紫外光固化粉末涂料用聚酯丙烯酸酯的合成与应用

摘要

本文首先用对二羟甲基环已烷和过量的已二酸，通过熔融法合成了羧基型聚酯。然后通过溶液法，用羧基型聚酯和甲基丙烯酸缩水甘油酯反应合成了紫外光固化粉末涂料用聚酯丙烯酸酯。研究了催化剂、阻聚剂的种类和浓度以及反应温度对反应转化率和紫外光固化涂膜交联度的影响，用红外光谱(FT-IR)分析了树脂的结构。红外测试结果表明光固化聚酯丙烯酸酯中成功引入了碳碳双键；实验结果表明随着催化剂浓度的增加，反应的转化率也升高，但是当催化剂浓度达3 wt％后，反应的转化率增加不明显；随着反应温度的升高，反应的转化率也升高，但是光固化聚酯丙烯酸酯中引入的碳碳双键可能在热引发下发生部分热聚合和其它副反应，使得光固化涂膜的交联度有所降低；2,2，6，6-四甲基-4-羟基哌啶氮氧自由基(ZJ-701)较对苯二酚(HQ)具有更好的阻聚效果，同时还能提高反应的转化率。适宜的反应体系为：以甲苯为溶剂，3 wt％四丁基溴化铵为催化剂，0.1 wt％2，2，6，6-四甲基-4-羟基哌啶氮氧自由基为阻聚剂，于100℃反应3h。然后用熔融法合成了紫外光固化粉末涂料用聚酯丙烯酸酯，研究了二元酸种类及醇酸比对光固化聚酯丙烯酸酯的熔点、磨粉性以及储存稳定性的影响。用差示扫描量热仪(DSC)测试了光固化聚酯丙烯酸酯的熔点。DSC测试结果表明当采用已二酸时，光固化聚酯丙烯酸酯的熔点在100℃左右，满足了光固化粉末涂料用树脂的要求；在光固化聚酯丙烯酸酯的分子链中引入长碳链结构可以降低光固化聚酯丙烯酸酯的熔点；随着醇酸比的增大，光固化聚酯丙烯酸酯的熔点增加不明显，但是树脂的储存稳定性和磨粉性却显著提高。综合考虑，适宜的反应体系为：醇酸比为0.92-0.94，3 wt％四丁基溴化铵为催化剂，于120℃反应1h。为了制备满足日常使用和储存的低熔点的光固化聚酯丙烯酸酯，可以在配方中加入部分癸二酸以降低光固化聚酯丙烯酸酯的熔点，同时增大醇酸比，以提高光固化聚酯丙烯酸酯的储存稳定性和磨粉性，适宜的配方为：醇酸比为0.96，癸二酸摩尔含量为10％，此时光固化聚酯丙烯酸酯的熔点在90℃左右，而且储存稳定性和磨粉性能良好，可以满足日常使用、运输和储存。最后对光固化粉末涂料的配方和光固化工艺进行了探讨，适宜的配方为：光引发剂TPO浓度为3 wt％，流平剂GLP 505浓度为1wt％，同时涂料中添加0.5 wt％安息香和0.5 wt％对苯二酚，于110℃熔融流平10min，然后于紫外光固化仪(80W/cm)中固化20s成膜，这样所得的涂膜综合性能最好。

目录

文摘

英文文摘

论文说明：图表目录

声明

致谢

第一章前言

1.1发展背景

1.2光化学基础

1.3紫外光固化粉末涂料的组成

1.3.1光固化树脂

1.3.2光引发剂

1.3.3添加剂

1.4紫外光固化粉末涂料的涂装工艺

1.5紫外光固化粉末涂料的应用

1.5.1木制品

1.5.2塑料制品

1.5.3合金及预装配制品

1.5.4纸类基材

1.5.5汽车涂料

1.6本论文研究的内容和意义

第二章羧基型聚酯的合成

2.1前言

2.2实验原料和设备

2.3实验步骤

2.4测试和表征

2.4.1羧基型聚酯的酸值和数均分子量的表征

2.4.2熔点的测定

2.4.3红外测试

2.5结果和讨论

2.5.1羧基型聚酯的红外图谱分析

2.5.2醇酸比的影响

2.5.3反应时间的影响

2.5.4合成反应工艺的影响

2.5.5催化剂的影响

2.6本章小结

第三章溶液法合成光固化树脂

3.1前言

3.2实验原料和设备

3.3实验步骤

3.3.1光固化树脂的合成

3.3.2光固化实验

3.4测试和表征

3.4.1反应转化率

3.4.2红外测试

3.4.3光固化涂膜的交联度

3.4.4 XRD测试

3.5结果和讨论

3.5.1光固化聚酯丙烯酸酯的XRD图谱分析

3.5.2光固化聚酯丙烯酸酯的红外光谱分析

3.5.3催化剂种类的影响

3.5.4催化剂浓度的影响

3.5.5反应温度的影响

3.5.6阻聚剂的影响

3.6本章小结

第四章熔融法合成光固化树脂

4.1前言

4.2实验原料和设备

4.3实验步骤

4.4测试和表征

4.4.1反应转化率

4.4.2熔点的测定

4.5结果和讨论

4.5.1 DSC分析

4.5.2催化剂浓度和反应时间的影响

4.5.3二元酸种类及醇酸比对树脂熔点的影响

4.5.4醇酸比对光固化聚酯丙烯酸酯磨粉及储存稳定性的影响

4.5.5低熔点光固化聚酯丙烯酸酯的合成

4.6本章小结

第五章光固化粉末涂料的制备

5.1前言

5.2实验原料和设备

5.3光固化实验

5.4测试和表征

5.4.1流平性测试

5.4.2光固化涂膜交联度

5.4.3光泽度

5.5结果和讨论

5.5.1流平剂对涂膜流平性的影响

5.5.2光引发剂含量对涂膜交联度的影响

5.5.3辐照时间对涂膜交联度的影响

5.5.4熔融流平温度对涂膜交联度的影响

5.5.5光引发剂种类对涂膜性能的影响

5.6本章小结

第六章结论和下一步实验建议

6.1结论

6.2下一步实验建议

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文