光固化水性含氟聚氨酯-丙烯酸酯树脂涂料的制备与研究

摘要

现代涂料发展的方向是高性能、高效能、高环保、低污染、无公害、节省能源，符合可持续发展的要求。传统的溶剂型涂料无法满足环保的要求，将被新型的水性涂料，高固体份涂料以及粉末涂料等代替。氟碳涂料具有良好的附着力与优异的耐候性、耐热性、耐化学腐蚀性、抗氧化性，并且具有低的表面能，有一定的耐玷污性，能满足人们的需求。光固化技术因其高效的性能，被大量应用于涂料工业。
　　 本研究合成了一种可光固化的水性含氟聚氨酯-丙烯酸(WVPFUA)树脂，将其制备成水性涂料，固化成膜后，以一系列的检测手段研究了漆膜性能。
　　 首先，以不同的含氟丙烯酸单体合成了支链长短不一的两类高固体份含氟羟基丙烯酸树脂(PFA)。通过在丙烯酸聚合物中引入含氟基团，并控制含氟单体用量，合成了氟含量为5％-15％的一系列侧链不同含氟丙烯酸树脂。利用红外分析仪(FTIR)探究了所合成树脂的反应的程度，树脂中的双键反应完全，并证明了氟原子的存在：利用凝胶渗透色谱仪(GPC)测定所合成树脂的分子量，显示其数均分子量可控制在3000～20000，分子量分布可控制在1.5-2.0。讨论了溶剂、单体、引发剂等的种类和用量，以及反应温度、单体滴加速度、酸值等合成工艺条件对树脂分子量、分子量分布以及树脂粘度的影响。通过控制分子量，PFA既可直接用于制备成高固体份含氟涂料使用，又可作为制备水性含氟光固化树脂涂料的预聚体。将合成的树脂与一定量的HDI缩二脲多异氰酸酯固化成膜，测定涂膜各项性能，其综合性能较常规的丙烯酸树脂涂料好。
　　 以含氟羟基丙烯酸酯树脂预聚体为基础，利用异氰酸酯进行接枝，合成了异氰酸官能团封端的中间体。然后，通过羟基丙烯酸单体封端制备出端双键的光固化含氟树脂。反应过程中引入亲水性链段，实现树脂的水性化。讨论了接枝反应和封端工艺的影响因素，并将合成树脂与光引发剂配合，通过光固化机成膜，研究漆膜性能。
　　 结果表明：1、FTIR分析表明所合成树脂中氨酯键与双键同时，具有光固化活性；2、热重(TG)分析，发现漆膜的热分解主要分为两阶段：第一阶段主要为丙烯酸酯-聚氨酯键结构分解，第二阶段主要为含氟链段分解；氟原子的引入提高了树脂的耐热性能；3、以静水接触角测试涂膜表面性能，证明氟原子的引入，增加了树脂涂膜表面的接触角；4、探讨了光引发剂用量对树脂固化性能的影响，当光引发剂用量在1％时，成膜性能最好；
　　 经检测固化后涂膜的各项性能，表明合成了一种表面能低，拒水拒油好，且耐热性能和化学稳定性优异的高耐沾污性可光固化的水性含氟涂料。