一种紫外光混杂光固化水性聚氨酯丙烯酸酯及其制备方法和应用技术

本发明专利技术提供了一种紫外光混杂光固化水性聚氨酯丙烯酸酯，包括如下按重量份计的组分：聚碳酸亚丙酯二元醇100份、异氰酸酯30~75份、亲水扩链剂3~10份、甲基丙烯酸羟乙酯5~20份、缩水甘油5~20份、成盐剂2~10份、扩链剂1~10份，催化剂0.01~2份。本发明专利技术还提供了紫外光混杂光固化水性聚氨酯丙烯酸酯的制备方法。本发明专利技术制备的紫外光混杂光固化水性聚氨酯丙烯酸酯端基含有不饱和双键和环氧基团，在加入引发剂并在紫外光的照射下，可分别按照自由基‑阳离子的机理进行交联反应，与单一固化方式相比，固化反应速度快，预聚体转化率高。

【技术实现步骤摘要】
一种紫外光混杂光固化水性聚氨酯丙烯酸酯及其制备方法和应用
本专利技术属于聚氨酯丙烯酸酯及其制备
，更具体地，涉及一种紫外光混杂光固化水性聚氨酯丙烯酸酯及其制备方法和应用。
技术介绍
以水为溶剂的水性涂料不仅降低了涂料的成本，而且大大减少VOC含量，顺应了当今世界环保的要求。但由于水的蒸发潜热大，加速干燥需要提高温度，固化速率慢。UV固化涂料的最大优点是固化速度快、固化不需要提高温度，但大量的活性稀释剂对人的皮肤和眼睛有较强烈的刺激作用，影响操作者的身体健康，此外过多活性稀释剂在紫外光辐照过程中难以完全反应，残留单体直接影响到固化膜的长期性能。将传统的UV固化技术和水性涂料技术相结合作为课题的切入点制备水性UV固化乳液，它既减少了传统UV固化涂料的活性稀释剂的用量，又明显降低了水性涂料预干燥的耗时。紫外光固化反应按机理可分为自由基固化机理、阳离子固化机理，以及自由基-阳离子混杂固化机理。自由基固化是光引发剂在紫外光照射下产生自由基，引发预聚物和单体中的不饱和基团发生加成聚合反应。阳离子固化是阳离子引发剂在紫外光辐照下产生质子酸或路易斯酸，形成正离子活性中心，引发阳离子开环聚合。自由基-阳离子混杂固化则是指在同一体系中同时发生自由基光聚合反应和阳离子光聚合反应。自由基光固化体系具有固化速度快，性能易于调节,抗潮湿,引发剂种类多的优点,但存在氧阻聚、聚合体积收缩大、精度不高、附着力差、无后固化作用等问题。阳离子固化体系发展较晚,它具有氧阻小，厚膜固化好，固化膜体积收缩小、附着力强、耐磨、硬度高等优点，特别适用于需要附着力强、耐磨的光盘和光纤涂层等方面。但它有固化速度慢，预聚物和活性稀释剂种类少，价格高，固化产物性能不易调节等缺点。从而限制了其实际应用。自由基光固化和阳离子光固化各有其优点和不足，将2种聚合方式结合起来综合了各自的优点，表现出很好的协同效应，便于充分发挥自由基和阳离子光固化体系的特点，取长补短，从而拓宽了光固化体系的使用范围。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种紫外光混杂光固化水性聚氨酯丙烯酸酯。本专利技术的另一目的在于提供上述紫外光混杂光固化水性聚氨酯丙烯酸酯的制备方法。本专利技术的再一目的在于提供上述紫外光混杂光固化水性聚氨酯丙烯酸酯的应用。本专利技术的上述技术目的通过以下技术方案实现：本专利技术提供了一种紫外光混杂光固化水性聚氨酯丙烯酸酯，包括如下按重量份计的组分：聚碳酸亚丙酯二元醇100份、异氰酸酯30~75份、亲水扩链剂3~10份、甲基丙烯酸羟乙酯5~20份、缩水甘油5~20份、成盐剂2~10份、扩链剂1~10份，催化剂0.01~2份。本专利技术中，甲基丙烯酸羟乙酯为含有双键和羟基的反应单体，羟基能够与端氰酸酯基预聚体反应，并提供给预聚体可通过自由基机理进行紫外光交联反应的双键。本专利技术对所述甲基丙烯酸羟乙酯的来源没有特殊限制，采用本领域技术人员熟知的市售商品即可。在本专利技术中，所述甲基丙烯酸羟乙酯的重量份为5~20份。本专利技术中，缩水甘油为含有环氧基团和羟基的反应单体，羟基能够与端氰酸酯基预聚体反应，并提供给预聚体可通过阳离子机理进行紫外光交联反应的环氧基团。本专利技术对所述缩水甘油的来源没有特殊限制，采用本领域技术人员熟知的市售商品即可。在本专利技术中，所述缩水甘油的重量份为5~20份。本专利技术通过在水性聚氨酯上面接上双键和环氧基团，实现混杂固化，因而在紫外光照下，能够进行自由基-阳离子混杂固化。优选地，所述聚碳酸亚丙酯二元醇的分子量为1500~4000；聚碳酸亚丙酯二元醇分子内碳酸酯基的摩尔分率为0.25~0.45。优选地，所述异氰酸酯选自二苯基甲烷二异氰酸酯、碳化二亚胺改性二苯基甲烷二异氰酸酯或多亚甲基多苯基多异氰酸酯中的一种或多种。优选地，所述亲水扩链剂为N,N-二羟乙基单马来酰胺酸、二羟甲基丙酸、二羟甲基丁酸、N,N-（2-羟乙基）-2-氨基乙磺酸、N-（2-氨基乙基）-2-氨基丙磺酸中的一种或几种的混合物。优选地，所述成盐剂为三乙胺、三丙胺、氨水、三丁胺、氢氧化钠、氨水中的一种或几种的混合物。优选地，所述扩链剂为小分子二元胺，所述的二元胺为乙二胺、丙二胺、己二胺、癸二胺、对苯二胺中的一种或几种的混合物。优选地，所述催化剂为二月桂酸二丁基锡、异辛酸亚锡和异辛酸亚锌中的一种或多种。本专利技术还提供所述的紫外光混杂光固化水性聚氨酯丙烯酸酯的制备方法，将聚碳酸亚丙酯多元醇脱水后，加入亲水扩链剂、多异氰酸酯、催化剂，在40~100℃下反应1~4小时，降温至60~80℃，加入甲基丙烯酸羟乙酯和缩水甘油进行部分封端，反应0.5~3小时，降温至30~50℃，加入成盐剂反应0.1~2小时，加水，在0~30℃下乳化反应0.1~2小时，然后加入扩链剂反应0.5~2小时，得到紫外光混杂光固化水性聚氨酯丙烯酸酯。优选地，所述紫外光混杂光固化水性聚氨酯丙烯酸酯的固化方法是：将紫外光混杂光固化水性聚氨酯丙烯酸酯加入光引发剂，在紫外光下固化10~40s。优选地，所述光引发剂为自由基光引发剂或阳离子光引发剂。本专利技术中，自由基光引发剂为2-羟基-2-甲基-1-苯基-1-丙酮、1-羟基环己基苯基甲酮、2-甲基-2-(4-吗啉基)-1-[4-(甲硫基)苯基]-1-丙酮中的一种，能够引发水性聚氨酯丙烯酸酯中的双键按照自由基机理进行紫外光交联反应。本专利技术中，所述阳离子光引发剂为4,4'-二甲基二苯基碘鎓六氟磷酸盐、二芳基碘鎓盐、三芳基碘鎓盐中的一种，能够引发水性聚氨酯丙烯酸酯中的双键按照阳离子机理进行紫外光交联反应。相对于现有技术，本专利技术具有如下的优点及效果：本专利技术制备的紫外光混杂光固化水性聚氨酯丙烯酸酯端基含有不饱和双键和环氧基团，在加入引发剂并在紫外光的照射下，可分别按照自由基-阳离子的机理进行交联反应，与单一固化方式相比，固化反应速度快，预聚体转化率高。附图说明图1为紫外光混杂光固化水性聚氨酯丙烯酸酯乳液的红外谱图。图2对比例1光照不同时间的红外谱图（Irgacure1173浓度为3.5wt.%）。图3对比例2光照不同时间的红外谱图（PI820浓度为5.0wt.%）。图4实施例1光照不同时间的红外谱图（引发剂Irgacure11733.5wt%，PI8205.0wt%）。具体实施方式以下结合具体实施例和附图来进一步说明本专利技术，但实施例并不对本专利技术做任何形式的限定。除非特别说明，本专利技术采用的试剂、方法和设备为本
常规试剂、方法和设备。除非特别说明，本专利技术所用试剂和材料均为市购。实施例1将100重量份分子量2000,、分子内碳酸酯基团摩尔分率为0.25的聚碳酸亚丙酯二元醇脱水后，加入5重量份亲水扩链剂二羟甲基丙酸、30重量份甲苯二异氰酸酯、0.5重量份催化剂二月桂酸二丁基锡，在80℃下反应4小时，降温至60℃，加入5重量份的功能单体甲基丙烯酸羟乙酯，5重量份的功能单体缩水甘油进行部分封端，反应1小时，降温至30℃，加入3.76重量份重量份成盐剂三乙胺反应0.1小时，加入280重量份去离子水，在0℃下乳化反应2小时，然后加入5重量份的扩链剂二乙胺反应1小时，得到紫外光混杂光固化水性聚氨酯丙烯酸酯乳液。采用美国Nicolet公司的Magna360型傅里叶变换红外光谱仪对本专利技术实施例1提供的紫外光混杂固化水性聚氨酯丙烯酸酯乳液进行测定本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种紫外光混杂光固化水性聚氨酯丙烯酸酯，其特征在于，包括如下按重量份计的组分：聚碳酸亚丙酯二元醇100份、异氰酸酯30~75份、亲水扩链剂3~10份、甲基丙烯酸羟乙酯5~20份、缩水甘油5~20份、成盐剂2~10份、扩链剂1~10份，催化剂0.01~2份。

【技术特征摘要】
1.一种紫外光混杂光固化水性聚氨酯丙烯酸酯，其特征在于，包括如下按重量份计的组分：聚碳酸亚丙酯二元醇100份、异氰酸酯30~75份、亲水扩链剂3~10份、甲基丙烯酸羟乙酯5~20份、缩水甘油5~20份、成盐剂2~10份、扩链剂1~10份，催化剂0.01~2份。2.根据权利要求1所述的紫外光混杂光固化水性聚氨酯丙烯酸酯，其特征在于，所述聚碳酸亚丙酯二元醇的分子量为1500~4000；聚碳酸亚丙酯二元醇分子内碳酸酯基的摩尔分率为0.25~0.45。3.根据权利要求1所述的紫外光混杂光固化水性聚氨酯丙烯酸酯，其特征在于，所述异氰酸酯选自二苯基甲烷二异氰酸酯、碳化二亚胺改性二苯基甲烷二异氰酸酯或多亚甲基多苯基多异氰酸酯中的一种或多种。4.根据权利要求1所述的紫外光混杂光固化水性聚氨酯丙烯酸酯，其特征在于，所述亲水扩链剂为N,N-二羟乙基单马来酰胺酸、二羟甲基丙酸、二羟甲基丁酸、N,N-（2-羟乙基）-2-氨基乙磺酸、N-（2-氨基乙基）-2-氨基丙磺酸中的一种或几种的混合物。5.根据权利要求1所述的紫外光混杂光固化水性聚氨酯丙烯酸酯，其特征在于，所述成盐剂为三乙胺、三丙胺、氨水、三丁胺、氢氧化钠、氨水中的一种或几种的混合物。6.根据权利要求1所述的紫外光混杂光固化水性聚氨酯丙烯酸酯，其特征在于，所述扩链剂为小分子二元胺，所述的二元胺为乙二胺、丙...

【专利技术属性】
技术研发人员：朱炜健，宋丽娜，
申请(专利权)人：广东工业大学，
类型：发明
国别省市：广东,44