪丽琴
(天津科技大学材料科学与化学工程学院,天津300457)
摘要:选用异佛尔酮二异氰酸酯(IPDI)、聚酯二元醇、二羟甲基丙酸(DMPA)、甲基丙烯酸-β-羟乙酯(HEMA) 等为原料,采用阴离子自乳化法制备了紫外光(UV)固化聚酯型水性聚氨酯-丙烯酸酯预聚体,并配以光引发剂,其涂 层经紫外光固化。讨论了光引发剂和n(—NCO)∶n(—OH)对涂层性能的影响。研究结果表明,复配光引发剂种类及 比例为m(光引发剂B)∶m(光引发剂C)=1∶1,用量为HEMA质量分数的10%时,涂层性能最好。
关键词:紫外光固化;水性聚氨酯-丙烯酸酯;聚酯二元醇
中图分类号:TQ630·7 文献标识码:A 文章编号:0253-4312(2009)02-0009-04
0 引 言
紫外光(UV)固化涂料以其能耗低、固化速度快、生产效 率高、涂层性能优异等特点,近20多年来得到了高速发展,广 泛应用于纸、塑料、玻璃、木材和金属等基材上[1]。 UV固化涂料一般由反应性低聚物、光引发剂、活性稀释 剂和助剂组成。UV固化涂料预聚物的黏度比较大,难于涂 布,通常需加入大量的活性稀释剂来调节黏度。活性稀释剂 具有强烈的气味,对眼睛和黏膜有较强的刺激作用,同时许多 活性稀释剂在UV固化过程中难以反应完全,残留的活性稀释 剂对产品的安全卫生和长期性能造成不良影响。基于环境保 护和安全卫生方面考虑,UV固化水性涂料已成为目前国内外 一个重要的研究方向,用水作为稀释剂,无毒、无气味,对皮肤 没有刺激性,结合了光固化和水性体系的优点,具有很好的发 展前景[2]。聚氨酯-丙烯酸酯(PUA)类涂料兼具聚氨酯的高 耐擦伤性、硬度、撕裂强度、优良的耐低温性,以及聚丙烯酸酯 优异的光学性能和耐候性[3]。本研究合成了一系列UV固化 聚酯型水性聚氨酯-丙烯酸酯乳液,研究了光引发剂用量、 n(—NCO)∶n(—OH)对固化涂层性能的影响。
1 实验部分
1·1 实验原料
异佛尔酮二异氰酸酯(IPDI):工业品,上海兴途化工有限 公司;二羟甲基丙酸(DMPA):工业品,天津市鸿星贸易化工有 限公司;聚酯二醇(Mn=2000):工业品,天津鑫丰化工有限公 司;甲基丙烯酸-β-羟乙酯(HEMA):分析纯,市售;三乙胺 (TEA):分析纯,天津申泰化学试剂有限公司;N,N′-二甲基 吡咯烷酮(NMP):分析纯,天津市瑞金特化学品有限公司;丙 酮:工业品,天津市北方天医化学试剂厂;光引发剂:工业品, 市售。以上化学试剂均脱水干燥后使用。
1·2 水性聚氨酯-丙烯酸酯预聚体的制备
将装有电动搅拌器、回流冷凝管、温度计和氮气进出口的 四口烧瓶中的聚酯二元醇(已在温度为90℃,压力0·1MPa 的真空干燥箱内脱水5h)熔融后,在80℃、氮气保护和一定 搅拌速度下迅速加入IPDI反应1h。随后加入DMPA(用NMP 溶解)反应3h后再加入HEMA反应2h。将体系温度降低至 60℃,加入适量丙酮降低黏度,温度稳定在50℃后加入TEA 中和成盐反应0·5h。最后加水水合反应0·5h,即制得水性聚氨酯-丙烯酸酯预聚体。在合成反应中控制DMPA含量 (质量分数,下同)为4·5%,HEMA含量为10%。
1·3 水性聚氨酯-丙烯酸酯UV固化涂层的制备