紫外光固化聚氨酯丙烯酸酯涂料

摘要

聚氨酯丙烯酸酯(PUA)结合了聚氨酯和聚丙烯酸酯的优点，广泛地应用于涂料和印刷油墨等UV固化工艺的生产，在木材加工、特种造纸、印刷品上光、塑料和金属的表面处理、电子工业等领域占有重要的地位。PUA在国外已经实现了商品化，目前已成为国内UV固化材料中的一个研究热点。 本文对PUA涂料的制备进行了研究，详细考察了以异佛尔酮二异氰酸酯(IPDI)、聚乙二醇(PEG)、丙烯酸羟丙酯(HPA)为原料的PUA合成过程，确定了本体法合成PUA涂料的最佳反应条件为：反应物的配比IPDI：PEG：HPA=3：2：2；采用IPDI和PEG先反应后加入HPA封端的反应路线;反应温度为50℃；催化剂使用二月桂酸二丁基锡(DBTDL)，浓度为反应物料总质量的200ppm。 通过对合成反应的宏观动力学实验数据的拟合，得到了在最佳反应条件下的二级反应速率方程，形式为：r=-d[NCO]/dt=k[NCO][OH]其中反应速率常数k的形式为：第1步反应k=2.89×1013exp(-82.58/RT)第2步反应k=4.08×1014exp(-89.82/RT)该方程可简单实用地预测在不同温度下NCO基转化率随反应时间的变化规律。通过IR和NMR对反应过程中PUA分子结构的考察，除了定性了解IPDI：PPG：HPA=3：2：2反应体系的结构变化之外，还发现IPDI中两个NCO基的反应选择性，其中直接连接在环己基上的NCO(NCOsec)反应活性是连接在亚甲基上的NCO(NCOprim)的3.50倍。通过GPC对PUA的分子量分布进行考察，运用Gaussian法和Lorentzian法对PUA的GPC谱图进行分峰处理，发现上述体系的聚合度最大值nmax约为12，大分子量组分的重量分f随着IPDI与PPG用量比的减小而升高，PUA的分子量分布随着软段分子量的增大而变宽，呈多峰重叠分布。 针对PUA涂料的UV固化工艺制备涂膜的过程进行了考察。通过紫外吸收光谱的分析，发现TPO、651是紫外光引发剂中最佳的选择，吸收峰集中在波长为272nm和309nm两处，其中以TPO的摩尔吸光系数最高，κmax(272nm)=8.671×106L.mol-1·cm-1，κmax(309nm)=6.429×106L·mol-1·cm-1，同时具有使涂膜不变黄的特性。 另外，本文还对PUA涂膜的力学性能、附着力和60°镜面光泽度等性能进行了表征测试，并总结了它们的影响因素，提出了优化涂布工艺中最主要的三个方面：温湿度，涂膜的舒展时间和氧气的阻聚效应。

目录

文摘

英文文摘

第1章前言

第2章文献综述

2.1基体树脂

2.1.1聚氨酯树脂

2.1.2丙烯酸酯树脂

2.1.3聚氨酯丙烯酸酯

2.2 NCO基与OH基的反应动力学

2.2.1异氰酸酯与小分子醇反应

2.2.2异氰酸酯与大分子醇反应

2.3聚氨酯丙烯酸酯的合成方法和合成路线

2.3.1合成方法

2.3.2合成路线

2.4聚氨酯丙烯酸酯涂料的紫外光固化

2.4.1紫外光固化的原理

2.4.2光引发剂的分类

2.4.3紫外光固化的设备

2.5研究思路

第3章聚氨酯丙烯酸酯的合成及其反应动力学

3.1实验方法

3.1.1实验原料

3.1.2实验装置及合成步骤

3.1.3 NCO基转化率的表征

3.2聚氨酯丙烯酸酯的合成反应条件讨论

3.2.1合成路线

3.2.2反应温度

3.2.3催化剂的种类和浓度

3.3聚氨酯丙烯酸酯合成反应的宏观动力学

3.3.1反应动力学模型

3.3.2动力学参数的计算及影响因素

3.4本章小结

第4章聚氨酯丙烯酸酯分子的设计和表征

4.1实验方法

4.1.1实验原料及合成条件

4.1.2结构表征

4.2聚氨酯丙烯酸酯结构在合成过程中的变化

4.3聚氨酯丙烯酸酯分子的设计

4.3.1异氰酸酯的结构

4.3.2单体投料配比

4.3.3软段的结构和分子量

4.4本章小结

第5章聚氨酯丙烯酸酯涂料的紫外光固化

5.1实验方法

5.1.1实验原料

5.1.2实验装置及步骤

5.1.3表征手段

5.2光引发剂的选用

5.2.1光引发剂的紫外吸收光谱

5.2.2光引发剂对涂膜颜色的影响

5.3涂料的涂布工艺讨论

5.3.1温湿度

5.3.2涂膜的舒展时间

5.3.3涂料的抗氧阻聚方法

5.4本章小结

第6章聚氨酯丙烯酸酯涂膜的性能表征

6.1实验方法

6.1.1涂膜的制备

6.1.2涂膜性能的表征手段

6.2聚氨酯丙烯酸酯涂膜的拉伸性能及其影响因素

6.2.1单体投料比的影响

6.2.2软段结构和分子量的影响

6.2.3活性稀释剂用量的影响

6.3聚氨酯丙烯酸酯涂膜的其他性能

6.3.1附着力

6.3.2光泽度

6.4本章小结

第7章结论

参考文献

附录

致谢