CN115521452A - 一种光固化低聚物、其制备方法及含有该低聚物的光固化涂料 - Google Patents
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Abstract
本发明属于高分子材料技术领域，具体地说，涉及一种光固化低聚物、其制备方法及含有该低聚物的光固化涂料。该种光固化低聚物结构为以脲基基团为交联点、聚氧乙烯醚为主链段的脲基丙烯酸酯。低聚物具有低黏度、高速固化、有特殊功能等优点，针对部分基材难以附着的特点，在PMMA、聚砜、聚苯乙烯上均有较好的附着力，可应用在难附着基材的防雾、防污、减阻、润湿等领域。
Description
技术领域
本发明属于高分子材料技术领域，具体地说，涉及一种光固化低 聚物、其制备方法及含有该低聚物的光固化涂料。
背景技术
紫外光固化涂料技术是指一种表面处理技术，该技术通过光引发 剂或者光敏剂，经紫外光辐照产生自由基而引发活性单体、低聚物 或树脂发生聚合反应。近年来，人们对环保的要求越来越高，溶剂型 涂料因为挥发性有机物(VOC)的排放受到越来越严格的限制，以紫 外光固化涂料(UVCC)、水性涂料、高固体分涂料和粉末涂料为代表 的绿色环保型涂料成为人们关注和研究的热点。与其它几类涂料相比， UVCC具有固化速度快、固化温度低、环保节能、涂层性能优异， 可用于塑料、纸张和木材等热敏性底材的涂布等优势。
低聚物是UV固化涂料最重要的组分，它决定了固化膜的物理机 械性能，如硬度、柔韧性、强度、耐磨性、附着力等，也影响光固化 速度。目前的低聚物通常是聚乙二醇丙烯酸酯等附着力低的物质或聚 氨酯丙烯酸酯等亲水性差的物质，难以保持附着力与亲水性的平衡。
目前常见的光固化低聚物包括环氧丙烯酸酯、聚氨酯丙烯酸酯、 聚酯丙烯酸酯等，具有黏度低、固化速度快等优点，但是低聚物往往 没有丰富的基团，附着力差。高聚后链段较软，机械强度差。
发明内容
本发明的目的是针对现有技术的不足，提供附着力优异的一种光 固化低聚物、其制备方法及含有该低聚物的光固化涂料。可实现高附 着力、高耐磨、耐水泡、耐腐蚀等的功能。
为实现上述目的，本发明首先提供一种光固化低聚物，如(Ⅰ) 所示，结构为以脲基基团为交联点、聚氧乙烯醚为主链段的脲基丙烯 酸酯，可命名为异氰尿酸聚氧乙烯醚丙烯酸酯；
所述光固化低聚物表面张力低，对基材润湿性好；对于PMMA、 聚砜、聚苯乙烯等塑料基材有较强的渗透溶胀能力，固化交联后可在 基材与涂层之间形成一层很薄的互穿网络结构，从而增强附着力，同 时所述光固化低聚物含有多种官能团，能提高附着力。
按照GB/T 9286-1998进行光固化低聚物的附着力测试，0级代表 最好，5级代表最差，具体方法为将光固化低聚物与光引发剂TPO以 质量比24：1混合，UV灯下固化30s，测试附着力，结果附着力均 为0级。
本发明还提供一种光固化低聚物的制备方法，具体如下：
(1)聚醚胺(ED2003)与三(2-羟乙基)异氰脲酸三丙烯酸酯(THEICTA)在60-80℃下进行加成反应，得到聚氧乙烯醚异氰尿酸丙 烯酸酯；
(2)羟乙基丙烯酸酯(HEA)与异佛尔酮二异氰酸酯(IPDI) 在30-50℃下反应0.5-1h，得到脲基丙烯酸酯；
(3)将步骤(1)和步骤(2)所得产物在30-50℃下进行聚合反 应，反应0.5-1h，即得到所述光固化低聚物。
具体的，所述步骤(1)中聚醚胺与三(2-羟乙基)异氰脲酸三 丙烯酸酯的摩尔比为1：2。
具体的，所述步骤(1)中羟乙基丙烯酸酯与异佛尔酮二异氰酸 酯的摩尔比为1：1。
具体的，所述步骤(1)和步骤(2)所得产物的摩尔比为1：1。
本发明还提供一种光固化涂料，包含上述光固化低聚物50～70份、 丙烯酸酯单体10～20份、光引发剂2～5份、助剂1～2份、溶剂14～27 份。
具体的，丙烯酸酯单体为1,6己二醇二丙烯酸酯(HDDA)、三羟 甲基丙烷三丙烯酸酯(TMPTA)、二丙二醇二丙烯酸酯(DPGDA)中的一 种或多种。
具体的，光引发剂为2-羟基-2-甲基-1-苯基丙酮(1173)， 1-羟基环己基苯基甲酮(184)，2,4,6-三甲基苯甲酰基-二苯基氧 化膦(TPO)中的一种或多种。
具体的，助剂为流平剂、消泡剂、增稠剂、分散剂、润湿剂中的 一种或多种。
具体的，溶剂为乙醇、异丙醇、乙酸乙酯、乙酸丁酯、丙二醇甲 醚中的一种或多种。
本发明与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：
1、低聚物具有低黏度、高速固化、有特殊功能等优点，光固化 配方的基体树脂，构成固化产品的基本骨架，即固化后产品的基本性 能(硬度、柔韧性、附着力、光学性能、耐老化等)主要由低聚物树脂 决定。针对部分基材难以附着的特点，设计合成了新型的高PMMA、聚砜、聚苯乙烯附着力的光固化低聚物，通过对表面张力，基材的渗 透溶胀、官能度设计从而增强涂层在基材的附着力，同时光固化低聚 物含有多种基团增强附着力。可应用在难附着基材的防雾、防污、减 阻、润湿等领域。
2、本发明的光固化低聚物结合其他光固化单体可以形成交联的 互穿网络，提高涂层硬度、机械强度，可锁住表面活性剂，延长防雾 耐久时间。
附图说明
图1实施例1所得可光固化低聚物B 1H NMR谱图；
图2实施例1所得可光固化低聚物B FTIR谱图。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助 于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。 应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思 的前提下，还可以做出若干变形和改进。这些都属于本发明的保护范 围。
实施例1光固化低聚物的制备1
将1mol聚醚胺(ED2003)与2mol三(2-羟乙基)异氰脲酸三 丙烯酸酯(THEICTA)在60℃下反应4h，将1mol羟乙基丙烯酸酯 (HEA)与1mol异佛尔酮二异氰酸酯(IPDI)在30℃下反应0.5h， 将两步反应所得产物在30℃下反应0.5h得到光固化低聚物B。
实施例2光固化低聚物的制备2
将1mol聚醚胺(ED2003)与2mol三(2-羟乙基)异氰脲酸三 丙烯酸酯(THEICTA)在80℃下反应4h，将1mol羟乙基丙烯酸酯 (HEA)与1mol异佛尔酮二异氰酸酯(IPDI)在50℃下反应1h， 将两步反应所得产物在50℃下反应1h得到光固化低聚物B。
实施例3光固化低聚物的制备3
将1mol聚醚胺(ED2003)与2mol三(2-羟乙基)异氰脲酸三 丙烯酸酯(THEICTA)在70℃下反应4h，将1mol羟乙基丙烯酸酯 (HEA)与1mol异佛尔酮二异氰酸酯(IPDI)在50℃下反应1h， 将两步反应所得产物在40℃下反应1h得到光固化低聚物B。
实施例3光固化低聚物的测试结果
以氘代氯仿为溶剂，将实施例1制备的可光固化低聚物B溶解， 在布鲁克400MHz核磁共振NMR波谱仪测试1HNMR，如图2所示。 其在5.5-6.5ppm之间的峰为CH2＝CH-的特征峰，4.2ppm左右的峰 为O-CH2-CH2-O链段的特征峰，分子式中所有的氢的峰都能与谱图 中的峰相对应，鉴定结构为可光固化低聚物B。
将实施例1制备的可光固化低聚物B测试红外光谱(FITR)，其谱图如图 2所示。上述结构谱图中丙烯酸酯、脲基、聚乙二醇链段峰都在谱图中呈现， 红外谱图与可光固化低聚物B结构相符。
实施例4光固化低聚物的应用及效果
本发明将实施例1所得50份低聚物与20份丙烯酸酯单体HDDA、 3份光引发剂1173、2份流平剂与消泡剂、25份乙醇、乙酸乙酯混合 溶剂进行复配，可制备紫外光固化防雾涂料组合物，该涂料可在聚砜 塑料基材上制备超亲水涂层。该涂层具有良好的防雾、防污、减阻、 润湿等效果，且涂层附着力好、不易脱落、硬度高、耐久性好。
实施例5光固化低聚物的应用及效果
本发明将实施例2所得60份低聚物与10份丙烯酸酯单体 TMPTA、2份光引发剂184、1份增稠剂与分散剂、27份异丙醇、乙 酸丁酯混合溶剂等进行复配，可制备紫外光固化防雾涂料组合物，该 涂料可在PMMA塑料基材上制备超亲水涂层。该涂层具有良好的防 雾、防污、减阻、润湿等效果，且涂层附着力好、不易脱落、硬度高、 耐久性好。
实施例6光固化低聚物的应用及效果
本发明将实施例3所得70份低聚物与常规的10份丙烯酸酯单体 DPGDA、5份光引发剂TPO、1份润湿剂、14份丙二醇甲醚溶剂进 行复配，可制备紫外光固化防雾涂料组合物，该涂料可在聚苯乙烯塑 料基材上制备超亲水涂层。该涂层具有良好的防雾、防污、减阻、润湿等效果，且涂层附着力好、不易脱落、硬度高、耐久性好。
Claims (9)
1.一种光固化低聚物，其特征在于，具有以下结构：
其中，y≈39，x+z≈6。
2.一种光固化低聚物的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)聚醚胺与三(2-羟乙基)异氰脲酸三丙烯酸酯在60-80℃下进行加成反应，得到异氰尿酸聚醚胺丙烯酸酯；
(2)羟乙基丙烯酸酯与异佛尔酮二异氰酸酯在30-50℃下反应0.5-1h，得到脲基丙烯酸酯；
(3)将步骤(1)和步骤(2)所得产物在30-50℃下进行聚合反应，反应0.5-1h，即得到所述光固化低聚物，命名为异氰尿酸聚氧乙烯醚丙烯酸酯。
3.根据权利要求2所述光固化低聚物的制备方法，其特征在于，所述步骤(1)中聚醚胺与三(2-羟乙基)异氰脲酸三丙烯酸酯的摩尔比为1：2。
4.根据权利要求2所述光固化低聚物的制备方法，其特征在于，所述步骤(2)中羟乙基丙烯酸酯与异佛尔酮二异氰酸酯的摩尔比为1：1。
5.根据权利要求2所述光固化低聚物的制备方法，其特征在于，所述步骤(1)和步骤(2)所得产物的摩尔比为1：1。
6.一种光固化涂料，包含权利要求1所述光固化低聚物、丙烯酸酯单体、光引发剂、助剂和溶剂。
7.根据权利要求6所述光固化涂料，其特征在于：光引发剂为2-羟基-2-甲基-1-苯基丙酮，1-羟基环己基苯基甲酮，2,4,6-三甲基苯甲酰基-二苯基氧化膦中的一种或多种。
8.根据权利要求6所述光固化涂料，其特征在于：助剂为流平剂、消泡剂、增稠剂、分散剂、润湿剂中的一种或多种。
9.根据权利要求6所述光固化涂料，其特征在于：溶剂为乙醇、异丙醇、乙酸乙酯、乙酸丁酯、丙二醇甲醚中的一种或多种。
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