水性自引发紫外光固化涂料用预聚物的制备及性能

摘要

与传统紫外光固化技术相比，水性自引发紫外光固化技术具有可不使用光引发剂、可降解、水性环保等优点。本文以邻苯二甲酸酐、顺丁烯二酸酐、乙二醇、丙二醇、聚乙二醇-400、2，4，6-三溴苯胺、氯化亚锡或者三氯化铝为原料，采用熔融聚合的方法合成了一种兼有水性和自引发的新型预聚物。这种预聚物由于具有良好的水溶性和自引发性能，可有效的降低传统紫外光涂料固化时小分子光引发剂和活性稀释剂对环境及人体的危害。另外，这种预聚物用作纸张上光油时有利于纸张的回收，对环境友好，在食品包装等领域具有广阔的应用前景。
　　 通过引入2，4，6-三溴苯胺和对应的催化剂，合成了水性自引发预聚物。首先对影响因素进行实验设计，并对实验结果进行分析，确定了最佳配方，并用红外光谱分析和核磁分析验证了预聚物的结构。将合成的一系列不同的水性自引发预聚物固化为固态涂层，分析了涂层的硬度、光泽度、附着力、柔韧性，并通过扫描电镜(SEM)等分析了预聚物的固化性能与涂层的可降解性，通过热失重分析法(DSC)分析了涂层的热稳定性和耐高温性能。
　　 紫外光固化涂料的主要研究方向之一是朝着水性化、自引发发展。本文通过丙烯酸改性前期合成的水性自引发预聚物来提高固化速率和涂层的综合性能。改性后，涂层的固化时间显著缩短，在保持优异柔韧性的前提下增大了硬度与光泽度。从SEM分析结果可以看出涂层固化性能与可降解性能良好，从DSC分析结果可知涂层仍保持较好的热稳定性和耐高温性。
　　 由于技术等原因的限制，水性自引发紫外光固化涂料处于初步实验室研究阶段，相信随着技术的不断完善，它将逐步代替油性紫外光固化涂料。

目录

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摘要

插图索引

附表索引

第一章 绪论

1．1 引言

1．2 紫外光固化涂料

1．2．1 涂料的固化

1．2．2 紫外光固化技术

1．2．3 紫外光固化涂料的分类

1．3 油性紫外光固化体系

1．3．1 低聚物

1．3．2 光引发剂

1．3．3 活性稀释剂

1．3．4 涂料助剂

1．4 水性紫外光固化体系

1．4．1 水性低聚物

1．4．2 水性体系的其它组分

1．5 紫外光固化体系的自引发

1．5．1 自引发

1．5．2 感光结构

1．5．3 感光结构的合成

1．6 水性自引发紫外光固化体系的研究

1．6．1 已经完成的研究

1．6．2 TBA的相关研究

1．7 水性自引发光固化体系对环境的影响

1．7．1 高分子材料的可降解性

1．7．2 降解因素

1．8 丙烯酸改性不饱和聚酯

1．8．1 改性体系的合成方法

1．8．2 丙烯酸改性的特点

1．9 本课题研究的意义及内容

第二章 实验部分

2．1 实验原料与实验仪器

2．1．1 实验原料

2．1．2 实验仪器与设备

2．2 测试与表征

2．2．1 核磁共振分析

2．2．2 红外光谱表征

2．2．3 扫描电镜分析

2．2．4 热失重分析

2．2．5 固化速率的测试

2．2．6 酸值的测定

2．2．7 光泽度的测试

2．2．8 涂膜附着力的测试

2．2．9 涂膜硬度的测试

2．2．10 涂膜柔韧性的测试

2．2．11 涂层凝胶率的测定

2．2．12 涂层耐水性测试

2．2．13 涂层降解性能的测试

第三章 水性自引发紫外光固化体系的制备与表征

3．1 水性紫外光固化预聚物的合成

3．1．1 原料的选取

3．1．2 合成的工艺流程

3．2 预聚物的调配

3．3 水性紫外光固化体系的固化

3．3．1 固化原理

3．3．2 固化性能

3．4 水性预聚物的结构分析

3．4．1 水性预聚物的红外谱图分析

3．4．2 水性预聚物的1H NMR分

3．5 本章小结

第四章 水性自引发紫外光固化性能的影响因素

4．1 2，4，6-三溴苯胺用量对固化时间的影响

4．2 反应程度对固化时间的影响

4．3 稀释剂用量对固化时间的影响

4．4 原料组分对固化性能的影响

4．4．1 TBA用量对固化性能的影响

4．4．2 酸酐不同用量比对固化性能的影响

4．4．3 二元醇组分对固化性能的影响

4．5 涂层性能测试

4．5．1 涂层的热稳定性分析

4．5．2 涂膜的扫描电镜分析

4．5．3 涂层内部的自引发固化性能分析

4．5．4 水性自引发紫外光固化涂料的模拟应用

4．6 本章小结

第五章 水性自引发紫外光固化涂料的降解

5．1 涂层的降解过程

5．2 2，4，6-三溴苯胺用量对涂层降解性能的影响

5．3 PEG-400用量对涂层降解性能的影响

5．4 本章小结

第六章 丙烯酸改性不饱和聚酯的制备

6．1 丙烯酸改性不饱和聚酯的合成工艺

6．2 丙烯酸对固化速率的影响

6．3 丙烯酸不同用量对涂层性能的影响

6．4 丙烯酸对涂层降解性能的影响

6．5 丙烯酸对热性能的影响

6．6 本章小结

结论

参考文献

致谢

附录A (攻读学位期间所发表的学位论文及专利)