本发明专利技术公开了一种水性二氧化硅-氟化丙烯酸酯聚氨酯紫外光固化涂料及其制备方法和应用，属于高分子合成技术领域。本发明专利技术先制成正硅酸乙酯溶胶，然后将聚醚多元醇溶解在二羟甲基丙酸的N-甲基吡咯烷酮溶液中，加入甲基丙烯酸羟乙酯进行封端，以三乙胺成盐后制得水性聚氨酯丙烯酸酯预聚体乳液，随后加入六氟丙烯酸丁酯和三羟甲基丙烷三丙烯酸酯制得水性氟化丙烯酸酯聚氨酯预聚体乳液，再将γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷加入预聚体乳液，混合后加入上述制备好的正硅酸乙酯溶胶，最后加入2-羟基-2-甲基-1-苯基丙酮，制得而成。该涂料固化速率快、具有优良的机械性能、表面张力小、耐老化、耐黄变、耐水性好等优点，可作为建筑和家具的涂料使用。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于高分子合成
，涉及ー种水性聚氨酯丙烯酸酯乳液改性，特别涉及ー种水性ニ氧化硅-氟化丙烯酸酯聚氨酯紫外光固化涂料及其制备方法和应用。
技术介绍
传统水性聚氨酯丙烯酸酯(WPUA)大多采用热固化成型エ艺，具有固化时间长、能耗大等缺点；紫外光固化成型エ艺具有固化速率快、节能降耗以及生产效率高等优点，并且水性紫外光固化体系可通过调节配方的固含量来获得极薄的涂层(适用于通用涂布方式)，具有设备易于清洗、储运方便、不易燃烧、安全性高和減少火灾隐患等诸多优点。光固化涂料是ー种不用溶剂的环保型绿色涂料，在国内外，不论是理论研究还是实际应用都正在迅猛发展。紫外光固化涂料主要由光活性齐聚体、光活性単体、光引发剂和光固化所需的各种·助剂包括消泡剂、流平剂、防霉剂等组成，紫外光固化涂料是利用紫外光的能量引发涂料中的低分子预聚体或齐聚体以及活性単体之间的聚合、交联而得到固化漆膜。无机-有机杂化材料是指无机微粒以纳米尺度分散于高分子材料之中而形成的一种复合材料，通过有机和无机组分间的协同作用，材料兼具高分子材料和无机功能材料的综合性能，使材料的性能得到更有效地提闻，目如关于闻分子/无机纳米杂化功能复合材料的研究已经成为先进复合材料和涂料领域最活跃的课题之一。纳米ニ氧化硅是ー种无毒、无味的非金属功能材料，在橡胶、塑料、胶粘剂和涂料等领域中应用广泛。用含有不饱和基团的硅烷偶联剂处理纳米ニ氧化硅粒子，不仅有封闭粒子表面活性羟基的作用，还可以通过分子设计对树脂性能进行控制，因此，树脂的柔韧性、硬度、耐受性等多方面性能可以事先设计控制。由于含氟丙烯酸树脂具有表面张カ小、机械强度高、耐老化、耐黄变、耐水性好等优点，通过进ー步对纳米溶胶/聚氨酯丙烯酸酯杂化材料进行改性，合成ー种ニ氧化硅-氟化丙烯酸聚氨酯紫外光固化低聚物，这种新型的光固化涂料具有含氟丙烯酸树月旨、聚氨酯、无机材料和紫外光固化等四者的优点。随着人类对材料性能要求的日益扩大和环保意识的日益增强，这一新型緑色环保产品必将得到更大的发展。目前主要的研究成果为 (I ) synthesis and characterization οι core-she11 SiOo-f Iuormatedpolyacrylate nanocomposite latex particles containing fluorine in the shell。Colloids and Surfaces A, 2010，360: 41-46。报道了以 SiO2 为核、含氟丙烯酸为壳的SiO2-含氟丙烯酸聚氨酷，TEM显微图显示纳米SiO2粒子被包围在氟聚合物壳中形成了核壳结构纳米复合乳液粒子。具有较大的水接触角，但固化时间长，能耗比较大。(2)紫外光固化纳米溶胶/聚氨酯丙烯酸酯杂化材料的制备与性能，北京化工大学学报(自然科学版)，2011，38(5):47-50。报道了以Y _甲基丙烯酰氧丙基三甲氧基硅烷为原料，采用溶胶-凝胶法合成了紫外光固化的纳米溶胶，再利用纳米溶胶和聚氨酯丙烯酸酯制备了紫外光固化有机/无机纳米杂化材料。对纳米杂化材料的力学性能进行了测试，结果表明，随着纳米溶胶含量的増加，杂化材料的力学性能、附着力等得到了提高，但是对杂化材料的性能如样品热稳定性、膜的耐水性及耐腐蚀性都未作研究。(3) UV-固化GMA-PUA-纳米SiO2杂化涂料固化动力学，涂料エ业，2011，41 (8)39-42。报道了用甲基丙烯酰氧丙基三甲氧基硅烷(MAPTMS)改性纳米ニ氧化硅，应用于甲基丙烯酸缩水甘油酷/聚氨酯丙烯酸酯体系并进行紫外光固化，利用差示扫描量热仪(DSC)、动态力学谱仪(DMA)、傅里叶红外光谱仪(FT-IR)对该体系进行了研究。结果表明体系具有较好的相容性。当改性纳米SiO2质量分数为10%时，玻璃化温度达到最大值，提高了 7.3°C。本实验使用的甲基丙烯酰氧丙基三甲氧基硅烷在湿气和热的作用下会发生聚合反应，在保存药品和添加药品的过程中比较困难，并且对皮肤和眼睛有轻微的刺激性。
技术实现思路
针对上述现有技术中存在的不足，本专利技术提供了 ー种采用溶胶-凝胶法制备SiO2-氟化丙烯酸酯聚氨酯光固化涂料的方法，是先将正硅酸こ酯与无水こ醇在酸性条件下混合制成正硅酸こ酯溶胶，将聚醚多元醇溶解在ニ羟甲基丙酸的N-甲基吡咯烷酮溶液·中，滴加ニ异氰酸酷，以ニ丁基二月桂酸锡为催化剂，加入甲基丙烯酸羟こ酯进行封端，以三こ胺成盐后加入去离子水制得水性聚氨酯丙烯酸酯预聚体乳液，然后加入六氟丙烯酸丁酯和三羟甲基丙烷三丙烯酸酯制得水性氟化丙烯酸酯聚氨酯预聚体乳液，然后将Y -甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷加入预聚体乳液，混合后加入上述制备好的正硅酸こ酯溶胶，制得水性ニ氧化硅-氟化丙烯酸聚氨酯光固化预聚体，最后加入2-羟基-2-甲基-1-苯基丙酮，制得水性ニ氧化硅-氟化丙烯酸酯聚氨酯紫外光固化涂料， 其中，所述的聚醚多元醇为分子量3000的三官能度聚醚多元醇， 所述的异氰酸酯为异佛尔酮ニ异氰酸酯； 所述的正硅酸こ酯溶胶制备步骤如下 步骤A、将正硅酸こ酯与无水こ醇室温下充分混合； 步骤B、向混合溶液滴加硝酸的去离子水溶液，滴加完毕后将体系温度升至70°C，保温搅拌回流3h ； 步骤C、待冷却后加入N，N-ニ甲基甲酰胺作为干燥化学添加剤，继续搅拌30min制得正硅酸こ酯溶胶， 所述的正硅酸こ酯无水こ醇去离子水H+的摩尔比为1:6.4:3.8:0. 085。(I)根据所述的水性ニ氧化硅-氟化丙烯酸酯聚氨酯紫外光固化涂料的制备方法，其中，所述的水性聚氨酯丙烯酸酯预聚体乳液制备步骤如下 步骤A、将聚醚多元醇溶解在ニ羟甲基丙酸的N-甲基吡咯烷酮溶液中，加入ニ羟甲基丙酸的N-甲基吡咯烷酮溶液，其中N-甲基吡咯烷酮聚醚多元醇质量比为O. 5^2 :1，优选I.5 1 ； 步骤B、加热到60°C，加入ニ异氰酸酷， 其中二异氰酸酯的异氰酸根摩尔数与聚醚多元醇和ニ羟甲基丙酸的羟基摩尔数总和的比例，即-NCO :-0H之比为I. 5:1 2:1，优选I. 7:1, ニ羟甲基丙酸的质量为ニ异氰酸酷、聚醚多元醇与ニ羟甲基丙酸质量总和的49Γ8%，优选6% ；步骤C、加入ニ丁基二月桂酸锡为催化剂，其质量为步骤B反应体系总质量的O. 15% O. 35%，优选O. 2%，升温到70°C搅拌3 4h，优选为3h ； 步骤D、将体系降温到60°C，加入甲基丙烯酸羟こ酯进行封端，其摩尔数与ニ异氰酸酯的摩尔数相同，搅拌4h后，降温至40°C，加入三こ胺成盐，三こ胺摩尔数与ニ羟甲基丙酸摩尔数相同，反应30min ； 步骤E、恒温60°C下加入去离子水，搅拌反应30min，即可制得水性聚氨酯丙烯酸酯预聚体乳液， 其中去离子水质量与聚醚多元醇、ニ异氰酸酷、ニ羟甲基丙酸和甲基丙烯酸羟こ酯四者总质量的比为2:1飞I,优选4:1。(2)根据所述的水性ニ氧化硅-氟化丙烯酸酯聚氨酯紫外光固化涂料的制备方法，其中，所述的水性氟化丙烯酸酯聚氨酯预聚体乳液的制备步骤如下 步骤A、向上述步骤制得的水性聚氨酯丙烯酸酯预聚体乳液加入活性稀释剂六氟丙烯酸丁酯和三羟甲基丙烷三丙烯酸酷， 其中六氟丙烯酸丁酯的质量为上述制得的水性聚氨酯丙烯酸本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种水性二氧化硅？氟化丙烯酸酯聚氨酯紫外光固化涂料的制备方法，是先将正硅酸乙酯与无水乙醇在酸性条件下混合制成正硅酸乙酯溶胶，将聚醚多元醇溶解在二羟甲基丙酸的N？甲基吡咯烷酮溶液中，滴加二异氰酸酯，以二丁基二月桂酸锡为催化剂，加入甲基丙烯酸羟乙酯进行封端，以三乙胺成盐后加入去离子水制得水性聚氨酯丙烯酸酯预聚体乳液，然后加入六氟丙烯酸丁酯和三羟甲基丙烷三丙烯酸酯制得水性氟化丙烯酸酯聚氨酯预聚体乳液，然后将γ？甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷加入预聚体乳液，混合后加入上述制备好的正硅酸乙酯溶胶，制得水性二氧化硅？氟化丙烯酸聚氨酯光固化预聚体，最后加入2？羟基？2？甲基？1？苯基丙酮，制得水性二氧化硅？氟化丙烯酸酯聚氨酯紫外光固化涂料，其中，所述的聚醚多元醇为分子量3000的三官能度聚醚多元醇，所述的异氰酸酯为异佛尔酮二异氰酸酯；所述的正硅酸乙酯溶胶制备步骤如下：步骤A、将正硅酸乙酯与无水乙醇室温下充分混合；步骤B、向混合溶液滴加硝酸的去离子水溶液，滴加完毕后将体系温度升至70℃，保温搅拌回流3h；步骤C、待冷却后加入N,N？二甲基甲酰胺作为干燥化学添加剂，继续搅拌30min制得正硅酸乙酯溶胶，所述的正硅酸乙酯:无水乙醇:去离子水:H+的摩尔比为1:6.4:3.8:0.085。...
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：邱凤仙，王莹莹，汪青，杨冬亚，徐吉成，
申请(专利权)人：江苏大学，
类型：发明
国别省市：
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