一种封闭型可紫外光固化水性聚氨酯树脂及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种封闭型可紫外光固化水性聚氨酯树脂及其制备方法，特征是以扩链剂方式将丙烯酸酯双键引入聚氨酯侧链，并用封闭剂对端ＮＣＯ基团进行封闭保护；所得产物在分子链侧链上带有可紫外光固化的的丙烯酸酯基团中的双键，分子主链末端带有可解封的封闭剂基团；不仅贮存稳定性好、固化后硬度高，而且进一步提高了固化膜的固化程度和附着力，适用于紫外光照射难于穿透的工件阴影区域及较厚涂层、三维零部件涂饰。树脂涂膜经自然干燥固化、紫外光固化、解封－热固化三重固化后具有高固化程度、高硬度和高基材附着力。本发明专利技术的产品具有突出的环保性，可广泛应用于多种基材的厚涂层和胶粘剂领域。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于聚氨酯涂料和胶粘剂
，特别涉及热稳定性基材或三维零部件厚 涂层用的封闭型可紫外光固化水性聚氨酯树脂及其制备方法。
技术介绍
可紫外光固化的水性聚氨酯树脂因具有突出的环保性、快速固化和优异的综合性能 而广泛应用于涂料和胶粘剂领域。中国专利ZL 200610038981.4提出的一种可紫外光固化 水性聚氨酯树脂的制备方法，采用在预聚物中加入含有可紫外光固化的丙烯酸酯基团的 二元醇、用单羟基丙烯酸酯进行封端从而将丙烯酸酯双键引入聚氨酯分子的侧链和链端，由此制得的可紫外光固化的聚氨酯乳液具有较好的贮存稳定性，乳液经紫外光固化后得 到的涂层交联密度大、硬度高、耐甲乙酮擦拭性能好。然而由于紫外光的穿透深度有限， 当这种可紫外光固化的水性聚氨酯树脂应用于较厚涂层或是三维零部件时，在涂层的底 层或光照射阴影区常存在固化不完全或较难固化的问题；另外，紫外光固化属于自由基 聚合机理，聚合后的体积收縮率较大，也会影响涂层对基材的附着力。因此提高可紫外 光固化水性聚氨酯树脂的固化程度和对基材的附着力，使其能更好地应用于较厚涂层、 三维零部件以及胶粘剂领域就成为研究改善可紫外光固化水性聚氨酯树脂性能的重点方 向之一。
技术实现思路
本专利技术提出，以用于较厚涂 层、三维零部件或胶粘剂，经自然干燥固化、紫外光固化和解封-热固化三重固化后使涂 层具有高硬度和高附着力。本专利技术的封闭型可紫外光固化水性聚氨酯树脂，其特征在于以反应物的总质量为 基准，在聚氨酯分子侧链上含有3%~7%可紫外光固化的丙烯酸酯基团中的双键；在聚氨 酯分子主链末端含有2.5~7.5%可解封的封闭剂基团；含有20~42%的聚醚和/或聚酯和/或 聚丁二烯链段；含有1%~2%的潜在阴离子基团。所述聚醚包括聚四氢呋喃醚、聚环氧乙烷和/或聚环氧丙垸。所述聚酯包括聚己内酯和/或聚碳酸酯。本专利技术的封闭型可紫外光固化水性聚氨酯树脂的制备方法，其特征在于以水性聚 氨酯中非水性和非溶剂性组分的质量为基准，将20~42%的大分子多元醇在100 12(TC脱 水0.5~1.5小时，加入28~43%的多异氰酸酯，在80 100。C反应2~4小时；加入3.5~7% 的二羟甲基丙酸(DA)，在60 90。C反应1 4小时，得到端基为NCO基团且含有潜在阴 离子基团的聚氨酯预聚物，再进行引入双键的反应，即在所述聚氨酯预聚物中加入 14~30%含有丙烯酸酯基团的二元醇单体、15~30%的溶剂丙酮、0.05~2%的阻聚剂和 0.01~0.05%的催化剂二月桂酸二丁基锡，在50 8(TC反应2~4小时；然后加入5~15%的 封闭剂，在40 65X:反应0.5 1.5小时；经正丁胺法测定NCO基团反应完全后，将反应 产物转入高速剪切分散机，在800-4000转/分钟高速剪切和20 4(TC条件下加入3~6%的三乙胺反应1 3分钟，再加入150~230%的水，1~5分钟后得聚氨酯乳液；将聚氨酯乳 液在40 6(TC、真空条件下脱溶，即得到封闭型可紫外光固化水性聚氨酯树脂。所述大分子多元醇，包括聚己内酯多元醇(PJ)、聚碳酸酯多元醇(PCD)、聚四氢 呋喃醚多元醇(PTMG)、聚环氧乙垸多元醇(PEG)、聚环氧丙烷多元醇(PPG)和/或 端羟基聚丁二烯(HTTP)。所述多异氰酸酯，包括甲苯二异氰酸酯(TDI)、异佛尔酮二异氰酸酯(IPDI)、 二 苯基甲垸二异氰酸酯(MDI)和/或二环己基甲烷二异氰酸酯(HMDI)。所述含丙烯酸酯基团的二元醇单体，包括季戊四醇二丙烯酸酯(PEDA)、 二縮季戊 四醇四丙烯酸酯(DPETA)和/或三羟甲基丙烷单丙烯酸酯(TMPMA)。所述封闭剂包括丁酮肟(DAM)、 3,5-二甲基吡唑(DMPM)、苯酚(PN)、三唑(TA) 或乙酰乙酸乙酯(AE)、十二烷基硫醇和/或亚硫酸氢钠。所述阻聚剂，包括对苯二酚、2，6-二叔丁基-4-甲基苯酚(BHT)或对甲氧基苯酚。本专利技术的封闭型可紫外光固化水性聚氨酯树脂是在原有可紫外光固化水性聚氨酯树 脂的基础上，采用封闭剂对端NCO基团进行封闭保护制得的。本专利技术以扩链剂方式将丙 烯酸酯双键引入聚氨酯侧链，并用封闭剂对端NCO基团进行封闭保护；所得产物在分子 链侧链上带有可紫外光固化的的丙烯酸酯基团中的双键，分子主链末端带有可解封的封 闭剂基团；不仅IC存稳定性好、固化后硬度高，而且进一步提高了固化膜的固化程度和 附着力，适用于紫外光照射难于穿透的工件阴影区域及较厚涂层、三维零部件涂饰。树 脂涂膜经自然干燥固化、紫外光固化、解封-热固化三重固化后具有高固化程度、高硬度 和高基材附着力。本专利技术的产品具有突出的环保性，可广泛应用于多种基材的厚涂层和 胶粘剂领域。应用本专利技术方法制备的封闭型可紫外光固化水性聚氨酯树脂，除了可进行 自然干燥与紫外光固化外，还可进行解封-热固化。制备的树脂不仅具有原可紫外光固化 水性聚氨酯树脂的贮存稳定性好、固化后硬度高等性能，而且由于树脂涂膜在自然干燥、 紫外光固化后又通过解封还原的NCO基团和树脂中或基材中的活泼氢发生氨酯化反应， 进一步提高了固化膜的固化程度和附着力，适用于紫外光照射难于穿透的工件阴影区域 及较厚涂层、三维零部件涂饰。附图说明图1为本专利技术方法制备的封闭型可紫外光固化水性聚氨酯树脂的自然千燥固化过程 示意图。具体实施例方式实施例1:将36.7克PTMG置于500ml的三口烧瓶中，在IO(TC脱水1.5小时后，加入47.9克 的IPDI，在100'C搅拌反应2小时后，再加入6.5克亲水扩链剂DA，在9(TC搅拌反应2 小时后，加入丙酮22克、DPETA45克、对甲氧基苯酚2.8克和二月桂酸二丁基锡0.073 克，在80。C搅拌反应2小时后，再加入4.5克的DAM，在65。C搅拌反应1.5小时后，将 反应产物转入高速剪切分散机，在800转/分钟、40'C条件下加入三乙胺5克，反应1分 钟，再加入水272克，5分钟后即得可紫外光固化水性聚氨酯树脂乳液；转入旋转蒸发仪，在4(TC、 0.08MPa真空条件下脱去丙酮，即得到封闭型可紫外光固化水性聚氨酯树脂。 实施例2将35.8克的PJ置于500ml三口烧瓶中，在ll(TC脱水处理1小时后，加入75.5克 MDI，在80。C搅拌反应4小时后，再加入12.3克亲水扩链剂DA，在60。C搅拌反应4小 时后，加入55克丁酮、36.6克PEDA、 0.09克对苯二酚和0.018克二月桂酸二丁基锡， 在50'C搅拌反应4小时后，再加入8.9克DMPM，在5(TC搅拌反应3小时后，将反应产 物转入高速剪切分散机，在2000转/分钟、3(TC条件下加入9.5克三乙胺，反应2分钟， 再加入418克水，1分钟后即得可紫外光固化水性聚氨酯树脂乳液；转入旋转蒸发仪，在 5(TC、 0.08MPa真空条件下脱去丁酮，即得到封闭型可紫外光固化水性聚氨酯树脂。实施例3将95公斤任意比例的PCD和HTTP混合物置于50L的反应釜中，在120。C脱水处 理0.5小时后，加入64.8公斤的TDI，在9(TC反应3小时后，再加入8公斤亲水性扩链 剂DA，在80"C反应1小时后，加入58.5公斤的丙酮、31.1公斤的TMPMA、 3公斤的 BHT和0.069公斤的二月桂酸二丁本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种封闭型可紫外光固化水性聚氨酯树脂，其特征在于：以反应物的总质量为基准，在聚氨酯分子侧链上含有３％～７％可紫外光固化的丙烯酸酯基团中的双键；在聚氨酯分子主链末端含有２．５～７．５％可解封的封闭剂基团；含有２０～４２％的聚醚和／或聚酯和／或聚丁二烯链段；含有１％～２％的潜在阴离子基团。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：张兴元，戴家兵，白晨艳，李维虎，
申请(专利权)人：中国科学技术大学，合肥市科天化工有限公司，
类型：发明
国别省市：34[中国|安徽]