[发明专利]一种多官能度生物基水性丙烯酸酯及其制备方法和应用

说明书

本发明公开了一种多官能度生物基水性丙烯酸酯及其制备方法和应用，属于紫外固化材料技术领域；本发明提供的制备方法中，利用甲基丙烯酸缩水甘油酯与衣康酸进行开环反应，可将活性双键与衣康酸相结合，且利用甲基丙烯酸缩水甘油酯与羧基进行反应得到羟基，制备既含有活性双键，又包含羟基的衣康酸丙烯酸酯，然后在二异氰酸酯的作用下进行扩链的同时也与蓖麻油酸结合，引入羧酸基团，制备出多官能度的生物基多元羧酸混合物；本发明提供的制备方法简单；得到的产品具有良好的光固化效果，能够广泛的应用于UV固化和3D打印领域；当应用在UV固化涂料领域时，得到的光固化涂料具有优异的力学性能、附着性能、耐化学腐蚀性和耐水煮性。

技术领域

本发明属于紫外固化材料技术领域，尤其涉及一种多官能度生物基水性丙烯酸酯及其制备方法和应用。

背景技术

紫外光(UV)固化材料一般包含低聚物、活性稀释剂、光引发剂和一些助剂，其中，低聚物为体系的主要物质，约占体系的70％。根据低聚物的活性稀释剂的不同，可将紫外光固化材料分为水性紫外光固化材料和油性紫外光固化材料，其中，水性紫外光固化材料由于稀释剂主要是水，体系中的低聚物和助剂大多溶于水，具有绿色环保的优点，备受人们青睐，其在UV固化材料中有较好的应用前景。

现在的水性UV固化丙烯酸酯一般来源于石油资源，这对石油资源造成一定的压力，而且，丙烯酸酯中的官能度一般受树脂中所含官能团的位置限制，聚氨酯丙烯酸酯可通过扩链的方式，提高树脂的官能度，但通过扩链的方式，树脂的分子量增大，反应体系的粘度增大，这不利于反应的进行或者后期的材料制备，所以人们一般会通过在反应体系中添加溶剂，降低体系中的粘度。溶剂的过量添加，容易对环境造成污染，后期的除去溶剂，也需要较大的成本。生物基材料来源丰富，健康环保，价格也较为便宜，通过利用生物质材料来制备水性低聚物，并利用小分子的生物质作为反应单体，能有效降低体系的反应粘度，又能促进反应体系的形成，增强固化材料的性能，其生物可降解性又能缓解环境污染的压力。

发明内容

本发明的目的在于克服上述现有技术的不足之处而提供一种环保健康、价廉、制备方法简单的多官能度生物基水性丙烯酸酯及其制备方法和应用。

为实现上述目的，本发明采取的技术方案为：一种多官能度生物基水性丙烯酸酯的制备方法，所述制备方法包括以下步骤：

(1)衣康酸丙烯酸酯的合成：将衣康酸、甲基丙烯酸缩水甘油酯、催化剂和阻聚剂混合于75-85℃下反应1-3h，得衣康酸丙烯酸酯；

(2)生物基多元羧酸混合物的合成：将衣康酸丙烯酸酯、衣康酸和蓖麻油酸混合于65-85℃下搅拌0.5-1h，随后滴加二异氰酸酯与月桂酸二丁基锡的混合溶液，继续搅拌5-8h，得生物基多元羧酸混合物；

(3)多官能度生物基水性丙烯酸酯的合成：将生物基多元羧酸混合物冷却至室温后滴加三乙胺搅拌0.5-1h，随后加入蒸馏水分散0.5-1h，得多官能度生物基水性丙烯酸酯。

本发明提供的一种多官能度生物基水性丙烯酸酯的制备方法中，利用甲基丙烯酸缩水甘油酯与衣康酸进行开环反应，可将活性双键与衣康酸相结合，且利用甲基丙烯酸缩水甘油酯与羧基进行反应得到羟基，制备既含有活性双键，又包含羟基的衣康酸丙烯酸酯，然后在二异氰酸酯的作用下进行扩链的同时，也与蓖麻油酸结合，引入羧酸基团，制备出多官能度的生物基多元羧酸混合物；并且，衣康酸单体在高温中溶解，能有效降低反应体系中的反应粘度，促进体系各单体结合，衣康酸的增加，也能有效提高体系中的羧酸含量，有效提高体系中的亲水性能以及小分子的衣康酸单体能有效提高固化体系的交联密度，从而提高机械性能。

作为本发明所述制备方法的优选实施方式，所述二异氰酸酯为甲苯二异氰酸酯、异佛尔酮二异氰酸酯、二苯基甲烷二异氰酸酯、二环己基甲烷二异氰酸酯、六亚甲基二异氰酸酯、赖氨酸二异氰酸酯中的任意一种。

作为本发明所述制备方法的优选实施方式，所述步骤(1)中，衣康酸与甲基丙烯酸缩水甘油酯的摩尔比为衣康酸：甲基丙烯酸缩水甘油酯＝1：(2-3)。