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水性UV樹脂的合成

2023-03-24

　　水性UV樹脂是指可溶于水或可用水分散的UV樹脂，分子中含有一定量的羧基、羥基、氨基、醚基或酰胺基等親水基團(tuán)，以及丙烯酰基、甲基丙烯?；蛳┍炔伙柡突鶊F(tuán)。目前，水性UV樹脂主要有水性聚丙烯酸酯、水性聚酯丙烯酸酯、水性環(huán)氧丙烯酸酯和水性聚氨酯丙烯酸酯。

　　1.1 水性聚丙烯酸酯

　　水性聚丙烯酸酯價廉，耐黃變性好，對各種不同基材都有較好的附著力，但機械強度和硬度較低，耐酸堿性差。因此，水性聚丙烯酸酯在實際應(yīng)用中一般不作主體樹脂，只為改善光固化涂料、油墨的某些性能而配合使用。水性聚丙烯酸酯一般是先由丙烯酸與各種丙烯酸酯聚合，丙烯酸引入的部分羧基與丙烯酸羥乙酯的羥基或甲基丙烯酸縮水甘油酯的環(huán)氧基反應(yīng)，從而引入具有光活性的碳碳雙鍵，然后用有機胺將羧基鹽化而得。以丙烯酸(AA)、苯乙烯(ST)、丙烯酸丁酯(BA)及甲基丙烯酸羥乙酯(HMEA)為原料，合成了帶有羧基和羥基的丙烯酸酯，再用甲苯二異氰酸酯和甲基丙烯酸羥乙酯的半加成物(TDI鄄HEMA)與丙烯酸酯中的羥基反應(yīng)，最后通過有機胺中和，制得穩(wěn)定的水性聚丙烯酸乳液。

　　1.2 水性聚酯丙烯酸酯

　　水性聚酯丙烯酸酯容易制得，價格低廉，且漆膜豐滿，光澤度好，柔軟性好，但耐黃變性差，一般采用二元醇與偏苯三甲酸酐(或均苯四甲酸二酐)反應(yīng)，再與丙烯酸發(fā)生酯化反應(yīng)，引入羧基，最后用胺中和成鹽而得。以季戊四醇、鄰苯二甲酸酐和丙烯酸羥乙酯(HEA)為原料，合成了紫外光固化的水性聚酯丙烯酸酯。用N，N鄄二甲基乙醇胺和三乙胺為中和劑，中和度為100%，固含量為80%，樹脂水溶性好，并具有長期的儲存穩(wěn)定性。

　　1.3 水性環(huán)氧丙烯酸酯

　　水性環(huán)氧丙烯酸酯具有價格低、涂膜硬度高、附著力好、光澤度高和耐化學(xué)藥品性好等優(yōu)點，但也存在傳統(tǒng)雙酚A型環(huán)氧樹脂的脆性、耐黃變性差等缺點。許多學(xué)者選擇物理力學(xué)性能、抗黃變性優(yōu)異的脂肪族環(huán)氧樹脂替代傳統(tǒng)雙酚A環(huán)氧樹脂作為水性UV環(huán)氧丙烯酸酯的基體，大大提高了樹脂的綜合性能。一般先采用丙烯酸將環(huán)氧樹脂酯化得到環(huán)氧丙烯酸酯(EA)，利用環(huán)氧丙烯酸酯中的羥基和酸酐反應(yīng)(如順酐、偏苯三酸酐等)引入親水基團(tuán)，再用有機胺中和得到水性環(huán)氧丙烯酸酯樹脂(EB)。

　　用脂肪族環(huán)氧樹脂替代傳統(tǒng)的雙酚A環(huán)氧樹脂，與丙烯酸反應(yīng)生成EA，再與順酐反應(yīng)引入親水性基團(tuán)—COOH，最后用三乙醇胺作中和劑將羧基成鹽，合成了抗黃變性良好的水性UV樹脂。由該脂肪族水性環(huán)氧丙烯酸酯配成的涂料固化后，涂膜光澤，透明性和抗黃變性良好。

　　1.4 水性聚氨酯丙烯酸酯

　　水性聚氨酯丙烯酸酯類光固化體系，因具有良好的耐磨性、耐化學(xué)品性、耐低溫性和柔韌性等而備受關(guān)注，是目前研究最多，也是商品化最多的水性UV樹脂。近年來，國外一些公司，如Bayer，AKZONOBEL，BASF等，在水性UV聚氨酯丙烯酸酯的性能改善上取得了較大的突破，部分產(chǎn)品性能達(dá)到汽車涂料的要求，在各種汽車涂料中得到應(yīng)用，如汽車底漆、面漆和罩光清漆等。

　　以二異氰酸酯為原料，聚酯或聚醚二元醇為軟段擴鏈劑，含羧基的二元醇(如二羥甲基丙酸)為親水?dāng)U鏈劑，丙烯酸羥基酯為封端劑，通過多步縮聚反應(yīng)能制得可固化的聚氨酯丙烯酸酯，再用氨或有機胺中和成鹽，就得到水性UV聚氨酯丙烯酸酯(WPUA)。

　　普通水性聚醚型聚氨酯丙烯酸酯物理力學(xué)性能較差，將物理性質(zhì)優(yōu)異的聚碳酸酯二元醇(PCDL)引入到聚氨酯中，與異佛爾酮二異氰酸酯(IPDI)、二羥甲基丙烯(DMPA)和丙烯酸羥基酯合成了封端型的水性聚酯型聚氨酯丙烯酸酯，研究了不同分子量的聚碳酸酯二元醇(PCDL800，PCDL1000，PCDL2000)和不同封端劑(HEA，HEMA，PENTA)對樹脂光固化速率、反應(yīng)轉(zhuǎn)化率和漆膜物理性能的影響。

　　結(jié)果得出，反應(yīng)轉(zhuǎn)化率和樹脂的光固化速率都隨著二元醇分子量的減小而增大，因為短鏈二元醇反應(yīng)活性高，形成的聚合物網(wǎng)絡(luò)更加密集；封端劑官能度越高，交聯(lián)密度越大；因此由短鏈二元醇(PCDL800)和三官能度封端劑(PENTA)合成的樹脂的硬度和抗拉強度等各方面性能最好。為得到性能更加優(yōu)越的水性UV聚氨酯丙烯酸酯，許多學(xué)者還采用不同原料對其進(jìn)行改性。