CN105754108A - 一种聚氨酯丙烯酸酯改性的紫外光固化水性树脂及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种聚氨酯丙烯酸酯改性的紫外光固化水性树脂及其制备方法，所述聚氨酯丙烯酸酯改性的紫外光固化水性树脂的所述聚氨酯丙烯酸酯改性的紫外光固化水性树脂的结构如下式（1）所示，其中，R1为CH3、CH2CH3、CH2CH2OH、CH2CH2CH3或CH2CH2CH2CH3；R2为CH3、CH2CH3、CH2CH2OH、CH2CH2CH3或CH2CH2CH2CH3。采用本发明的技术方案，该树脂结构中具有聚氨酯柔性链段和环氧的刚性链段，固化后漆膜兼具有良好的耐磨性和硬度，固化后的硬度在H以上；同时，可以采用紫外光进行固化，使用更加方便；并可以水为稀释剂，降低了体系的毒性和刺激性。

Description

一种聚氨酯丙烯酸酯改性的紫外光固化水性树脂及其制备方法
技术领域
本发明属于有机高分子合成技术领域，尤其涉及一种聚氨酯丙烯酸酯改性的紫外光固化水性树脂及其制备方法。
背景技术
紫外光(UV)固化技术是一种不用溶剂的绿色环保型技术，它具有固化速度快(0.1～10s)、环境污染少、能量消耗低、能自动化生产、适合于用在热敏基材上等优点。按照其用途来分，主要有紫外光固化涂料、胶粘剂、油墨等。其中以UV固化涂料使用范围最广和生产品种最多。UV固化涂料按照其应用领域的不同又可分为：木器用UV固化涂料、塑料用UV固化涂料、金属用UV固化涂料、纸张用UV固化涂料、光纤用UV固化涂料等。
大部分的UV固化涂料都由光活性低聚物、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。
光固化涂料中经常需加入较多的低分子质量稀释剂，然而这也会引起如下问题：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。
为解决上述问题，考虑用水代替稀释剂。水性光固化涂料相对于传统的溶剂型光固化涂料具有以下特点：可通过加水或传统的增稠剂、流平剂来调节涂料的粘度和流变性能；降低了体系的毒性和刺激性，适应现有的各种涂布设备，且涂装设备易于清洗可以得到超薄固化膜；不含挥发性有机物，降低了涂料的易燃性，生产安全，特别对喷涂更有意义。
聚氨酯丙烯酸酯的引入亲水性基团较容易，因此水性聚氨酯丙烯酸酯光固化树脂研究的最多，但是其存在的一个问题是聚氨酯丙烯酸酯多以柔性链段为主，其固化后形成的膜虽然耐磨性较好，但硬度和刚性则不足，一般检测的水性聚氨酯丙烯酸酯光固化树脂固化后硬度在B以下，难以单独使用，一般需要与其它树脂复配使用。
发明内容
针对以上技术问题，本发明公开了一种聚氨酯丙烯酸酯改性的紫外光固化水性树脂及其制备方法，树脂结构中同时具有聚氨酯柔性链段和环氧的刚性链段，紫外光固化后可获得综合性能更好的漆膜，综合性能优异，兼具有良好的耐磨性和硬度，固化后的硬度在H以上。
对此，本发明的技术方案为：
一种聚氨酯丙烯酸酯改性的紫外光固化水性树脂，所述聚氨酯丙烯酸酯改性的紫外光固化水性树脂的结构如式(1)所示：
其中，R1为CH3、CH2CH3、CH2CH2OH、、CH2CH2CH3或CH2CH2CH2CH3；
R2为CH3、CH2CH3、CH2CH2OH、、CH2CH2CH3或CH2CH2CH2CH3。
作为本发明的进一步改进，所述的聚氨酯丙烯酸酯改性的紫外光固化水性树脂采用以下步骤制备得到：
步骤S1：合成如式(2)的结构式的丙烯酸环氧单酯链段；
步骤S2：合成如式(3)的结构式的一端有-NCO基团的聚氨酯丙烯酸酯链段；
步骤S3：在反应容器中加入步骤S1合成的丙烯酸环氧单酯链段以及步骤S2合成的聚氨酯丙烯酸酯链段，所述丙烯酸环氧单酯链段和聚氨酯丙烯酸酯链段的加入量满足环氧基团与－NCO基团的摩尔比为1：0.9～1；于60～100℃下反应3～5h，得到聚氨酯丙烯酸酯改性环氧丙烯酸单酯树脂，所述聚氨酯丙烯酸酯改性环氧丙烯酸单酯树脂的结构式如式(4)所示：
步骤S4：在反应容器中加入步骤S3合成的聚氨酯丙烯酸酯改性环氧丙烯酸单酯树脂，并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)的紫外光固化水性树脂。
作为本发明的进一步改进，步骤S1中，如式(2)的结构式的丙烯酸环氧单酯链段采用以下步骤合成得到：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基团的摩尔比为2：1；通过碱滴定至体系的酸值≤3mgKOH/g，得到式(2)的结构式的丙烯酸环氧单酯链段。
作为本发明的进一步改进，步骤S2中，如式(3)的结构式的一端有-NCO基团的聚氨酯丙烯酸酯链段采用以下步骤合成得到：在反应容器中加入二异氰酸酯，加热至50～90℃；将二元醇加入二异氰酸酯中，所述二元醇加入量满足二异氰酸酯与二元醇的摩尔比为2：1；所述二元醇中添加有占二元醇和二异氰酸酯总质量的0.1～0.6％的二丁基二月桂酸锡；在反应体系中加入羟基丙烯酸酯，所述羟基丙烯酸酯的加入量满足羟基丙烯酸酯与二异氰酸酯的摩尔比为0.5～0.55：1，所述羟基丙烯酸酯中添加有对羟基苯甲醚，其中，所述对羟基苯甲醚在当前反应体系中所占的质量百分比为0.1～0.8％；将反应体系升温至70～110℃，反应2～4h，得到式(3)的结构式的一端有-NCO基团的聚氨酯丙烯酸酯链段。
作为本发明的进一步改进，所述环氧树脂为双酚A环氧树脂或其同系物、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至少一种。
作为本发明的进一步改进，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。
作为本发明的进一步改进，所述二异氰酸酯为甲苯二异氰酸酯(TDI)、二苯基甲烷二异氰酸酯(MDI)、六亚甲基二异氰酸酯(HDI)、异佛尔酮二异氰酸酯(IPDI)、二环己基甲烷二异氰酸酯(HMDI)、对苯二异氰酸酯(PPDI)中的至少一种。
作为本发明的进一步改进，所述二元醇为聚醚二元醇、聚酯二元醇、丙二醇、新戊二醇、1，4－丁二醇、1，6－己二醇、分子量200～4000的聚乙二醇中的至少一种。
作为本发明的进一步改进，所述羟基丙烯酸酯为丙烯酸羟乙酯、丙烯酸羟丙酯、甲基丙烯酸羟乙酯、甲基丙烯酸羟丙酯、丙烯酸羟丁酯中的至少一种。
作为本发明的进一步改进，所述溶剂为丙酮、丁酮、醇醚溶剂中的一种。
作为本发明的进一步改进，所述胺为二甲胺，二乙胺，二丙胺，二丁胺，二乙醇胺中的一种。
作为本发明的进一步改进，所述酸为乳酸、醋酸、甲酸、乙二酸、丙酸、丁酸、丙二酸、丁二酸中的一种。
本发明还提供了一种如上所述的聚氨酯丙烯酸酯改性的紫外光固化水性树脂的制备方法，包括以下步骤：
步骤A：在反应容器中加入环氧树脂，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；通过碱滴定至体系的酸值≤3mgKOH/g，得到丙烯酸环氧单酯链段；
步骤B：在反应容器中加入二异氰酸酯，加热至50～90℃；将二元醇加入二异氰酸酯中，所述的二元醇加入量满足二异氰酸酯与二元醇的摩尔比为2：1；所述的二元醇添加有占二元醇和二异氰酸酯总质量0.1～0.6％的二丁基二月桂酸锡；在反应体系中加入羟基丙烯酸酯，所述的羟基丙烯酸酯的加入量满足羟基丙烯酸酯与二异氰酸酯的摩尔比为0.5～0.55：1，所述的羟基丙烯酸酯添加有对羟基苯甲醚，其中，所述对羟基苯甲醚在当前反应体系中所占的质量百分比为0.1～0.8％；将反应体系升温至70～110℃，反应2～4h，得到一端有-NCO基团的聚氨酯丙烯酸酯链段；
步骤C：在反应容器中加入步骤A中合成的丙烯酸环氧单酯链段以及步骤B合成的聚氨酯丙烯酸酯链段，所述丙烯酸环氧单酯链段和聚氨酯丙烯酸酯链段的加入量满足环氧基团与－NCO基团摩尔比为1：0.9～1；60～100℃下反应3～5h，得到聚氨酯丙烯酸酯改性环氧丙烯酸单酯树脂；
步骤D：在反应容器中加入合成的聚氨酯丙烯酸酯改性环氧丙烯酸单酯树脂，并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，搅拌均匀即得紫外光固化水性树脂。
采用此技术方案，先将环氧树脂和丙烯酸酯反应生成环氧丙烯酸单酯，然后利用异氰酸酯与二元醇反应后用羟基丙烯酸酯封端制得带-NCO基团的聚氨酯丙烯酸酯链段，用其改性环氧丙烯酸单酯，再将改性后的环氧丙烯酸单酯添加溶剂后搅拌均匀，加入二乙醇胺等胺类反应后，用酸中和，再加入水即得水性树脂。此技术方案以柔性链段的聚氨酯丙烯酸酯来改性刚性的环氧丙烯酸单酯，并在此基础上制备水性树脂，获得一种综合性能优异的水性紫外光固化树脂，兼具有良好的耐磨性和硬度，固化后的硬度在H以上。
本发明的有益效果为：
第一，采用本发明的技术方案，该树脂结构中具有聚氨酯柔性链段和环氧的刚性链段，并含有丙烯酸酯双键和铵盐阳离子，可以采用紫外光进行固化，固化更完全，特别方便在一些多孔基材上使用，使用更加方便；因为含有亲水基团铵盐阳离子，可以以水为溶剂配制紫外光固化涂料等产品，施工过程如喷涂时可以用水来稀释，减少了低分子活性稀释剂的使用，降低了体系的毒性和刺激性，适应现有的各种涂布设备，且涂装设备易于清洗可以得到超薄固化膜；不含挥发性有机物，降低了涂料的易燃性，生产安全，特别对喷涂更有意义。
第二，采用本发明的技术方案，树脂结构中同时具有聚氨酯柔性链段和环氧的刚性链段，综合性能优异，紫外光固化后可获得综合性能更好的漆膜，固化后漆膜兼具有良好的耐磨性和硬度，固化后的硬度在H以上；克服了现有技术聚氨酯丙烯酸酯多以柔性链段为主，其固化后形成的膜硬度和刚性则不足的问题。
具体实施方式
下面对本发明的较优的实施例作进一步的详细说明。
实施例1
一种聚氨酯丙烯酸酯改性的紫外光固化水性树脂，所述聚氨酯丙烯酸酯改性的紫外光固化水性树脂的结构如式(1)所示：
其中，R1和R2为CH2CH3。
其采用以下步骤制备得到：
步骤S1：丙烯酸与环氧部分酯化的合成；
在1000mL三口烧瓶中加入500g四溴双酚A环氧树脂，油浴到100℃，搅拌；另外往计量的丙烯酸中加入催化剂四(乙酰丙酮)络锆和对羟基苯甲醚，将其滴加入环氧树脂中，其中，所述环氧基团与丙烯酸的摩尔比为2：1，所述催化剂四(乙酰丙酮)络锆所占的质量百分比为0.7％，所述对羟基苯甲醚所占的质量百分比为0.5％，反应4h后，通过碱滴定至体系的酸值小于3mgKOH/g，即得到式(2)结构的环氧丙烯酸单酯；
步骤S2：聚氨酯丙烯酸酯链段的合成；
在1000mL的三口烧瓶中加入2mol的六亚甲基二异氰酸酯(HDI)，加热到70℃；将二丁基二月桂酸锡加入到1mol的1，6－己二醇中，所述二丁基二月桂酸锡占1，6－己二醇和六亚甲基二异氰酸酯总质量的0.2％，然后将其滴加入六亚甲基二异氰酸酯(HDI)溶液中，滴完后继续反应2.5h。在1mol的丙烯酸羟丙酯中加入对羟基苯甲醚，然后加入上述反应体系，其中，所述对羟基苯甲醚在当前反应体系中所占的质量百分比为0.6％，升温至80℃反应3h，即得到一端含有—NCO基团的聚氨酯丙烯酸酯；
步骤S3：聚氨酯丙烯酸酯改性环氧丙烯酸单酯树脂的合成；
在三口烧瓶中加入步骤S1合成得到的环氧丙烯酸单酯，再加入计量的步骤S2合成得到的一端含有—NCO基团的聚氨酯丙烯酸酯，其中，所述环氧丙烯酸单酯的环氧基团与－NCO基团摩尔比为1：0.95，在90℃下反应3.5h即得到聚氨酯丙烯酸酯改性环氧丙烯酸单酯树脂；
步骤S4：聚氨酯丙烯酸酯改性的紫外光固化水性树脂的合成；
在1000mL的三口烧瓶中加入200g步骤S3合成的聚氨酯丙烯酸酯改性环氧丙烯酸单酯树脂，再加入200g丁酮溶剂，搅拌加热至70℃，滴加二乙胺，二乙胺的加入量满足环氧基团与胺基的摩尔比为1：1，反应4h，冷却，再加入与胺基等摩尔的乙酸，再加入320g水，搅拌均匀即得紫外光固化水性树脂。
经过检测，得到的紫外光固化水性树脂紫外光固化后硬度在2H以上。
实施例2
一种聚氨酯丙烯酸酯改性的紫外光固化水性树脂，所述聚氨酯丙烯酸酯改性的紫外光固化水性树脂的结构如式(1)所示，其中，R1和R2为CH2CH2CH3。
其采用以下步骤制备得到：
步骤S1：在1000mL三口烧瓶中加入450g双酚A环氧(环氧E44)，油浴到110℃，搅拌，另外计量的丙烯酸中加入催化剂三苯基膦和对羟基苯甲醚，滴加入环氧树脂中，其中，环氧基团与丙烯酸的摩尔比为2：1，所述催化剂三苯基膦所占的质量百分比为0.5％，所述对羟基苯甲醚所占的质量百分比为0.3％，反应3.5h后体系酸值小于3mgKOH/g，即得到式(2)结构的环氧丙烯酸单酯；
步骤S2：在三口烧瓶中加入2mol的二苯基甲烷二异氰酸酯(MDI)，加热到70℃；将二丁基二月桂酸锡加入到1mol的聚乙二醇(分子量600)中，所述二丁基二月桂酸锡占聚乙二醇和二苯基甲烷二异氰酸酯总质量的0.2％，然后将其滴加入二苯基甲烷二异氰酸酯(MDI)溶液中，滴完后继续反应2h。在1mol的甲基丙烯酸羟乙酯中加入对羟基苯甲醚，然后加入上述反应体系，其中，所述对羟基苯甲醚在当前反应体系中所占的质量百分比为0.3％，升温至95℃反应2.5h，即得到一端含有—NCO基团的聚氨酯丙烯酸酯；
步骤S3：在三口烧瓶中加入步骤S1合成得到的环氧丙烯酸单酯，加入计量的步骤S2合成得到的一端含有—NCO基团的聚氨酯丙烯酸酯，其中，所述环氧基团与－NCO基团摩尔比为1：0.9，在90℃下反应4h即得到聚氨酯丙烯酸酯改性环氧丙烯酸单酯树脂；
步骤S4：在1000mL的三口烧瓶中加入150g步骤S3合成的聚氨酯丙烯酸酯改性环氧丙烯酸单酯树脂，再加入150g醇醚溶剂，搅拌加热至75℃，滴加二丙胺，二丙胺的加入量满足环氧基团与胺基的摩尔比为1：1，反应3h，冷却，再加入与胺基等摩尔的丁酸，再加入250g水，搅拌均匀即得紫外光固化水性树脂。
经过检测，得到的紫外光固化水性树脂紫外光固化后硬度在2H以上。
实施例3
一种聚氨酯丙烯酸酯改性的紫外光固化水性树脂，所述聚氨酯丙烯酸酯改性的紫外光固化水性树脂的结构如式(1)所示，其中，R1和R2为CH2CH2OH。
其采用以下步骤制备得到：
步骤S1：在500mL三口烧瓶中加入220g酚醛环氧树脂，油浴到115℃，搅拌；另外计量的丙烯酸中加入催化剂三乙醇胺和对羟基苯甲醚，将其滴加入环氧树脂中，其中，环氧基团与丙烯酸的摩尔比为2：1，所述催化剂三乙醇胺所占的质量百分比为0.8％，所述对羟基苯甲醚所占的质量百分比为0.8％，；反应3h后通过碱滴定至体系的酸值小于3mgKOH/g，即得到式(2)结构的环氧丙烯酸单酯；
步骤S2：在1000mL的三口烧瓶中加入2mol的异佛尔酮二异氰酸酯(IPDI)，加热到80℃；将二丁基二月桂酸锡加入到1mol的聚醚二元醇中，所述二丁基二月桂酸锡占聚醚二元醇和异佛尔酮二异氰酸酯总质量的0.6％，然后滴加将其加入异佛尔酮二异氰酸酯(IPDI)溶液中，滴完后继续反应2h。在1mol的甲基丙烯酸羟丙酯中加入对羟基苯甲醚，然后加入上述反应体系，其中，所述对羟基苯甲醚在当前反应体系中所占的质量百分比为0.8％，升温至105℃反应3h，即得到一端含有—NCO基团的聚氨酯丙烯酸酯；
步骤S3：在三口烧瓶中加入步骤S1合成得到的环氧丙烯酸单酯，再加入计量的步骤S2合成得到的一端含有—NCO基团的聚氨酯丙烯酸酯，其中，按环氧基团与－NCO基团摩尔比为1：0.90，在75℃下反应4h即得到聚氨酯丙烯酸酯改性环氧丙烯酸单酯树脂；
步骤S4：在1000mL的三口烧瓶中加入220g步骤S3合成的聚氨酯丙烯酸酯改性环氧丙烯酸单酯树脂，再加入220g丙酮溶剂，搅拌加热至55℃，滴加二乙醇胺，二乙醇胺的加入量满足环氧基团与胺基的摩尔比为1：1，反应5h，冷却，加入与胺基等摩尔的乳酸，再加入350g水，搅拌均匀即得紫外光固化水性树脂。
经过检测，得到的紫外光固化水性树脂紫外光固化后硬度在H以上。
实施例4
一种聚氨酯丙烯酸酯改性的紫外光固化水性树脂，所述聚氨酯丙烯酸酯改性的紫外光固化水性树脂的结构如式(1)所示，其中，R1和R2为CH2CH2CH2CH3。
其采用以下步骤制备得到：
步骤S1：在500mL三口烧瓶中加入250g双酚A环氧(环氧E51)，油浴到100℃，搅拌；另外计量的丙烯酸中加入催化剂N，N－二甲基苄胺(BDMA)和阻聚剂对羟基苯甲醚，将其滴加入环氧树脂中，其中，环氧基团与丙烯酸的摩尔比为2：1，所述催化剂N，N－二甲基苄胺所占的质量百分比为0.3％，所述对羟基苯甲醚所占的质量百分比为0.3％，反应5h后，调节体系酸值小于3mgKOH/g，即得到式(2)结构的环氧丙烯酸单酯；
步骤S2：在三口烧瓶中加入2mol的甲苯二异氰酸酯(TDI)，加热到60℃；将二丁基二月桂酸锡加入到1mol的聚乙二醇(分子量400)中，所述二丁基二月桂酸锡占聚乙二醇和甲苯二异氰酸酯总质量的0.2％，然后将其滴加入甲苯二异氰酸酯(TDI)溶液中，滴完后继续反应3h，在1mol的丙烯酸羟乙酯中加入对羟基苯甲醚，然后加入上述反应体系，其中，所述对羟基苯甲醚在当前反应体系中所占的质量百分比为0.2％，升温至100℃反应2.5h，即得到一端含有—NCO基团的聚氨酯丙烯酸酯；
步骤S3：在三口烧瓶中加入步骤S1合成得到的环氧丙烯酸单酯，再加入计量的步骤S2合成得到的一端含有—NCO基团的聚氨酯丙烯酸酯，其中，环氧基团与－NCO基团摩尔比为1：0.8，在90℃下反应4h即得到聚氨酯丙烯酸酯改性环氧丙烯酸单酯树脂；
步骤S4：在1000mL的三口烧瓶中加入180g步骤S3合成的聚氨酯丙烯酸酯改性环氧丙烯酸单酯树脂，再加入180g醇醚溶剂，搅拌加热至70℃，滴加二丁胺，二丁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，冷却，再加入与胺基等摩尔的乙二酸，再加入300g水，搅拌均匀即得紫外光固化水性树脂。
经过检测，得到的紫外光固化水性树脂紫外光固化后硬度在固化后硬度在2H以上。
以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种聚氨酯丙烯酸酯改性的紫外光固化水性树脂，其特征在于：所述聚氨酯丙烯酸酯改性的紫外光固化水性树脂的结构如式(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所述的聚氨酯丙烯酸酯改性的紫外光固化水性树脂，其特征在于：采用以下步骤制备得到：
步骤S1：合成如式(2)的结构式的丙烯酸环氧单酯链段；
步骤S2：合成如式(3)的结构式的一端有-NCO基团的聚氨酯丙烯酸酯链段；
步骤S3：在反应容器中加入步骤S1合成的丙烯酸环氧单酯链段以及步骤S2合成的聚氨酯丙烯酸酯链段，所述丙烯酸环氧单酯链段和聚氨酯丙烯酸酯链段的加入量满足环氧基团与－NCO基团的摩尔比为1：0.9～1；于60～100℃下反应3～5h，得到聚氨酯丙烯酸酯改性环氧丙烯酸单酯树脂，所述聚氨酯丙烯酸酯改性环氧丙烯酸单酯树脂的结构式如式(4)所示：
步骤S4：在反应容器中加入步骤S3合成的聚氨酯丙烯酸酯改性环氧丙烯酸单酯树脂，并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)的紫外光固化水性树脂。
3.根据权利要求2所述的聚氨酯丙烯酸酯改性的紫外光固化水性树脂，其特征在于，步骤S1中，如式(2)的结构式的丙烯酸环氧单酯链段采用以下步骤合成得到：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基团的摩尔比为2：1；通过碱滴定至体系的酸值≤3mgKOH/g，得到式(2)的结构式的丙烯酸环氧单酯链段。
4.根据权利要求3所述的聚氨酯丙烯酸酯改性的紫外光固化水性树脂，其特征在于，步骤S2中，如式(3)的结构式的一端有-NCO基团的聚氨酯丙烯酸酯链段采用以下步骤合成得到：在反应容器中加入二异氰酸酯，加热至50～90℃；将二元醇加入二异氰酸酯中，所述二元醇加入量满足二异氰酸酯与二元醇的摩尔比为2：1；所述二元醇中添加有占二元醇和二异氰酸酯总质量的0.1～0.6％的二丁基二月桂酸锡；在反应体系中加入羟基丙烯酸酯，所述羟基丙烯酸酯的加入量满足羟基丙烯酸酯与二异氰酸酯的摩尔比为0.5～0.55：1，所述羟基丙烯酸酯中添加有对羟基苯甲醚，其中，所述对羟基苯甲醚在当前反应体系中所占的质量百分比为0.1～0.8％；将反应体系升温至70～110℃，反应2～4h，得到式(3)的结构式的一端有-NCO基团的聚氨酯丙烯酸酯链段。
5.根据权利要求4所述的聚氨酯丙烯酸酯改性的紫外光固化水性树脂，其特征在于：所述环氧树脂为双酚A环氧树脂或其同系物、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至少一种。
6.根据权利要求4所述的聚氨酯丙烯酸酯改性的紫外光固化水性树脂，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。
7.根据权利要求4所述的聚氨酯丙烯酸酯改性的紫外光固化水性树脂，其特征在于：所述二异氰酸酯为甲苯二异氰酸酯、二苯基甲烷二异氰酸酯、六亚甲基二异氰酸酯、异佛尔酮二异氰酸酯、二环己基甲烷二异氰酸酯、对苯二异氰酸酯中的至少一种。
8.根据权利要求4所述的聚氨酯丙烯酸酯改性的紫外光固化水性树脂，其特征在于：所述二元醇为聚醚二元醇、聚酯二元醇、丙二醇、新戊二醇、1，4－丁二醇、1，6－己二醇、分子量200～4000的聚乙二醇中的至少一种；所述羟基丙烯酸酯为丙烯酸羟乙酯、丙烯酸羟丙酯、甲基丙烯酸羟乙酯、甲基丙烯酸羟丙酯、丙烯酸羟丁酯中的至少一种。
9.根据权利要求4所述的聚氨酯丙烯酸酯改性的紫外光固化水性树脂，其特征在于：所述溶剂为丙酮、丁酮、醇醚溶剂中的一种；所述胺为二甲胺，二乙胺，二丙胺，二丁胺，二乙醇胺中的一种；所述酸为乳酸、醋酸、甲酸、乙二酸、丙酸、丁酸、丙二酸、丁二酸中的一种。
10.根据权利要求1所述的聚氨酯丙烯酸酯改性的紫外光固化水性树脂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤A：在反应容器中加入环氧树脂，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；通过碱滴定至体系的酸值≤3mgKOH/g，得到丙烯酸环氧单酯链段；
步骤B：在反应容器中加入二异氰酸酯，加热至50～90℃；将二元醇加入二异氰酸酯中，所述的二元醇加入量满足二异氰酸酯与二元醇的摩尔比为2：1；所述的二元醇添加有占二元醇和二异氰酸酯总质量0.1～0.6％的二丁基二月桂酸锡；在反应体系中加入羟基丙烯酸酯，所述的羟基丙烯酸酯的加入量满足羟基丙烯酸酯与二异氰酸酯的摩尔比为0.5～0.55：1，所述的羟基丙烯酸酯添加有对羟基苯甲醚，其中，所述对羟基苯甲醚在当前反应体系中所占的质量百分比为0.1～0.8％；将反应体系升温至70～110℃，反应2～4h，得到一端有-NCO基团的聚氨酯丙烯酸酯链段；
步骤C：在反应容器中加入步骤A中合成的丙烯酸环氧单酯链段以及步骤B合成的聚氨酯丙烯酸酯链段，所述丙烯酸环氧单酯链段和聚氨酯丙烯酸酯链段的加入量满足环氧基团与－NCO基团摩尔比为1：0.9～1；60～100℃下反应3～5h，得到聚氨酯丙烯酸酯改性环氧丙烯酸单酯树脂；
步骤D：在反应容器中加入合成的聚氨酯丙烯酸酯改性环氧丙烯酸单酯树脂，并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，搅拌均匀即得紫外光固化水性树脂。
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