新型紫外光固化涂料的研制
张晓蕾1 费学梅2 周海军1 李彦涛1
(1.河北省科学院能源研究所,石家庄050081; 2.衡水宝力工程橡胶有限公司,衡水053000)

涂料工业的发展是衡量一个国家工业发展水平的尺度和标志。随着全球对环境问题的日益重视,传统的溶剂型涂料由于有机挥发组分(VOC)的排放受到了很大的冲击,紫外光固化(UV)涂料固化速度快、固化温度低、环保节能、涂层性能优异而成为人们关注和研究的热点[1]。
环氧丙烯酸酯(EA)树脂具有硬度高、附着力好、固化速度快等诸多优点,是当前研究多,应用广的低聚物,但其黏度大、涂膜柔韧性不好、易开裂。聚氨酯丙烯酸酯(PUA)树脂耐磨性、柔韧性好,但成本高。有文献报道[2-4]采用异氰酸酯对环氧丙烯酸酯改性,分子中引入氨基甲酸酯链段,改变分子结构,使树脂分子运动灵活,柔韧性增加,而且消耗了部分羟基,降低氢键的形成几率,可以改善环氧丙烯酸酯高黏度、低柔韧性的缺点。
本研究从原料上选用黏度仅为双酚A环氧树脂黏度1/30~1/50的四氢邻苯二甲酸二缩水甘油酯制备四氢邻苯二甲酸二缩水甘油丙烯酸酯,并通过异佛尔酮二异氰酸酯(IPDI)对自制环氧丙烯酸酯进行改性,配合活性稀释剂、光引发剂以及其他助剂制成紫外光固化涂料,研究了活性稀释剂、光引发剂种类及用量对光固化膜力学性能、附着力、硬度等方面的影响,确定了新型紫外光固化涂料的较佳配方。

1 实验部分
111 原料
四氢邻苯二甲酸二缩水甘油酯:工业品,天津市津东化工厂;丙烯酸:分析纯,天津市福晨化学试剂厂;四乙基溴化铵:分析纯,天津可米欧化学试剂开发中心;2-羟基-2-甲基-1-苯基酮(1173):工业品,天津天骄化工有限公司;三羟甲基丙烷三丙烯酸酯(TMPTA):工业品,天津天骄化工有限公司;三丙二醇类二丙烯酸酯(TPGDA):工业品,天津天骄化工有限公司;1,6-己二醇二丙烯酸酯(HDDA):工业品,天津天骄化工有限公司;甲苯:分析纯,天津市富宇精细化工有限公司;异佛二酮二异氰酸酯(IPDI):工业品,德国拜耳公司;二月桂酸二丁基锡:分析纯,天津博迪化工有限公司。
1.2 四氢邻苯二甲酸二缩水甘油丙烯酸酯的合成及其改性
(1)在装有冷凝管、搅拌器、滴液漏斗和温度计的四口瓶中加入一定量的四氢邻苯二甲酸二缩水甘油酯,油浴加热到60e开始滴加溶有催化剂和阻聚剂的丙烯酸,半小时滴完,将温度控制在100ºc,体系
酸值降到5mgKOH/g时结束反应。
(2)在装有搅拌器、冷凝管、温度计的三口瓶中加入自制四氢邻苯二甲酸二缩水甘油丙烯酸酯、适量催化剂、甲苯和IPDI,搅拌均匀, 80~90ºc反应4h,测试反应体系中NCO含量达到一定值时减压蒸
馏除去体系中的甲苯,出料得到改性光敏预聚物。
113 涂膜的制备
将合成的改性光敏预聚物与活性稀释剂、光引发剂按一定的比例搅拌混合均匀,涂布于玻璃板上,厚度约0.1mm,然后用紫外光机固化成膜。
114 性能测试及表征
按GB/T9286-1998测定附着力;按GB/T6739-1996测定硬度;按GB/T1733-1993测定耐水性;采用上海精密科学仪器有限公司生产的722s型分光光度计测定反应体系中-NCO的含量;采用深圳市新三思计量技术有限公司生产的CMT7104型微机控制电子万能试验机进行力学性能的测试;采用美国PE公司生产的Spectram 100红外光谱仪对涂料结构进行表征。

2 结果与讨论
211 合成及涂料配制工艺
四氢邻苯二甲酸二缩水甘油丙烯酸酯的合成原理是利用四氢邻苯二甲酸二缩水甘油酯上的环氧基先开环,再与丙烯酸上的羧基反应,形成含有不饱和键的四氢邻苯二甲酸二缩水甘油丙烯酸酯分子,再用IPDI上的NCO与OH反应,在分子链中引入柔性基团,来改善分子链的柔韧性,形成IPDI改性四氢邻苯二甲酸二缩水甘油丙烯酸酯,如图1所示。


将IPDI改性后的四氢邻苯二甲酸二缩水甘油丙烯酸酯作为紫外光固化涂料的低聚物,并与活性稀释剂、光引发剂、流平剂、消泡剂等配制紫外光固化涂料,基本配方如表1所示。

212 引发剂对紫外光固化涂料性能的影响
实验选用裂解型自由基光引发剂1173(2-羟基-2-甲基-1-苯基丙酮)和184(1-羟基环己基苯甲酮),实验结果如表2所示。