[发明专利]一种基于双三羟甲基丙烷的4官能度聚氨酯丙烯酸酯及其制备方法和应用

说明书

技术领域

本发明属于材料领域，涉及一种基于双三羟甲基丙烷的4官能度聚氨酯丙烯酸酯及其制备方法和应用，具体涉及一种基于双三羟甲基丙烷的低粘度4官能度聚氨酯丙烯酸酯及其制备方法和应用。

背景技术

随着科学技术的迅速发展和环境保护法规对溶剂的严格限制，UV光固化高分子材料越来越受到人们的重视。UV光固化材料具有固化快、能耗低、污染少、效率高等优良性能，因而广泛用于涂料、印刷以及电子工业等领域，近年来发展迅速。聚氨酯丙烯酸酯(polyurethane acrylate，PUA)是一种重要的光固化低聚物，具有低刺激、固化速度快、高透明性、抗拉伸、内聚能高等优良性能，广泛用于光固化油墨、涂料、胶粘剂等领域，在美国、日本、欧洲发达国家应用广泛。近年来，随着紫外光固化技术在我国的兴起，新型光固化材料作为UV涂料、油墨、粘合剂的原料用途越来越广，使用量在逐年增加。

申请人在中国专利ZL 201310143167.9(授权公告号CN 103242508B)公开了一种4官能度聚氨酯丙烯酸酯，通过如下方法制备得到：先由无水柠檬酸在催化剂作用下与环氧乙烷或环氧丙烷反应而制得的四羟基柠檬酸聚醚酯，四羟基柠檬酸聚醚酯再与二异氰酸酯(选自HDI、IPDI、HMDI、MDI中的一种)及丙烯酸羟乙酯或丙烯酸羟丙酯反应制得4官能度聚氨酯丙烯酸酯。由于采用了二异氰酸酯及丙烯酸羟乙酯或丙烯酸羟丙酯制备4官能度聚氨酯丙烯酸酯，反应过程步骤多，相对繁琐，生产过程不易控制，因副反应的存在会产生凝胶的风险。

光固化树脂是光固化涂料的基体树脂，品种多，应用广泛。随着全球范围内对环境问题的日益重视，光固化树脂必将随着光固化涂料的发展而快速发展。开发出更加环保、粘度低、综合性能更加优良的光固化树脂是未来技术人员的努力方向。

发明内容

本发明的目的是针对中国专利ZL 201310143167.9提供的一种4官能度聚氨酯丙烯酸酯及其制备方法和应用进行改进或拓展，提供一种基于双三羟甲基丙烷的低粘度4官能度聚氨酯丙烯酸酯。

本发明的另一目的是提供该低粘度4官能度聚氨酯丙烯酸酯的制备方法。

本发明的又一目的是提供该低粘度4官能度聚氨酯丙烯酸酯的应用。

本发明的目的可通过如下技术方案实现：

一种低粘度4官能度聚氨酯丙烯酸酯，通过如下方法制备得到：先由双三羟甲基丙烷在催化剂作用下与环氧乙烷或环氧丙烷反应而制得四羟基聚醚，四羟基聚醚再与异氰酸酯丙烯酸乙酯(2-Isocyanatoethyl Acrylate，简称AOI，CAS号：13641-96-8，分子式：C₆H₇NO₃，分子量：141.12)反应制得4官能度聚氨酯丙烯酸酯。

其中，

第一步反应路线如下：

当n＝2，R为-H时，为环氧乙烷与双三羟甲基丙烷反应；当n＝3，R为-CH₃时，为环氧丙烷与双三羟甲基丙烷反应；其中a+b+c+d＝4～20。

四羟基聚醚的制备包括以下步骤：双三羟甲基丙烷在催化剂作用下，在高压反应釜中于155℃～165℃滴加环氧乙烷或环氧丙烷反应，反应压力控制在0.1～0.6MPa，滴加完环氧乙烷或环氧丙烷后155℃～165℃再保温1～3小时，然后冷却至80℃以下，加入活性白土搅拌0.5～2小时，进行循环压滤直至澄清透明，得如式(I)所示四羟基聚醚；其中，所述的双三羟甲基丙烷与环氧乙烷或环氧丙烷的用量比为1mol：4～20mol，优选为1mol：5～6.5mol。

所述的催化剂为甲酸钠、甲酸钾、苯甲酸钠、苯甲酸钾中的一种或一种以上任意比例混和物，催化剂用量为双三羟甲基丙烷与环氧乙烷或环氧丙烷总质量的0.5wt％～5wt％，优选为0.5wt％～3wt％。

活性白土用量为双三羟甲基丙烷与环氧乙烷或环氧丙烷总质量的0.9wt％～5wt％。

所制得的四羟基聚醚与异氰酸酯丙烯酸乙酯按照用量比1mol：3.8～4.1mol，于60℃～95℃反应而制得所述的4官能度聚氨酯丙烯酸酯。