[发明专利]可紫外光固化的水性聚氨酯及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种聚氨酯，特别涉及的是一种采用自制扩链剂制备光固化水性聚氨酯的方法。

背景技术

紫外光固化泛指经紫外光照射后快速聚合反应而固化的过程。由于该技术具有快速固化，生产效率高，节能，环保，优质，经济，适用于多种基材等优点，现已广泛应用有印刷，包装，电子，家电，汽车灯各行各业。本发明有关一种水性聚氨酯丙烯酸酯。

传统地，可光固化的水性聚氨酯的合成方法都是用丙烯酸羟乙酯或羟丙酯等单羟基丙烯酸酯对聚氨酯进行封端，以此引入双键，但这类方法所引入的双键量有限，固化后的聚氨酯涂膜的交联度不高，或将含有双键的不饱和聚酯作为软段引入到聚氨酯分子链中，虽然一定程度上提高了双键的含量，但是其分子链节的硬段含量就会下降，从而导致固化后的聚氨酯涂膜硬度也不会有太大的提高。

CN200810039199.3公开了一种引入硫醇-烯体系至聚氨酯多元醇或异氰酸酯封端的聚氨酯预聚体中，再通过自乳化制备含多元硫醇和多元烯的水性聚氨酯紫外光固化水性聚氨酯的合成方法，以期提高官能团转化率，克服氧化阻碍并提高高双键含量带来的力学性能。

CN200910017333.4公开了一种将聚醚二醇引入聚氨酯主链中，并用单羟基丙烯酸酯类的单体封端制备具有较高相对分子质量因而提高双键数目的紫外光固化水性聚氨酯的合成方法，以期提高聚氨酯的抗化学性能并兼顾硬度和柔韧度。

CN201210206961.9公开了一种利用双羟基脂肪酸作为扩链剂的紫外光固化水性聚氨酯的合成方法，以期提高相对分子质量和储存稳定性。

由此可见，现有技术提高双键含量的方式是增加转化率或提高相对分子质量，因而无法提高聚氨酯分子中双键的密度，也无法从理论上提高聚氨酯的硬段含量。

发明内容

鉴于现有技术的上述缺陷，本发明目的是提高双键密度以及理论上提高水性聚氨酯的硬段含量。

因此，本发明提供一种将含有双键的端氨基的小分子扩链剂以硬段形式存在于聚氨酯链节中的可紫外光固化的水性聚氨酯及其制备方法。

本发明还提供了所述含双键的端氨基小分子扩链剂的制备方法。

所述水性聚氨酯制备方法包括以下步骤：

（1）端氨基小分子扩链剂甲基丙烯酸α-羟基三氨基醇酯的合成

向干燥的反应器中加入二乙烯三胺，用适量的丙酮稀释，加热至60℃左右，此时丙酮有回流，滴加用丙酮稀释过的甲基丙烯酸缩水甘油酯，2-2.5小时滴完，保温10分钟左右，冷却抽出丙酮即可；开环缩合反应得到端氨基的甲基丙烯酸α-羟基三氨基醇酯。如下式所示：

(2)将大约100份重量低聚二元醇在反应器中120℃、-0.09MPa左右的条件下脱水处理约1小时后降至室温，加入大约100份重量的二异氰酸酯在95℃左右反应2小时；加入大约15份重量的亲水扩链剂二羟甲基丙酸和N-甲基吡咯烷酮（少量的二月桂酸二丁基锡）85℃左右反应大约2小时，至理论NCO含量，降温至50℃左右，加入大约10份重量含有阻聚剂的甲基丙烯酸α-羟基三氨基醇酯反应大约30分钟，最后加入计量的丙烯酸羟乙酯或羟丙酯，60℃左右保温大约2小时，至体系中不含NCO，降温至40℃左右，加入三乙胺中和，加去离子水乳化。

本发明可紫外光固化水性聚氨酯树脂的制备方法与现有技术相比有如下优点：

由于本发明中将含有双键的端氨基的小分子扩链剂对聚氨酯进行扩链，再用单羟基丙烯酸酯对其封端，这种制备方法不仅比现有采用单羟基丙烯酸酯对其封端、用不饱和聚酯作为软段的方式引入到聚氨酯链节中的方法引入更多的双键数量以及更多的sp2杂化氮原子，从而不仅提高双键含量与密度，同时增加共振，从而使聚氨酯链节中的硬段含量也相应提高，所得固化后的涂膜交联密度较大，同时，该扩链剂是端氨基的，引入到聚氨酯链中，其脲键含量也会相应提高，进一步使得固化后的涂膜硬度大幅度提高。

本发明中甲基丙烯酸α-羟基三氨基醇酯是由甲基丙烯酸缩水甘油酯与二乙烯三胺在丙酮溶剂中60℃左右开环缩合反应得到的。

具体实施方式

实施例1

（1）向干燥的反应器中加入二乙烯三胺，用适量的丙酮稀释，加热至60℃左右，此时丙酮有回流，滴加用丙酮稀释过的甲基丙烯酸缩水甘油酯，2-2.5小时滴完，保温10分钟，冷却抽出丙酮即可；开环缩合反应得到甲基丙烯酸α-羟基三氨基醇酯。