CN117185973A - 一种丙烯酸酯类单体及其在光固化功能性涂料中的应用 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种丙烯酸酯类单体及其在光固化功能性涂料中的应用,所述丙烯酸酯类单体的结构如式(Ⅰ)所示:
Description
技术领域
本发明属于光固化涂料领域,尤其涉及一种丙烯酸酯类单体及其在光固化功能性涂料中的应用。
背景技术
金属是化学工业品中最为常见的一种无机材料,由于空气中存在氧气会与金属发生氧化还原反应,导致金属遭受到氧化锈蚀,严重影响金属的性能,故需要在金属表面涂装一层保护涂层。
金属涂装保护涂层主要分为传统溶剂型施工涂层和UV光固化涂层,其中传统溶剂型涂层在金属基材上附着力等各项性能比较容易满足,但其存在溶剂,不符合我国对于环保无VOCs排放的要求;而UV光固化涂层虽然无溶剂,固化效率高,操作简单、施工方便,但现有的UV光固化涂层对金属基材上附着力弱,导致UV光固化涂层在金属基材上的使用受限。
发明内容
针对现有技术UV光固化涂层对金属基材附着力差的问题,本发明提供一种丙烯酸酯类单体,所提供的丙烯酸酯类单体中含有硫醚键结构、乙氧化结构和丙烯酸酯键,硫醚键结构能够很好与金属界面锚定,进而赋予单体对于金属具有良好的附着力,乙氧化结构可促使单体在配方体系中具有更好的相容性促进硫醚键对金属表面进行锚定,提高功能性单体对于金属基材的附着力,为金属基材上功能涂层提供新材料。
本发明的目的在于提供一种丙烯酸酯类单体,所述丙烯酸酯类单体的结构如式(Ⅰ)所示:
其中,A选自碳原子数2~4的亚烷基、杂环烷基或芳基,R选自H或CH3,n为1~4的整数。
优选地,所述丙烯酸酯类单体的结构如式(Ⅰ)所示:
其中,A选自苯基,R选自H,n为1~4的整数。
优选地,所述丙烯酸酯类单体的结构如式(Ⅰ)所示:
其中,A选自R选自CH3,n为3。
本发明另一目的在于提供一种所述的丙烯酸酯类单体的制备方法,包括如下步骤:
S1.将含硫醚键的羟基化合物、环氧乙烷和强碱催化剂混合反应,得含硫醚键的聚醚羟基化合物;
S2.将所述含硫醚键的聚醚羟基化合物、丙烯酸类单体、强酸催化剂、阻聚剂和带水剂混合反应,得丙烯酸酯类单体;
所述含硫醚键的羟基化合物的结构如式(Ⅱ)所示:
所述含硫醚键的聚醚羟基化合物的结构如式(Ⅲ)所示:
所述丙烯酸类化合物的结构如式(Ⅳ)所示:
优选地,S1中,所述含硫醚键的羟基化合物与环氧乙烷的摩尔比为1:1~4。
优选地,S1中,所述碱性催化剂的用量为总反应原料的1000~4000ppm。
优选地,S1中,所述强碱催化剂包括氢氧化钾、氢氧化钠、叔丁醇钾中的一种。
优选地,S1中,所述反应的温度为80~120℃,时间为2~4小时。
优选地,S2中,所述含硫醚键的聚醚羟基化合物与丙烯酸类化合物的摩尔比为1:1~1.2。
优选地,S2中,所述强酸催化剂的用量为总反应原料的1~5wt%。
优选地,S2中,所述带水剂的用量为总反应原料的30~50wt%。
优选地,S2中,所述阻聚剂的用量为总反应原料的1000~5000ppm。
优选地,S2中,所述强酸催化剂包括硫酸氢钾、硫酸氢钠中的至少一种。
优选地,S2中,所述阻聚剂包括对羟基苯甲醚、BHT、铜盐、铝盐、吩噻嗪中的至少一种。
优选地,S2中,所述带水剂包括环己烷、甲苯中的至少一种。
优选地,S2中,反应中还加入抗氧剂。
优选地,S2中,所述抗氧剂包括次磷酸。
优选地,S2中,所述抗氧剂的用量为总反应原料的0.05~0.3wt%。
优选地,S2中,所述反应的温度为80~110℃,时间为8~16小时。
本发明再一目的在于提供一种UV光固化涂料,由包括所述的丙烯酸酯类单体制备而成。
与现有技术相比,本发明的有益效果如下:
(1)本发明所提供的丙烯酸酯类单体中含有硫醚键结构、乙氧化结构和丙烯酸酯键,硫醚键结构能够很好与金属界面锚定,进而赋予单体对于金属具有良好的附着力,乙氧化结构可促使单体在配方体系中具有更好的相容性促进硫醚键对金属表面进行锚定,提高功能性单体对于金属基材的附着力,为金属基材上功能涂层提供新材料。
(2)本发明的丙烯酸酯类单体中的聚醚结构具有强的稀释能力,在UV配方中可协助丙烯酸酯类单体分子结构中的末端甲硫基扩散至金属表面附着速率,增强UV涂层对金属的附着力。
具体实施方式
为了使本技术领域的人员更好地理解本发明中的技术方案,下面将结合本发明实施例,对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述,显然,所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例,而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例,本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例,都应当属于本发明保护的范围。
TPO:二苯基(2,4,6-三甲基苯甲酰基)氧化膦;
B-165:改性环氧丙烯酸酯,购买自广东博兴新材料科技有限公司;
ACMO:丙烯酰吗啉;
TPGDA:三丙二醇二丙烯酸酯;
光引发剂1173:2-羟基-2-甲基-1-苯基-1-丙酮;
IBOA:丙烯酸异冰片酯;
流平剂:EFKA3777;
DMAA:二甲基烯丙基胺;
M5:丙烯酸4-甲硫基丁酯;
实施例中的原料均可通过市售得到。
实施例1
本实施例提供一种丙烯酸酯类单体M1,具体过程如下:
S1.在2L的加成釜中加入2-甲硫基乙醇(8mol),搅拌加入氢氧化钾(0.43g),氮气置换三次后升温,温度升至100℃,脱水0.5小时,温度调至100℃缓慢通入环氧乙烷(15.98mol),时间3小时,加完熟化,等压力将至不能降低为止,降温脱气出料,得到粗醚;加入磷酸水溶液,调整体系的pH至5.5左右,加入抗氧剂1010(巴斯夫)1000ppm,后加入0.1wt%硅酸镁吸附剂,后脱水、过滤,得到精制的化合物A1;
S2.500ml直四口烧瓶中,加入丙烯酸(1mol)、化合物A1(0.98mol)、对羟基苯甲醚(0.030g)、氯化铜(0.08g)、次磷酸(0.20g)、硫酸氢钠(2.50g)、环己烷(100g),缓慢升温至90℃,即带水剂进行回流10小时,采用分水器收集酯化出水,当酯化出水大于等于理论出水率时,酯化反应结束。加入羟基膦石灰除掉反应液中的杂质酸,过滤;采用热水洗涤除掉反应物中的氯化铜,热水洗涤2遍,后采用饱和食盐水洗涤,除掉产物中的水,补加500ppm对羟基苯甲醚,旋蒸除掉溶剂,得到功能性丙烯酸酯单体M1;
M1的核磁氢谱如下:
1H NMR(CDCl3,400MHz):6.30(d,1H),6.08(tert,1H),5.60(d,1H),4.28(t,2H),3.80~3.65(t,8H),2.58(t,2H),2.12(s,3H).
其中,n=2。
实施例2
本实施例提供一种丙烯酸酯类单体M2,具体过程如下:
S1.在2L的加成釜中加入2-甲硫基乙醇(4.56mol),搅拌加入氢氧化钾(0.28g),氮气置换三次后升温,温度升至100℃,脱水0.5小时,温度调至100℃缓慢通入环氧乙烷(11.98mol),时间4小时,加完熟化,等压力将至不能降低为止,降温脱气出料,得到粗醚;加入磷酸水溶液,调整体系的pH至5.5左右,加入抗氧剂1010(巴斯夫)1000ppm,后加入0.1wt%硅酸镁吸附剂,后脱水、过滤,得到精制的化合物A2;
S2.1000ml直四口烧瓶中,加入丙烯酸(1mol)、化合物A2(0.98mol)、对羟基苯甲醚(0.046g)、氯化铜(0.12g)、次磷酸(0.25g)、硫酸氢钠(3.82g)、环己烷(165g),缓慢升温至90℃,即带水剂进行回流10小时,采用分水器收集酯化出水,当酯化出水大于等于理论出水率时,酯化反应结束,加入羟基膦石灰除掉反应液中的杂质酸,过滤;采用热水洗涤除掉反应物中的氯化铜,热水洗涤2遍,后采用饱和食盐水洗涤,除掉产物中的水;补加500ppm对羟基苯甲醚,旋蒸除掉溶剂,得到功能性丙烯酸酯单体M2;
M2的核磁氢谱如下:
1H NMR(CDCl3,400MHz):7.50(d,2H),7.30(d,2H),6.35(d,1H),6.12(tert,1H),5.63(d,1H),4.54(t,2H),4.38(t,2H),3.78~3.60(t,12H),2.60(s,3H).
其中,n=4。
实施例3
S1.在2L的加成釜中加入2-甲硫基乙醇(8mol),搅拌加入氢氧化钾(0.43g),氮气置换三次后升温,温度升至100℃,脱水0.5小时,温度调至100℃缓慢通入环氧乙烷(15.98mol),时间3小时,加完熟化,等压力将至不能降低为止,降温脱气出料,得到粗醚;加入磷酸水溶液,调整体系的pH至5.5左右,加入抗氧剂1010(巴斯夫)1000ppm,后加入0.1wt%硅酸镁吸附剂,后脱水、过滤,得到精制的化合物A1;
S2.500ml直四口烧瓶中,加入甲基丙烯酸(86.10g,1mol)、化合物A1(176.56g,0.98mol)、对羟基苯甲醚(0.035g)、氯化铜(0.08g)、次磷酸(0.20g)、硫酸氢钠(3.00g)、环己烷(100g),缓慢升温至90℃,即带水剂进行回流10小时,采用分水器收集酯化出水,当酯化出水大于等于理论出水率时,酯化反应结束,加入羟基膦石灰除掉反应液中的杂质酸,过滤;采用热水洗涤除掉反应物中的氯化铜,热水洗涤2遍,后采用饱和食盐水洗涤,除掉产物中的水;补加500ppm对羟基苯甲醚,旋蒸除掉溶剂,得到功能性丙烯酸酯单体M3;
M3的核磁氢谱如下:
1H NMR(CDCl3,400MHz):6.12(d,1H),5.64(d,1H),4.25(t,2H),3.80~3.65(t,8H),2.58(t,2H),2.12(s,3H),2.01(s,3H).
其中,n=2。
实施例4
S1.在2L的加成釜中加入含硫醚键的羟基化合物B1(8mol),搅拌加入氢氧化钾(0.43g),氮气置换三次后升温,温度升至100℃,脱水0.5小时,温度调至100℃缓慢通入环氧乙烷(15.98mol),时间3小时,加完熟化,等压力将至不能降低为止,降温脱气出料,得到粗醚;加入磷酸水溶液,调整体系的pH至5.5左右,加入抗氧剂1010(巴斯夫)1000ppm,后加入0.1wt%硅酸镁吸附剂,后脱水、过滤,得到精制的化合物A4;
S2.500ml直四口烧瓶中,加入甲基丙烯酸(1mol)、化合物A4(0.98mol)、对羟基苯甲醚(0.035g)、氯化铜(0.08g)、次磷酸(0.20g)、硫酸氢钠(3.00g)、环己烷(120g),缓慢升温至90℃,即带水剂进行回流10小时,采用分水器收集酯化出水,当酯化出水大于等于理论出水率时,酯化反应结束,加入羟基膦石灰除掉反应液中的杂质酸,过滤;采用热水洗涤除掉反应物中的氯化铜,热水洗涤2遍,后采用饱和食盐水洗涤,除掉产物中的水;补加500ppm对羟基苯甲醚,旋蒸除掉溶剂,得到功能性丙烯酸酯单体M4;
M3的核磁氢谱如下:
1H NMR(CDCl3,400MHz):6.50(d,1H),6.42(d,1H),5.23(t,1H),4.28(t,2H),3.65(t,2H),3.58(s,4H),3.28(m,4H),2.59~2.35(m,2H),2.17(s,3H),2.02(s,3H).
其中,n=2。
光固化涂料的制备及性能测试:
表1.涂料的组成。
光固化涂料的制备及性能测试:按表1的第一单体15g、B-165 55g、光引发剂11733.5g、光引发剂TPO 0.5g、流平剂EFKA3777 0.3g和TPGDA 25g混合,配制成涂料,分别得实施例5~8和对比例1~4涂料,将涂层分别刮涂在用酒精清洁后的马口铁、冷轧钢板、镀锌板材上,刮涂厚度6μm,涂布完成后,采用500mJ中压汞灯对涂层进行固化。固化完成后,采用百格测试法,按照标准《GBT 9286-1998色漆和清漆漆膜的划痕实验》进行测试,测试涂层的在不同金属基材上的附着力,不掉百格,则附着力OK,100/100(分子表示用胶带撕扯后,金属涂层剩余的格子数/分母表示涂层所画百格数量)。
表2.实施例5~8和对比例1~4的涂料性能测试结果。
由表2可知,将本发明实施例1~4制得的丙烯酸酯类单体M1~M4用于制备涂料,在马口铁、冷轧钢板、镀锌板材上均具有良好的附着力,采用常规常规单体DMAA、ACMO、IBOA、M5都会有不同程度的掉百格,即硫醚改性的聚醚类丙烯酸酯单体对提高涂层在金属基材上的附着力具有良好效果。
最后应当说明的是,以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制,尽管参照上述实施例对本发明进行了详细的说明,所属领域的普通技术人员应当理解,技术人员阅读本申请说明书后依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者等同替换,但这些修改或变更均未脱离本发明申请待批权利要求保护范围之内。
Claims (10)
1.一种丙烯酸酯类单体,其特征在于,所述丙烯酸酯类单体的结构如式(Ⅰ)所示:
其中,A选自碳原子数2~4的亚烷基、杂环烷基或芳基,R选自H或CH3,n为1~4的整数。
2.如权利要求1所述的丙烯酸酯类单体,其特征在于,所述丙烯酸酯类单体的结构如式(Ⅰ)所示:
其中,A选自苯基,R选自H,n为1~4的整数。
3.如权利要求2所述的丙烯酸酯类单体,其特征在于,所述丙烯酸酯类单体的结构如式(Ⅰ)所示:
其中,A选自R选自CH3,n为3。
4.权利要求1~3任一项所述的丙烯酸酯类单体的制备方法,其特征在于,包括如下步骤:
S1.将含硫醚键的羟基化合物、环氧乙烷和强碱催化剂混合反应,得含硫醚键的聚醚羟基化合物;
S2.将所述含硫醚键的聚醚羟基化合物、丙烯酸类单体、强酸催化剂、阻聚剂和带水剂混合反应,得丙烯酸酯类单体;
所述含硫醚键的羟基化合物的结构如式(Ⅱ)所示:
所述含硫醚键的聚醚羟基化合物的结构如式(Ⅲ)所示:
所述丙烯酸类化合物的结构如式(Ⅳ)所示:
5.如权利要求4所述的丙烯酸酯类单体的制备方法,其特征在于,S1中,所述含硫醚键的羟基化合物与环氧乙烷的摩尔比为1:1~4;
和/或,所述碱性催化剂的用量为总反应原料的1000~4000ppm。
6.如权利要求4所述的丙烯酸酯类单体的制备方法,其特征在于,S1中,所述强碱催化剂包括氢氧化钾、氢氧化钠、叔丁醇钾中的一种。
7.如权利要求4所述的丙烯酸酯类单体的制备方法,其特征在于,S1中,所述反应的温度为80~120℃,时间为2~4小时。
8.如权利要求4所述的丙烯酸酯类单体的制备方法,其特征在于,S2中,所述含硫醚键的聚醚羟基化合物与丙烯酸类化合物的摩尔比为1:1~1.2;
和/或,所述强酸催化剂的用量为总反应原料的1~5wt%;
和/或,所述带水剂的用量为总反应原料的30~50wt%;
和/或,所述阻聚剂的用量为总反应原料的1000~5000ppm。
9.如权利要求4所述的丙烯酸酯类单体的制备方法,其特征在于,S2中,所述反应的温度为80~110℃,时间为8~16小时。
10.一种UV光固化涂料,其特征在于,由包括权利要求1~3任一项所述的丙烯酸酯类单体制备而成。
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