一种紫外光固化水性阳离子树脂及其制备方法技术

本发明专利技术提供了一种紫外光固化水性阳离子树脂及其制备方法，所述紫外光固化水性阳离子树脂的结构如式（1）所示，其中，R1为CH3、CH2CH3、CH2CH2OH、CH2CH2CH3 或CH2CH2CH2CH3；R2为CH3、CH2CH3、CH2CH2OH、CH2CH2CH3 或CH2CH2CH2CH3。采用本发明专利技术的技术方案，该树脂分子中同时具有丙烯酸酯双键和铵盐阳离子，可以以水为溶剂配制紫外光固化产品，减少了稀释剂的用量，更加环保，并且不影响固化物性能；整个树脂合成过程较简单，而且结构容易控制，能确保后续的使用性能，批量生产时候，能很好的保证了产品稳定性和一致性。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于有机高分子合成
，尤其涉及一种紫外光固化水性阳离子树脂及其制备方法。
技术介绍
紫外光(UV)固化技术是二十世纪40年代开发的一种环保型固化技术，它在受到紫外光照射后，发生光化学反应，从而引起聚合、交联，使液态涂层瞬间变成固态薄膜，它具有以下优点：节省能源，耗能约为热固化涂料的1/5-1/10；无溶剂排放，既安全又不污染环境；固化速度快(0.1-10s)，生产效率高，适合流水线生产；可涂装对热敏感的基材；涂层性能优异，具有良好的耐摩擦性、耐溶剂性及耐粘污性等性能。紫外光固化技术在涂料、油墨、粘结剂中有着广阔的应用前景。大部分的UV固化产品或UV固化体系由光活性低聚物、单官能团或多官能团稀释性单体，光引发剂和助剂等组成。光活性低聚物在固化后形成聚合物的三维网络结构，对固化膜的理化性能起决定性的作用。单官能团或多官能团稀释性单体主要用来调节体系的粘度，使之适合工业涂装需要。光引发剂用来引发UV固化，用量较少，助剂则是为了赋予涂层一些特殊的性能而加入的。采用UV固化的涂料、油墨、粘合剂，其性能主要取决于配方中所用低聚物的性质。大多数UV固化体系都以带丙烯酸酯官能团的低聚物为基础，所用树脂类型主要是丙烯酸酯化的环氧、聚酯、聚氨酯或有机硅，它们由丙烯酸与环氧、聚酯、聚氨酯或有机硅反应而得。相对分子质量较高的低聚物粘度较大，一般来说，低聚物分子质量大，固化时体积收缩率小，但分子质量大粘度高，需要更多的单体稀释，最后会影响固化物性能。但是，目前的紫外光固化产品中，为了保证均匀性，一般会使用大量的低分子量的活性稀释剂，这样，会引起如下问题：某些稀释剂对人体有害，即使无害的稀释剂在喷涂过程中形成的雾滴也会污染环境，刺激人的皮肤；在一些多孔基材，如木材、水泥、纸张上使用光固化涂料时，稀释剂容易扩散到孔隙中而不能固化，而使被涂物长期有异味；稀释剂会强烈的影响固化膜的性质。另外，目前一些紫外光固化水性阳离子树脂在合成中得到的最终树脂的结构不宜控制，影响了产品的性能，有的甚至会影响使用；在批量生产中，影响了产品稳定性和一致性。
技术实现思路
针对以上技术问题，本专利技术公开了一种紫外光固化水性阳离子树脂及其制备方法，该树脂分子中同时具有丙烯酸酯双键和铵盐阳离子，可以以水为溶剂配制紫外光固化产品，并且树脂的结构易控，保证了产品稳定性和一致性。对此，本专利技术采用的技术方案为：一种紫外光固化水性阳离子树脂，所述紫外光固化水性阳离子树脂的结构如式(1)所示：其中，R1为CH3、CH2CH3、CH2CH2OH、CH2CH2CH3或CH2CH2CH2CH3；R2为CH3、CH2CH3、CH2CH2OH、CH2CH2CH3或CH2CH2CH2CH3。为了减少配制紫外光固化产品中活性稀释剂的使用，一个好的办法是将光固化树脂做成水性的，这样在配制紫外光固化产品时可以用水做溶剂。水性紫外光固化树脂早期研究的多通过外加乳化剂使低聚物达到溶于水的目的，近期的研究则偏重于在低聚物中引入亲水基，实现自乳化。聚氨酯丙烯酸酯的引入亲水性基团较容易，因此研究得比较充分，在聚氨酯丙烯酸酯中引入亲水基主要有三种：阳离子型、阴离子型和非离子型。阴离子型主要是在分子链中引入羧基，然后用胺类(如三乙胺)中和成盐，使之具有较大的亲水性。阳离子型丙烯酸聚氨酯一般在主链中引叔胺基团，然后季铵盐化，使其具有水溶性，有以IPDI、PTMG、N-甲基二乙醇胺和HEMA为原料合成的阳离子型丙烯酸聚氨酯的报道。非离子型一般以PEG为亲水基团，有对聚乙二醇改性丙烯酸聚氨酯自乳化体系的研究报道。本专利技术的技术方案则区别于上述研究体系，采用此技术方案，该树脂分子中同时具有丙烯酸酯双键和铵盐阳离子，可以以水为溶剂配制紫外光固化产品，减少了稀释剂的用量，更加环保，并且不影响固化物性能。作为本专利技术的进一步改进，所述紫外光固化水性阳离子树脂采用以下步骤制备得到：步骤S1：在反应容器中加入环氧树脂，于70～120℃油浴；然后加入催化剂和对羟基苯甲醚，其中，所述催化剂所占的质量百分比为0.1～1.0％，所述对羟基苯甲醚所占的质量百分比为0.1～0.8％；再加入丙烯酸，所述丙烯酸的加入量满足环氧基团与丙烯酸的摩尔比为2：1；调节体系的酸值≤3mgKOH/g，得到结构式为式(2)的丙烯酸环氧单酯链段；步骤S2：在反应容器中加入步骤S1合成的丙烯酸环氧单酯，加入相同质量的溶剂，搅拌均匀后，升温至50-90℃，滴加胺，所述胺的加入量满足环氧基团与胺基的摩尔比为1：1，反应2-5h后，冷却，加入与胺基等摩尔的酸，再加入上述树脂总质量1-2倍质量的水，搅拌均匀即得结构式为式(1)的紫外光固化水性阳离子树脂。此技术方案中，以环氧丙烯酸酯为主链制备一种新型紫外光固化水性阳离子树脂，该树脂分子中同时具有丙烯酸酯双键和铵盐阳离子，可以以水为溶剂配制紫外光固化产品，减少现有紫外光固化产品中低分子量活性稀释剂的使用。且该树脂合成过程中，第一步反应可以通过滴定法严格监测丙烯酸与环氧的酯化反应，由于环氧基团过量，可以控制丙烯酸完全酯化；第二步的胺化反应也可以通过滴定法实时监测环氧基团与胺的反应，确保环氧基团与氨基的反应过程进行完全。整个树脂合成过程较简单，而且结构容易控制，能确保后续的使用性能，批量生产时候，能很好的保证了产品稳定性和一致性。作为本专利技术的进一步改进，所述环氧树脂为双酚A环氧树脂及其同系物、酚醛环氧树脂、双酚F环氧树脂、四溴双酚A环氧树脂、二环氧化聚氧化丙烯、萘系环氧、脂肪族环氧或脂环族环氧中的一种。作为本专利技术的进一步改进，所述催化剂为四丁基溴化胺、三乙基苄基氯化铵、三氯化铬、三苯基膦、N，N－二甲基苄胺(BDMA)、N,N-二乙基苄胺、三乙胺，三乙醇胺、三(乙酰丙酮)络铝(Ⅲ)、三(乙酰丙酮)络镧(Ⅲ)、三(乙酰丙酮)络铬(Ⅲ)、四(乙酰丙酮)络锆、三(乙酰丙酮)络铁(Ⅲ)、二(乙酰丙酮)络铜(Ⅱ)、二(乙酰丙酮)络钴(Ⅱ)、二氯化二(乙酰丙酮)络钛(Ⅳ)、三(乙酰丙酮)络钴(Ⅲ)、三(乙酰丙酮)络锰(Ⅲ)、二(乙酰丙酮)络镍(Ⅱ)、三(乙酰丙酮)络钒(Ⅲ)、二(乙酰丙酮)络氧钒(Ⅳ)、二(乙酰丙酮)络铍(Ⅱ)、二(乙酰丙酮)络锌(Ⅱ)中的一种。作为本专利技术的进一步改进，所述胺为二甲胺、二乙胺、二丙胺、二丁胺或二乙醇胺中的一种。作为本专利技术的进一步改进，所述酸为乳酸、醋酸、甲酸、乙二酸、丙酸、丁酸、丙二酸、丁二酸中的至少一种。本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种紫外光固化水性阳离子树脂，其特征在于：所述紫外光固化水性阳离子树脂的结构如式(1)所示：其中，R1为CH3、CH2CH3、CH2CH2OH、CH2CH2CH3或CH2CH2CH2CH3；R2为CH3、CH2CH3、CH2CH2OH、CH2CH2CH3或CH2CH2CH2CH3。

【技术特征摘要】
1.一种紫外光固化水性阳离子树脂，其特征在于：所述紫外光固化水性阳离子树脂的
结构如式(1)所示：
其中，R1为CH3、CH2CH3、CH2CH2OH、CH2CH2CH3或CH2CH2CH2CH3；
R2为CH3、CH2CH3、CH2CH2OH、CH2CH2CH3或CH2CH2CH2CH3。
2.根据权利要求1所述的紫外光固化水性阳离子树脂，其特征在于：所述紫外光固化
水性阳离子树脂采用以下步骤制备得到：
步骤S1：在反应容器中加入环氧树脂，于70～120℃油浴；然后加入催化剂和对羟基
苯甲醚，其中，所述催化剂所占的质量百分比为0.1～1.0％，所述对羟基苯甲醚所占的
质量百分比为0.1～0.8％；再加入丙烯酸，所述丙烯酸的加入量满足环氧基团与丙烯酸
的摩尔比为2：1；调节体系的酸值≤3mgKOH/g，得到结构式为式(2)的丙烯酸环氧
单酯链段；
步骤S2：在反应容器中加入步骤S1合成的丙烯酸环氧单酯，加入相同质量的溶剂，
搅拌均匀后，升温至50-90℃，滴加胺，所述胺的加入量满足环氧基团与胺基的摩尔比
为1：1，反应2-5h后，冷却，加入与胺基等摩尔的酸，再加入上述树脂总质量1-2倍
质量的水，搅拌均匀即得结构式为式(1)的紫外光固化水性阳离子树脂。
3.根据权利要求2所述的紫外光固化水性阳离子树脂，其特征在于：所述环氧树脂为

\t双酚A环氧树脂及其同系物、酚醛环氧树脂、双酚F环氧树脂、四溴双酚A环氧树脂、
二环氧化聚氧化丙烯、萘系环氧、脂肪族环氧或脂环族环氧中的一种。
4.根据权利要求2所述的紫外光固化水性阳离子树脂，其特征在于：所述催化剂为四
丁基溴化胺、三乙基苄基氯化铵、三氯化铬、三苯基膦、N，N－二甲基苄胺、N,N-二
乙基苄胺、三乙胺，三乙醇胺、三(乙酰丙酮)络铝(Ⅲ)、三(乙酰丙酮)络镧(Ⅲ)、
三(乙酰丙酮)络铬(Ⅲ)、四(乙酰丙酮)络锆、三(乙酰丙酮)络铁(Ⅲ)、二(乙
酰丙酮)络铜(Ⅱ)、二(乙酰丙酮)络钴(Ⅱ)、二氯化二(乙酰丙酮)络钛(Ⅳ)、
三(乙酰丙酮)络钴(Ⅲ)、三(乙酰丙酮)络锰(Ⅲ)、二(乙酰丙酮)络镍(Ⅱ)、
三(乙酰丙酮)络钒(Ⅲ)、二(乙酰丙酮)络氧钒(Ⅳ)、二(乙酰丙酮)络铍(Ⅱ)、
二(乙酰丙酮)络锌(Ⅱ)中的一种。
5.根据权利要求2所述的紫外光固化水性阳离子树脂，其特征在于：所述胺为二...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘红波，张武英，肖望东，
申请(专利权)人：深圳职业技术学院，
类型：发明
国别省市：广东;44