[发明专利]一种具有含硅链段的高水溶性紫外光固化水性树脂及其制备方法

说明书

本发明公开了一种高水溶性紫外光固化水性树脂及其制备方法，所述制备方法是先合成环氧丙烯酸酯；用羟基硅油、二异氰酸酯和羟基丙烯酸酯反应制得一端带‑NCO官能团的含硅聚氨酯丙烯酸酯，将两种树脂一起进行反应制备侧链含有机硅链段的环氧丙烯酸酯；再利用二异氰酸酯与二羟基羧酸反应形成聚氨酯预聚体，将其接枝到所述环氧丙烯酸酯主链上，将接枝后的树脂加入浓的碱性溶液中，制备具有高水溶性的紫外光固化水性树脂。本发明水性树脂具有良好的水溶性，树脂含水率可以达到50％以上；柔性有机硅链段的引入提高了其固化膜的柔韧性，同时降低了固化膜的表面能，表面水接触角大于85°。该改性树脂以水为稀释剂，极大的降低了体系由于有机溶剂引起的刺激性。

技术领域

本发明涉及有机高分子合成技术领域；尤其是涉及一种含有机硅聚氨酯柔性链段的高水溶性紫外光固化水性树脂及其制备方法。

背景技术

紫外光(UV)固化技术因其具有快速、无溶剂、适合流水线生产等特点，而得到快速发展。它可作为塑料、金属、木材、纸张、光纤等的表面保护涂层，在工业上广泛应用。UV固化体系一般由光活性低聚物(树脂)、单官能团和多官能团稀释剂，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。

光活性低聚物(树脂)具有较高的粘度，在配制光固化产品(如涂料、胶黏剂、油墨等)时需要添加较多的活性稀释剂，这些稀释剂虽然最终会与树脂反应，但是这些低分子量的活性稀释剂有些有毒性，对人体有刺激性，并且在一些多孔基材，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，而且添加较多的活性稀释剂会影响固化膜性能。为了解决这些问题，一种方法是将树脂做成水溶性的，这样在配制紫外光固化产品时可以水为溶剂，可以解决气味等问题。

目前，紫外光(UV)固化产品中常用的树脂多为油溶性，主要有环氧丙烯酸酯、聚氨酯丙烯酸酯、聚酯丙烯酸酯等，这些树脂能满足大多数应用的需要，但是为了使固化膜具有一些特殊的性能，以满足特殊的需要，可以在低聚物、单官能团或多官能团稀释剂中引入含有氟、磷、硅等元素的基团，含氟单体的引入主要是改善固化膜的表面性能，但其价格偏高，影响了其使用；含磷单体的合成与使用主要针对阻燃要求而设计的，目前从事这方面研究的单位不是很多；含硅化合物由于具有很低的粘温系数、较低的价格、优异的界面性能、较好的柔软性、良好的润滑性、化学稳定性以及突出的耐候性等性能，得到广泛关注与研究。

水性紫外光固化树脂以水性聚氨酯丙烯酸酯研究较多，在聚氨酯丙烯酸酯中引入亲水基主要有三种：阳离子型、阴离子型和非离子型。阴离子型主要是在分子链中引入羧基，然后用胺类(如三乙胺)中和成盐，使之具有较大的亲水性。阳离子型丙烯酸聚氨酯一般在主链中引叔胺基团，然后季铵盐化，使其具有水溶性，有以IPDI、PTMG、N-甲基二乙醇胺和HEMA为原料合成的阳离子型丙烯酸聚氨酯的报道。非离子型一般以PEG为亲水基团，有对聚乙二醇改性丙烯酸聚氨酯自乳化体系的研究报道。

目前水乳型紫外光固化树脂由于需要额外加入乳化剂会影响固化膜性能，不是研究的主要种类。水溶型紫外光固化树脂研究种类较多，但由于光固化树脂自身分子量较大，要做到良好的水溶性，即实现较高含水率的水性树脂还有不小难度，目前常见的水性紫外光固化树脂一般含水量多在30％以下，含水量超过30％一般会形成浑浊的自乳化体系，且容易产生分层现象，储存不稳定。

此外，在水性紫外光固化树脂中引入含硅链段的研究则很少，本发明区别于上述研究，目的是在刚性的环氧丙烯酸酯链段上接枝柔性的有机硅链段，并侧链接枝高水溶性聚氨酯链段进行水性化，制备一种新型的侧链接枝含硅聚氨酯丙烯酸酯链段的高水溶性紫外光固化水性树脂。

本发明的优点之一在于在侧链接枝了柔性的有机硅聚氨酯链段，柔性链段的引入，使树脂同时具有柔性链段和刚性的环氧丙烯酸酯链段，降低了固化膜脆性，提高固化的柔韧性、耐磨性等性能，而且有机硅链段具有低表面能性能，所得树脂固化后能得到憎水性表面，区别于传统紫外光树脂的亲水性表面，表面硅元素的存在也可提高固化膜表面的润滑性能，降低摩擦系数，也有助于提高固化膜的耐磨性等性能。