[发明专利]一种聚氨酯丙烯酸酯改性的紫外光固化水性树脂及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于有机高分子合成技术领域，尤其涉及一种聚氨酯丙烯酸酯改性的紫外光固化水性树脂及其制备方法。

背景技术

紫外光(UV)固化技术是一种不用溶剂的绿色环保型技术，它具有固化速度快(0.1～10s)、环境污染少、能量消耗低、能自动化生产、适合于用在热敏基材上等优点。按照其用途来分，主要有紫外光固化涂料、胶粘剂、油墨等。其中以UV固化涂料使用范围最广和生产品种最多。UV固化涂料按照其应用领域的不同又可分为：木器用UV固化涂料、塑料用UV固化涂料、金属用UV固化涂料、纸张用UV固化涂料、光纤用UV固化涂料等。

大部分的UV固化涂料都由光活性低聚物、单官能团或多官能团稀释性单体，光引发剂和助剂等组成。光活性低聚物在固化后形成聚合物的三维网络结构，对固化膜的理化性能起决定性的作用。单官能团或多官能团稀释性单体主要用来调节体系的粘度，使之适合工业涂装需要。光引发剂用来引发UV固化，用量较少，助剂则是为了赋予涂层一些特殊的性能而加入的。

光固化涂料中经常需加入较多的低分子质量稀释剂，然而这也会引起如下问题：某些稀释剂对人体有害，即使无害的稀释剂在喷涂过程中形成的雾滴也会污染环境，刺激人的皮肤；在一些多孔基材，如木材、水泥、纸张上使用光固化涂料时，稀释剂容易扩散到孔隙中而不能固化，而使被涂物长期有异味；稀释剂会强烈的影响固化膜的性质。

为解决上述问题，考虑用水代替稀释剂。水性光固化涂料相对于传统的溶剂型光固化涂料具有以下特点：可通过加水或传统的增稠剂、流平剂来调节涂料的粘度和流变性能；降低了体系的毒性和刺激性，适应现有的各种涂布设备，且涂装设备易于清洗可以得到超薄固化膜；不含挥发性有机物，降低了涂料的易燃性，生产安全，特别对喷涂更有意义。

聚氨酯丙烯酸酯的引入亲水性基团较容易，因此水性聚氨酯丙烯酸酯光固化树脂研究的最多，但是其存在的一个问题是聚氨酯丙烯酸酯多以柔性链段为主，其固化后形成的膜虽然耐磨性较好，但硬度和刚性则不足，一般检测的水性聚氨酯丙烯酸酯光固化树脂固化后硬度在B以下，难以单独使用，一般需要与其它树脂复配使用。

发明内容

针对以上技术问题，本发明公开了一种聚氨酯丙烯酸酯改性的紫外光固化水性树脂及其制备方法，树脂结构中同时具有聚氨酯柔性链段和环氧的刚性链段，紫外光固化后可获得综合性能更好的漆膜，综合性能优异，兼具有良好的耐磨性和硬度，固化后的硬度在H以上。

对此，本发明的技术方案为：

一种聚氨酯丙烯酸酯改性的紫外光固化水性树脂，所述聚氨酯丙烯酸酯改性的紫外光固化水性树脂的结构如式(1)所示：

其中，R1为CH₃、CH₂CH₃、CH₂CH₂OH、、CH₂CH₂CH₃或CH₂CH₂CH₂CH₃；

R2为CH₃、CH₂CH₃、CH₂CH₂OH、、CH₂CH₂CH₃或CH₂CH₂CH₂CH₃。

作为本发明的进一步改进，所述的聚氨酯丙烯酸酯改性的紫外光固化水性树脂采用以下步骤制备得到：

步骤S1：合成如式(2)的结构式的丙烯酸环氧单酯链段；

步骤S2：合成如式(3)的结构式的一端有-NCO基团的聚氨酯丙烯酸酯链段；

步骤S3：在反应容器中加入步骤S1合成的丙烯酸环氧单酯链段以及步骤S2合成的聚氨酯丙烯酸酯链段，所述丙烯酸环氧单酯链段和聚氨酯丙烯酸酯链段的加入量满足环氧基团与－NCO基团的摩尔比为1：0.9～1；于60～100℃下反应3～5h，得到聚氨酯丙烯酸酯改性环氧丙烯酸单酯树脂，所述聚氨酯丙烯酸酯改性环氧丙烯酸单酯树脂的结构式如式(4)所示：