丙烯酸型预聚体的连续高效制备及紫外光固化涂膜性能研究

摘要

双酚A环氧丙烯酸酯(BA-EA)和聚氨酯丙烯酸酯(PUA)是紫外光(UV)固化涂料两种重要的预聚体。其制备过程伴随着非均相、强放热的特点。为了保证反应过程安全可控，在釜式反应中通常采用缓慢滴加进料、通大量冷却循环介质，并通过强烈搅拌来提高传热传质效果。但是在实际工业生产中存在着反应周期长、安全性差、产品质量低以及能耗高等问题。本研究利用微结构反应器具有高效的传热传质能力、可实现反应过程安全高效连续化进行的特点制备了以上两种预聚体，以解决在釜式制备过程中存在的问题。将合成的BA-EA与PUA分别作为基体树脂配成涂膜，经UV固化后，对其性能进行了研究测试。主要研究内容如下:
　　以双酚A环氧树脂(BA-EP)、丙烯酸为原料在微结构反应器中进行酯化反应，合成了BA-EA预聚体。考察了反应温度、流速、停留时间、催化剂种类及用量、反应管尺寸对反应的影响。优化出最佳制备条件为:反应温度140℃、流速3.05mL/min、停留时间4min、三苯基膦作催化剂且用量为BA-EP质量的2％、管径1mm。在此条件下，丙烯酸转化率达99.1％，环氧基转化率为96.3％。通过对合成产物红外分析，结果与目标产物一致。将BA-EA预聚物与光引发剂、流平剂制成涂膜，探究了UV固化工艺条件，并对涂膜性能测试表征。确定最佳UV固化工艺:光照距离10cm，固化时间66s。采用3wt％光引发剂184，0.5wt％流平剂Tego410。制备的固化膜外观浅黄透明，性能测试结果表明涂膜具有较好的硬度、附着力、耐磨性、流平性、耐化学腐蚀性和耐热性，各项均达到工业使用要求。
　　以异佛尔酮二异氰酸酯(IPDI)、聚乙二醇(PEG)、丙烯酸羟乙酯(HEA)为原料分两步合成了PUA预聚体。实验探讨了最佳制备条件:第一步反应温度60℃，停留时间80s，催化剂二月桂酸二丁基锡用量1wt％;第二步反应温度70℃，停留时间90s，催化剂二月桂酸二丁基锡用量1.25wt％，阻聚剂对苯二酚用量0.5wt％。通过红外谱图分析，合成产物与目标产物一致。将PUA预聚体与光引发剂、活性稀释剂、助剂制成涂膜，探究了UV固化工艺条件并对涂膜性能进行测试。确定最佳UV固化工艺:当光照距离20cm，选用Irgacure184为光引发剂且用量为4wt％，固化时间较短;选用三羟甲基丙烷三丙烯酸酯(TMPTA)为活性稀释剂且用量为25wt％，涂膜综合性能最佳;选用迪高Glide432为消泡剂且用量为0.5wt％～1wt％;流平剂选用德谦810且用量为0.5wt％～1.5wt％。在此工艺条件下，制备的固化膜平整光滑，外观为浅黄色，性能测试结果表明固化膜的综合性能较好。

目录

声明

摘要

第一章绪论

1．1前言

1．2 UV固化技术

1．2．1 UV固化机理

1．2．2 UV固化技术特点

1．2．3 UV固化技术应用

1．3 UV固化涂膜

1．3．1 UV固化涂膜组成

1．3．2 UV固化涂料的应用

1．4丙烯酸型预聚体的研究

1．5微结构反应器

1．5．1微结构反应器的简介

1．5．2微结构反应器的应用

1．6研究目的及内容

2．1实验原料与仪器

2．2 BA-EA预聚体的合成及表征

2．2．1酸值测定

2．2．2环氧值测定

2．2．3傅里叶变换红外光谱表征(FTIR)

2．3．1 BA-EA涂膜制备

2．3．2铅笔硬度测试

2．3．3附着力测试

2．3．4固化时间测试

2．3．5耐磨性测试

2．3．6凝胶率测试

2．3．7流平性测试

2．3．8耐化学腐蚀性测试

2．3．9热重分析

2．4 PUA预聚体的制备及表征

2．4．1异氰酸根测定

2．4．2碘值测定

2．4．3 FTIR表征

2．5 PUA涂膜的制备及性能测试

2．5．1 PUA涂膜的制备

2．5．2固化时间测试

2．5．3凝胶率测试

2．5．4拉伸强度及断裂伸长率测试

2．5．5铅笔硬度测试

2．5．6附着力测试

2．5．7粘度测试

2．5．8流平性测试

2．5．9耐化学腐蚀性测试

第三章BA-EA预聚体的制备及UV涂膜性能研究

3．1引言

3．2．1温度对酸值的影响

3．2．2流速对酸值影响

3．2．3停留时间对酸值影响

3．2．4催化剂的种类对酸值影响

3．2．5催化剂的量对酸值的影响

3．2．6反应管尺寸优化

3．2．7优化条件下BA-EA环氧值测定

3．2．8 FTIR表征

3．3涂膜固化工艺研究及性能测试

3．3．1光照距离对涂膜固化性能影响

3．3．2光引发剂对涂膜固化性能影响

3．3．3流平剂种类对流平性能的影响

3．3．4涂膜性能测试

3．4本章小结

第四章PuA预聚体的制备及uV涂膜性能研究

4．1引言

4．2 PUA预聚体的制备及表征

4．2．1原料中水含量对PUA合成的影响

4．2．2第一步反应温度及时间对-NCO转化率影响

4．2．4第二步反应温度及时间对-NCO转化率的影响

4．2．5第二步催化剂用量对-NCO转化率的影响

4．2．6第二步反应温度对碳碳双键含量的影响

4．2．7第二步阻聚剂用量对PUA合成影响

4．2．8 FTIR表征

4．3涂膜固化工艺研究及性能测试

4．3．1光照距离对涂膜固化性能影响

4．3．2光引发剂用量对涂膜固化时间影响

4．3．3活性稀释剂对固化性能影响

4．3．4助剂对涂膜性能影响

4．3．5涂膜性能测试

4．4本章小结

第五章结论与展望

5．1结论

5．2展望

参考文献

在读期间发表的学术论文及研究成果

致谢