一种UV固化水性阴极电泳涂料及其制备方法和应用技术

本发明专利技术公开了一种UV固化水性阴极电泳涂料及其制备方法和应用。本发明专利技术通过调控二异氰酸酯、聚醚二元醇、乙醇胺和丙烯酸羟基酯的反应比例及条件，合成具有叔胺基团的聚氨酯丙烯酸酯预聚体，然后将其与经过改性的多羟基缩水甘油醚进行封端反应，再酸化成盐，得到具有强亲水性的多官能度聚氨酯丙烯酸酯预聚物。本发明专利技术结合UV固化技术和电泳技术，VOC含量极大减少，降低了其对环境的污染性；固化温度大幅降低，可用于热敏性基材；固化速率和生产效率极大提高，降低了能耗；多官能度聚氨酯丙烯酸酯交联密度大，显著提升其综合性能，拓宽了其市场应用范围。场应用范围。

【技术实现步骤摘要】
一种UV固化水性阴极电泳涂料及其制备方法和应用


[0001]本专利技术属于涂料
，具体涉及一种UV固化水性阴极电泳涂料及其制备方法和应用。

技术介绍

[0002]聚氨酯丙烯酸酯分子中含有丙烯酸官能团和氨基甲酸酯键，兼具聚氨酯和丙烯酸酯的优良性能，涂层表现出优异的柔韧性、耐磨性、耐候性、弹性和附着力，其已被广泛应用于金属、木材、塑料涂层，油墨印刷，织物印花，光纤涂层等方面，具有非常广阔的市场前景。然而，传统的聚氨酯丙烯酸酯以有机溶剂为分散介质，不仅会对人体产生危害，而且会造成环境污染，难以满足环保相关法律法规的要求，此外，传统溶剂型聚氨酯丙烯酸酯固化速度较慢，且价格较高，限制了其在市场上的应用和推广。因此将其进行水性化改性是未来发展的必然趋势，同时寻求更加快速高效的固化方式也显得尤为重要。
[0003]在水性树脂体系的诸多固化方式中，UV固化是其中最简单高效的途径之一，其是通过紫外光引发具有化学活性的基体树脂进行快速聚合交联，从而达到快速固化的目的，并且可极大地提高生产效率。然而其也受到一些因素的影响，例如：a)UV固化前的预干燥处理过程，若干燥不完全则会因为水分的存在而延缓固化速率，甚至会影响固化成膜过程；b)基体树脂不饱和基团的含量和活性，含量少且活性低的基体树脂固化交联程度较低，所形成的固化物理化性质表现不够理想；c)光引发剂的选取，光引发剂直接关乎到UV固化过程中的反应效率，其又有油性和水性之分，同时引发剂的吸收波长区必须要处在紫外光波长区。
[0004]因此，有必要针对聚氨酯丙烯酸酯的绿色环保及高性能方面的缺陷进行改进。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的在于克服现有技术存在的不足之处而提供一种UV固化水性阴极电泳涂料及其制备方法和应用，先合成一种具有叔胺基团的聚氨酯丙烯酸酯预聚体，再将其改性为强亲水性的多官能度聚氨酯丙烯酸酯，保证基体树脂中不饱和基团的含量和活性较高，然后通过采用阴极电泳的方式尽可能减少预干燥过程带来的影响，同时选取水性体系UV光引发剂，最终得到一种性能优异的UV固化水性阴极电泳涂料。本方法结合UV固化技术和电泳技术，所得涂料VOC(挥发性有机化合物)含量极低，固化交联密度高，可用于热敏性基材，符合绿色环保、低能耗等要求，且固化后提高了涂层的硬度、附着力、耐盐雾性、耐酸碱性和耐水性等理化性能等理化性质，具有极为广阔的应用前景和强大的市场竞争力。为实现上述目的，第一方面，本专利技术提供了一种UV固化水性阴极电泳涂料的制备方法，包括如下步骤：
[0006](1)对二异氰酸酯和聚醚二元醇进行脱水干燥处理，在氮气的保护作用下，将二异氰酸酯、聚醚二元醇和催化剂加入至反应装置中，调节搅拌速率为120～300r/min，保持温度在60℃～100℃，恒温反应2～4h，监测体系中
‑
NCO基团浓度的变化，直到
‑
NCO基团含量为
初始含量的45～55％，得到聚合物A；
[0007](2)向步骤(1)反应后的反应装置中加入乙醇胺和有机溶剂，继续保持氮气氛围，搅拌速率为120～300r/min，保持温度在60℃～100℃，恒温反应2～4h，监测体系中
‑
NCO基团浓度的变化，直到
‑
NCO基团含量为初始含量的45～55％，得到聚合物B；
[0008](3)向步骤(2)反应后的反应装置中加入丙烯酸羟基酯和阻聚剂，控制搅拌速率在120～300r/min，保持温度在70℃～100℃，恒温反应2～4h，监测体系中
‑
NCO基团浓度的变化，直到
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NCO基团含量为初始含量的45～55％，得到线性聚氨酯丙烯酸酯预聚体C；
[0009](4)将二缩水甘油醚、羟基酸和催化剂加入反应装置中，控制搅拌速率在150～300r/min，保持温度在120℃～160℃，恒温反应3～5h，监测体系中酸值的变化，直到酸值为初始含量的3％以下，得到具有多羟基的聚合物D；
[0010](5)将所述线性聚氨酯丙烯酸酯预聚体C、多羟基聚合物D、有机溶剂、催化剂和阻聚剂加入反应装置中，控制搅拌速率在150～300r/min，保持温度在60℃～90℃，恒温反应3～5h，得到具有立体枝化结构的多官能度聚氨酯丙烯酸酯；
[0011](6)向步骤(5)反应后的反应装置中加入中和剂和光引发剂，调节pH至中性，控制搅拌速率为200～400r/min，搅拌0.5～1h，通过减压蒸馏方式除去体系中的有机溶剂，然后加入去离子水，调节高速分散机的转速为3000～5000r/min，分散0.5～1h，得到稳定均匀的白色乳液，再加入去离子水至固含量为10％～30％，继续分散0.5～1h，即可得到所述UV固化水性阴极电泳涂料。
[0012]本专利技术中，上述反应的相关反应式如下：
[0013]步骤1：
[0014][0015]步骤2：
[0016][0017]步骤3：
[0018][0019]步骤4：
[0020][0021]步骤5：
[0022][0023]具有立体枝化结构的多官能度聚氨酯丙烯酸酯的结构式如下：
[0024][0025]上述R、R
a
、R
b
、R
c
、R
d
、R
e
及R
f
各自独立为H、或经取代或未经取代的C1至C20烷基或烷氧基、或经取代或未经取代的C6至C20芳基。
[0026]上述制备方法通过调控二异氰酸酯、聚醚二元醇、乙醇胺和丙烯酸羟基酯的反应比例及条件，合成具有叔胺基团的聚氨酯丙烯酸酯预聚体，然后将其与经过改性的多羟基缩水甘油醚进行封端反应，再酸化成盐，得到具有强亲水性的多官能度聚氨酯丙烯酸酯。本方法结合UV固化技术和电泳技术，使聚氨酯丙烯酸酯的VOC含量极大减少，降低了其对环境的污染性；固化温度大幅降低，可用于热敏性基材；固化速率和生产效率极大提高，降低了能耗；多官能度使交联密度更大，显著提升其综合性能，拓宽了市场应用范围。
[0027]优选地，所述步骤(1)
‑
(6)所用除水以外的原料包括以下重量配比的组分：二异氰酸酯30％～50％，聚醚二元醇30％～50％，乙醇胺3％～12％，丙烯酸羟基酯3％～12％，二缩水甘油醚0.5％～5％，羟基酸0.5％～5％，有机溶剂2％～10％，催化剂0.1％～0.7％，阻聚剂0.01％～0.6％，中和剂0.5％～6％，光引发剂0.1％～6％。
[0028]优选地，所述二异氰酸酯为异佛尔酮二异氰酸酯(IPDI)、六亚甲基二异氰酸酯(HDI)、对苯二异氰酸酯(PPDI)、2,6
‑
甲苯二异氰酸酯(2,6
‑
TDI)、二环己基甲烷二异氰酸酯(HMDI)中的至少一种。
[0029]优选地，所述聚醚二元醇为聚乙二醇200、聚乙二醇400、聚乙二醇600、聚乙二醇800、聚乙二醇1000、聚乙二醇1500中的至少一种本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种UV固化水性阴极电泳涂料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：(1)对二异氰酸酯和聚醚二元醇进行脱水干燥处理，在氮气的保护作用下，将二异氰酸酯、聚醚二元醇和催化剂加入至反应装置中，调节搅拌速率为120～300r/min，保持温度在60℃～100℃，恒温反应2～4h，监测体系中
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NCO基团浓度的变化，直到
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NCO基团含量为初始含量的45～55％，得到聚合物A；(2)向步骤(1)反应后的反应装置中加入乙醇胺和有机溶剂，继续保持氮气氛围，搅拌速率为120～300r/min，保持温度在60℃～100℃，恒温反应2～4h，监测体系中
‑
NCO基团浓度的变化，直到
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NCO基团含量为初始含量的45～55％，得到聚合物B；(3)向步骤(2)反应后的反应装置中加入丙烯酸羟基酯和阻聚剂，控制搅拌速率在120～300r/min，保持温度在70℃～100℃，恒温反应2～4h，监测体系中
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NCO基团浓度的变化，直到
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NCO基团含量为初始含量的45～55％，得到线性聚氨酯丙烯酸酯预聚体C；(4)将二缩水甘油醚、羟基酸和催化剂加入反应装置中，控制搅拌速率在150～300r/min，保持温度在120℃～160℃，恒温反应3～5h，监测体系中酸值的变化，直到酸值为初始含量的3％以下，得到具有多羟基的聚合物D；(5)将所述线性聚氨酯丙烯酸酯预聚体C、多羟基聚合物D、有机溶剂、催化剂和阻聚剂加入反应装置中，控制搅拌速率在150～300r/min，保持温度在60℃～90℃，恒温反应3～5h，得到具有立体枝化结构的多官能度聚氨酯丙烯酸酯；(6)向步骤(5)反应后的反应装置中加入中和剂和光引发剂，调节pH至中性，控制搅拌速率为200～400r/min，搅拌0.5～1h，通过减压蒸馏方式除去体系中的有机溶剂，然后加入去离子水，调节高速分散机的转速为3000～5000r/min，分散0.5～1h，得到稳定均匀的白色乳液，再加入去离子水至固含量为10％～30％，继续分散0.5～1h，即可得到所述UV固化水性阴极电泳涂料。2.根据权利要求1所述的UV固化水性阴极电泳涂料的制备方法，其特征在于，所述步骤(1)
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(6)所用除水以外的原料包括以下重量配比的组分：二异氰酸酯30％～50％，聚醚二元醇30％～50％，乙醇胺3％～12％，丙烯酸羟基酯3％～12％，二缩水甘油醚0.5％～5％，羟基酸0.5％～5％，有机溶剂2％～10％，催化剂0.1％～0.7％，阻聚剂0.01％～0.6％，中和剂0.5％～6％，光引发剂0.1％～6％。3.根据权利要求1所述的UV固...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘苗苗，徐晶，林耿弘，涂伟萍，丁秋莉，
申请(专利权)人：华南理工大学，
类型：发明
国别省市：