聚氨酯丙烯酸酯的合成及紫外光固化皮革涂料的研制

摘要

紫外光固化涂料因优异的性能和绿色环保取得了高速的增长和广泛的应用。本文通过聚氨酯丙烯酸酯的合成及其在紫外光固化皮革涂料方面的应用，探索了PUA树脂合成的最佳工艺条件和影响PUA树脂粘度的主要因素，通过配方试验和工艺优化，最终研制出性能优异的紫外光固化皮革涂料。该涂料通过了湖南省科技厅主持的成果鉴定。经专家鉴定，该产品填补了国内相关应用领域的空白，属国内首创，该技术达到了国际先进水平。通过选用不同类型和不同分子量的二元醇预聚物作为中间体，合成一系列双官能团的PUA树脂。从合成路线、催化剂、加料方式、反应温度等方面对PUA合成的工艺条件进行了探索，从分子结构和反应条件分析了影响PUA树脂粘度的因素。总结了合成PUA的最佳工艺条件：第一步，多元醇与TDI在50-60℃温度下反应生成带NCO基团的预聚体；第二步，以总量的0.05﹪的二月桂酸二丁基锡做催化剂，在60-70℃条件下（IPDI比TDI的反应温度低10℃），以恒定的速度加入HEA并反应至终点。当投料摩尔比（多元醇：TDI：HEA）为1：2.05：2.15时，合成的PUA树脂具有最理想的贮存稳定性和光反应活性。从分子结构和工艺条件两方面探讨了影响PUA树脂粘度的因素。最重要的因素是设计的PUA分子聚合度，树脂的粘度随着分子聚合度的增加而显著增大。对相同聚合度的树脂，中间体分子量对粘度有一定的影响：一般地，多元醇的分子量越大，PUA树脂粘度越低；但是用PTMG合成的PUA树脂粘度却随着分子量的增加而增大。此外，合成线路和加料方式等对PUA树脂的粘度也有一定程度的影响。多元醇结构决定了PUA树脂的主要性能。同类型PUA的光固化速度随着树脂的相对分子质量的增加而下降，对不同类型的PUA，聚醚型PUA的固化速度相对聚酯型PUA的固化速度要快，在聚醚型PUA中，以PPG合成的树脂具有相对较慢的固化速度。在UV皮革涂料的应用中，以聚丁二烯二元醇和聚四亚甲基醚二醇为骨架的PUA具有极佳的柔韧性和优异的低温耐曲折性能，而且，HTPB改性的聚氨酯具有极好的弹性和优异的附着力，以及非常快的固化速度。但是，极高的粘度和很差的相容性，只适合于高粘度的UV涂料的配制。以PTMG改性的PUA树脂为基础，从单体、光引发剂、光增感剂、助剂和施工工艺等多个方面研究了紫外光固化皮革涂料的性能，最终研制出一种性价比高的UV皮革涂料。