[发明专利]一种紫外光固化高强度聚氨酯丙烯酸酯树脂及其制备方法

说明书

本发明为一种紫外光固化高强度聚氨酯丙烯酸酯树脂及其制备方法。所述树脂由聚氨酯丙烯酸酯50～80wt％与活性稀释剂20～50wt％组成，其中聚氨酯丙烯酸酯组成如下：二异氰酸酯32～50wt％，羟基丙烯酸酯19～29wt％，聚酯多元醇22～49wt％，催化剂0.05～0.3wt％，阻聚剂0.02～0.05wt％。所述方法为：①将二异氰酸酯(‑NCO:2mol)、催化剂、阻聚剂与羟基丙烯酸酯(‑OH:1mol)混合，于45～65℃反应2～5h，得到第一步产物；②加入聚酯多元醇(‑OH:1mol)，于65～85℃反应1～4h，得到聚氨酯丙烯酸酯(PUA)；③加入活性稀释剂，得到PUA树脂。本发明采用芳香族聚酯多元醇来提高PUA树脂的双键数目和结构刚性，使其能够快速固化且具有高强度和高模量；该树脂既能紫外光固化又可热固化，在复合材料树脂基体、涂料、粘接剂及结构胶等领域具有广泛的应用前景。

技术领域

本发明涉及材料领域，特别是涉及一种可以紫外光固化并且同时具有高强度和高模量的聚氨酯丙烯酸酯树脂及其制备方法。

背景技术

树脂基复合材料由于具有诸多优点，正逐步被广泛应用。目前，复合材料制备工艺已有很多，但其固化方式比较单一，常见的热固化法，生产效率较低且能耗较大。紫外光(UV)固化技术具有高效、节能、环保等特点，正逐渐受到重视和应用。

刘丹丹(见刘丹丹,王欣,刘甜,等.快速成型光固化树脂的制备[J].工程塑料应用,2014,42(4):23-26.)等制备了不同光固化树脂的预聚物，其中E-51合成的环氧丙烯酸酯的拉伸和弯曲性能、硬度综合性能最佳，拉伸强度24MPa、弯曲强度43MPa、邵氏硬度93。Jui-Hsun Lu(见Lu J H,Youngblood J P.Adhesive bonding of carbon fiberreinforced composite using UV-curing epoxy resin[J].Composites Part BEngineering,2015,82:221-225.)等以光固化树脂为基体，根据最佳固化条件对碳纤维复合材料进行搭接修补，由于修补片尺寸较大、树脂活性不够、紫外光照射不均匀等原因，修补后试样强度提高不显著。

聚氨酯丙烯酸酯的分子可设计性强，通过对聚氨酯丙烯酸酯进行分子设计，调整分子链中刚性链段和柔性链段的比例、分子量及结构和封端剂的种类等，可以制备出不同性能的材料。徐朝华(徐朝华,陈婵,孙宁,等.双键可控紫外光固化超支化聚氨酯丙烯酸酯的制备与表征[J].高等学校化学学报,2016,37(6):1224-1228.)等以甘油为核，二乙醇胺和异佛尔酮二异氰酸酯和丙烯酸羟乙酯等为原料制备了末端带有双键的超支化聚氨酯丙烯酸酯，研究了光固化速率和其涂膜的热稳定性，未对树脂的力学性能做进一步探讨。

目前，研究者们针对紫外光固化树脂体系、使用过程、固化工艺等问题展开了研究，取得了一定进展，但仍然存在较多问题，主要表现为：紫外光穿透能力及树脂光固化活性有限，难以实现大厚度材料的均匀固化；紫外光固化树脂反应速度快，放热量大，易导致产品翘曲变形甚至开裂；而且普通紫外光固化丙烯酸酯树脂的强度和模量较低、脆性较大等。这些问题严重限制了紫外光固化技术与聚氨酯丙烯酸酯树脂在复合材料中的广泛应用，因此需要进一步改进聚氨酯丙烯酸酯树脂的合成配方与固化工艺，以解决上述问题。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：针对目前紫外光固化树脂存在光固化制品厚度有限、光固化厚制件产品易翘曲开裂、光固化制品强度低脆性大等问题，提供一种紫外光固化高强度聚氨酯丙烯酸酯(PUA)树脂及其制备方法。

本发明解决其技术问题采用以下技术方案：

本发明提供的紫外光固化高强度聚氨酯丙烯酸酯树脂，由聚氨酯丙烯酸酯50～80wt％与活性稀释剂20～50wt％组成，其中聚氨酯丙烯酸酯组成如下：二异氰酸酯32～50wt％，羟基丙烯酸酯19～29wt％，聚酯多元醇22～49wt％，催化剂0.05～0.3wt％，阻聚剂0.02～0.05wt％。