基于麦芽糊精的水性UV树脂及其合成方法技术

本发明专利技术提供了一种水性UV树脂：麦芽糊精基UV固化水性聚酯丙烯酸酯树脂及其制备方法和应用，所述水性UV树脂：麦芽糊精基UV固化水性聚酯丙烯酸酯树脂具有下式表示的结构：

Water-borne UV resin based on maltodextrin and its synthesis method

The invention provides a waterborne UV resin: maltodextrin-based UV-curable waterborne polyester acrylate resin and its preparation method and application. The waterborne UV resin: maltodextrin-based UV-curable waterborne polyester acrylate resin has the following structure:

【技术实现步骤摘要】
基于麦芽糊精的水性UV树脂及其合成方法
本专利技术涉及化学合成紫外光固化的高分子材料及方法。采用来源于植物的可再生廉价原料：麦芽糊精作为主要原料，深入开展水性自引发UV树脂的创新性制备研究，在水溶液反应体系中实现麦芽糊精接枝丙烯酸，并进一步实现接枝上的丙烯酸与含羟基丙烯酸酯单体发生酯化反应，在分子侧链上接上活性双键，得到本身亲水的水性UV树脂：麦芽糊精基UV固化水性聚酯丙烯酸酯树脂。该类树脂可作为基体树脂制备水性UV涂料、水性UV光油、水性UV胶粘剂和水性UV油墨，用于木质家具地板、纸张、塑料、金属等基材的涂装装饰、保护或粘接。该类树脂还有水性环保、成本较低等优点。技术背景UV(紫外光固化)材料(含涂料、上光油)高效、快捷、节能，是涂料、上光油发展的重要方向。现在市场上流行的油性UV材料由油性UV树脂、油性UV单体、光引发剂、稀释剂(有机溶剂)组成，其中除油性UV树脂外，油性UV单体都有毒并致癌，稀释剂如甲苯等有毒并是VOC成分，浪费资源，易与空气中的灰尘结合形成气溶胶，导致雾霾。非UV的水性涂料逐渐引起人们重视，但由于固含低、漆膜不饱满、光泽度低、不耐水、难干燥成膜、漆膜强度不够、要加不环保的成膜助剂等原因使其应用受到限制。涂料和上光油的发展方向是水性化、UV化，因为水廉价环保，是替换有机溶剂的最佳选择，而UV化高效节能。开发全新的水性UV材料体系，消除油性UV单体、光引发剂、稀释剂的不良影响，迅速取代油性UV体系，显得十分迫切和必要。本专利技术制备主要基于可再生资源麦芽糊精、水溶性且合成反应在水溶液中进行的水性UV树脂，具有推动涂料行业更新换代、满足时代环保要求的现实意义。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题是,针对现有技术存在的缺陷，提出一种主要基于可再生资源麦芽糊精的水性UV树脂及其合成方法，在水溶液反应体系中实现麦芽糊精接枝丙烯酸，并进一步实现接枝上的丙烯酸与含羟基丙烯酸酯单体发生酯化反应，在分子侧链上接上活性双键，得到本身亲水的麦芽糊精基UV固化水性聚酯丙烯酸酯树脂。该类树脂可作为基体树脂制备水性UV涂料、水性UV光油、水性UV胶粘剂和水性UV油墨，用于木质家具地板、纸张、塑料、金属等基材的涂装装饰、保护或粘接。该类树脂还有水性环保、成本较低等优点。本专利技术的技术解决方案之一是，所述麦芽糊精基水性UV树脂的结构通式为：式中为麦芽糊精基团，为在麦芽糊精上接枝的基团。在水溶液反应体系中实现麦芽糊精接枝丙烯酸，并进一步实现接枝上的丙烯酸与含羟基丙烯酸酯单体发生酯化反应，在分子侧链上接上光学活性双键，得到本身亲水的麦芽糊精基UV固化水性聚酯丙烯酸酯树脂。本专利技术的技术解决方案之二是，所述环境可降解的麦芽糊精基水性UV聚酯丙烯酸酯的合成方法的步骤是：按2:1的比例把麦芽糊精溶于蒸馏水中。将该混合物装入带分水器的容器中，置于硅油浴中，氮气保护，在50℃-85℃加热并搅拌的情况下，电动搅拌至麦芽糊精全部溶解。降温至20℃-40℃，在氮气保护下加入一定浓度的引发剂硝酸铈铵(CAN)，搅拌15min后滴加一定量的丙烯酸(AA)单体，反应一段时间，在麦芽糊精分子链上接枝上丙烯酸。然后加入一定浓度的固体酸催化剂，升温至90℃-95℃，滴加一定量丙烯酸羟乙酯，与麦芽糊精分子链上的接枝上丙烯酸发生酯化反应，反应约4小时，至酸值低于10mgKOH/g。反应完毕趁热倒出，冷却至25℃，得到常温下为固体的水性麦芽糊精基聚酯丙烯酸酯树脂。以下对本专利技术做出进一步说明。水性麦芽糊精基聚酯丙烯酸酯树脂的合成因使用可再生廉价麦芽糊精原料，成本低廉，综合性能优异，有很高的潜在应用价值。在树脂合成中接枝引入含活性羧基的丙烯酸，羧基在一定条件下与丙烯酸羟乙酯反应，引入光学活性的双键。由于麦芽糊精本身亲水，接枝后水溶性略有下降，耐水性有所提高。反应得到的水性麦芽糊精基聚酯丙烯酸酯树脂成为有潜在使用价值的水性UV树脂，可用于调配水性UV涂料、水性UV光油、水性UV油墨和水性UV胶粘剂。附图说明图1是麦芽糊精的FT-IR光谱图。纵坐标单位为透射率Transmittance，横坐标单位为波数Wavenumbers:cm-1。图2是本专利技术的麦芽糊精基水性UV聚酯丙烯酸酯的FT-IR光谱图。纵坐标单位为透射率Transmittance，横坐标单位为波数Wavenumbers:cm-1。具体实施方式实施例1：麦芽糊精基水性UV聚酯丙烯酸酯的合成:在80℃加热并搅拌的情况下，按2:1的比例把麦芽糊精溶于蒸馏水中。降温至20℃，在氮气保护下加入一定浓度的引发剂硝酸铈铵(CAN)，搅拌15min后滴加相当于麦芽糊精量30％的丙烯酸(AA)单体，反应2小时，在麦芽糊精分子链上接枝上丙烯酸。然后加入占总量0.5％的固体酸催化剂，升温至95℃，滴加与丙烯酸同摩尔比的丙烯酸羟乙酯，与麦芽糊精接枝上的丙烯酸的羧基发生酯化反应，反应约4小时，至酸值低于10mgKOH/g。反应完毕降温至25℃倒出，得到目标产物麦芽糊精基聚酯丙烯酸酯。将合成的水性麦芽糊精基聚酯丙烯酸酯树脂用FT-IR进行了表征，如图2所示；并与如图1所示的麦芽糊精FT-IR图进行了对比。由原麦芽糊精的FT-IR谱图可见，3431cm-1处出现了-OH伸缩振动吸收峰，2932cm-1处出现了C-H伸缩振动峰，1158cm-1、1085cm-1、576cm-1分别出现了非对称的C-O-C伸缩振动、C-O伸缩和骨架振动吸收峰。对比图1与图2可知，麦芽糊精基水性UV聚酯丙烯酸酯在3397cm-1处出现的O-H吸收峰强度小于原始麦芽糊精的O-H吸收峰强度，这是由于接枝反应导致-OH的含量降低引起的，此外，1727cm-1处出现原麦芽糊精未有的吸收峰，该峰由C＝O伸缩振动引起，证明淀粉与丙烯酸发生了接枝共聚反应；1198cm-1、1055cm-1和1156cm-1出现的C-O吸收峰，表明麦芽糊精经丙烯酸改性后，分子链中成功引入了羧酸官能团；同时，578cm-1、1052cm-1、1154cm-1处保留了麦芽糊精的特征吸收峰，1645cm-1处出现C＝C双键的伸缩峰，说明酯化反应已经进行，双键接到了树脂分子上。因此，该聚合物确为麦芽糊精基水性UV聚酯丙烯酸酯。实验结果表明所有合成聚合物的结构与理论期待的相一致。常温下在所得麦芽糊精基水性UV聚酯丙烯酸酯中加入占树脂质量30％的水和3％光引发剂1173，在玻璃板上涂膜，风干后灯距20cm、1000W紫外灯照射30秒交联固化，所得涂膜的附着力为0级，硬度为1H。本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于麦芽糊精的水性UV树脂：麦芽糊精基UV固化水性聚酯丙烯酸酯树脂，其特征在于：具有下式表示的结构：

【技术特征摘要】
1.一种基于麦芽糊精的水性UV树脂：麦芽糊精基UV固化水性聚酯丙烯酸酯树脂，其特征在于：具有下式表示的结构：式中为麦芽糊精基团，为在麦芽糊精上接枝的基团。2.权利要求1所述的水性UV树脂的制备方法，其特征在于：按2:1的比例把麦芽糊精溶于蒸馏水中。将该混合物装入带分水器的容器中，置于硅油浴中，氮气保护，在50℃-85℃加热并搅拌的情况下，电动搅拌至麦芽糊精全部溶解。降温至20℃-40℃，在氮气保护下加入一定浓度的引发剂硝酸铈铵(CAN)，搅拌15mi...

【专利技术属性】
技术研发人员：郭文迅，郭发语，张七英，
申请(专利权)人：湖南大学，
类型：发明
国别省市：湖南,43