一種水性聚氨酯丙烯酸酯及其水性紫外光固化涂料和相應的制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及涂料科技領(lǐng)域，具體涉及一種水性聚氨酯丙烯酸酯及其水性紫外光固 化涂料。
【背景技術(shù)】
[0002] 水性涂料不含揮發(fā)性氣體（V0C)，不污染環(huán)境，是具有很大前景的涂料。區(qū)別于溶 劑型涂料的高分子鏈纏繞成膜機理，水性涂料是膠粒之間緊密堆砌成膜，力學性能差和耐 溶劑性能差。另外由于水性涂料含有親水基團，導致耐水性不好。通過引入疏水性的氟碳 鏈、硅氧烷鏈或非極性脂肪烴，可以增加水性涂料的耐水性。但是由于低極性的氟碳鏈和硅 氧烷鏈與水性樹脂高分子鏈的相容性不好，會降低水性材料的光學性能和力學性能。
[0003] 紫外光固化涂料除具有環(huán)境友好性、能耗低和生產(chǎn)效率高，還具有力學性能優(yōu)異 等優(yōu)點。通過將紫外光固化官能團引入水性樹脂結(jié)構(gòu)中，可以提高水性體系的交聯(lián)密度，阻 擋水分子的進攻以提高耐水性，另外交聯(lián)程度的提高也能提高水性涂料的硬度和耐磨性等 力學性能。
[0004] 聚氨酯丙烯酸酯是目前研究最多的一類水性紫外光固化體系，通過調(diào)整其分子鏈 段構(gòu)成與含雙鍵的（甲基）丙烯酯類基團，使其形成致密的交聯(lián)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，賦予其優(yōu)越的光 澤度、附著力和機械性能。
[0005] 中國專利CN105001396A公開了一種80-90%固含量水性光固化聚氨酯丙烯酸酯 及制備方法，主要用脂肪族二異氰酸酯、聚醚化合物、二羥甲基丙酸、（甲基）丙烯酸羥丙 酯、季戊四醇三丙烯酸酯等原料制成，其所得產(chǎn)物具有固含量高、分子量低、較好的水稀釋 性的優(yōu)點。
[0006] 中國專利CN101659785A公開了一種100%固含量的高官能度水性UV樹脂組合物 及其制備方法，其中以二異氰酸酯、聚酯/聚醚二元醇、親水性多羥基羧酸為主要原料，以 多官能度的羥基丙烯酸酯封端，合成出高官能度的水性UV樹脂，固含量達到100%，該組合 物具有固含量高，光固化速率快，固化前不需干燥，生產(chǎn)效率高等優(yōu)點。
[0007] 中國專利CN104558499A公開了一種可紫外光固化的彈性聚氨酯丙烯酸酯乳液及 其合成方法，其中原料組成優(yōu)選環(huán)己二醇為擴鏈劑，同時利用丙烯酸酯封端，使其經(jīng)光固化 后的固化膜具有優(yōu)異的力學性能。
[0008] 然而，目前關(guān)于水性聚氨酯丙烯酸酸酯的紫外光固化涂料的公開專利中，難以在 高固含量與優(yōu)異的機械性能及涂膜耐水性之間找到平衡，使所制得的紫外光固化涂料及其 固化膜具有優(yōu)異的綜合性能。
[0009] 中國專利CN103232585A公開了一種多官能度聚氨酯丙烯酸酯水性UV樹脂的制備 方法，其所得樹脂具有較高的交聯(lián)密度和優(yōu)異的綜合性能，同時其固化物具有非常優(yōu)異的 機械性能和耐水性。但其制備過程相對繁瑣，對工藝參數(shù)要求極高，可能導致最終產(chǎn)物的綜 合性能難以控制，而且并沒有公開其機械性能和耐水性的等級。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0010] 針對上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明的目的在于，提供一種水性聚氨酯丙烯酸酯及 其制備方法。
[0011] 本發(fā)明的目的還在于，提供一種水性聚氨酯丙烯酸酯紫外光固化涂料的制備方 法。
[0012] 本發(fā)明所采取的技術(shù)方案是：一種水性聚氨酯丙烯酸酯，原料組分配比按重量份 計為：
[0013] 脂肪酸二聚體二醇或脂昉酸二聚體聚酯二醇 100份 親水單體 6~25份 二異氰酸醋 26~93份 丙烯酸酯單體 12~48份 阻聚劑 0.2~0.3份 中和劑 2~19份 去離子水 67~122份
[0014] 作為上述方案的進一步改進，所述脂肪酸二聚體二醇為Pripol2033;所述脂肪酸 二聚體聚酯二醇選自Priplast3192、Priplast3195、Priplast3197 和Priplast3198 中的一 種。
[0015] 作為上述方案的進一步改進，所述親水單體選自2, 2-二羥甲基丙酸和2, 2-二羥 甲基丁酸中的一種。
[0016] 作為上述方案的進一步改進，所述二異氰酸酯選自甲苯二異氰酸酯、1，6-六亞甲 基二異氰酸酯、1，3, 3-三甲基-5-異氰酸基-1-異氰酸基甲基環(huán)己烷、二苯基甲烷二異氰酸 酯和二環(huán)己基甲烷-4, 4' -二異氰酸酯中的一種。
[0017] 作為上述方案的進一步改進，所述丙烯酸酯單體選自丙烯酸羥乙酯、甲基丙烯酸 羥乙酯，季戊四醇三丙烯酸酯和二季戊四醇五丙烯酸酯中的一種。
[0018] 作為上述方案的進一步改進，所述阻聚劑選自對苯二酚和對苯二酚單甲醚中的一 種。
[0019] 作為上述方案的進一步改進，所述中和劑選自三乙胺、氫氧化鈉和氫氧化鉀中的 一種。
[0020] 作為上述方案的進一步改進，上述水性聚氨酯丙烯酸酯的制備方法包括如下工藝 步驟：
[0021] (1)將脂肪酸二聚體二醇或脂肪酸二聚體聚酯二醇置于115°C下減壓脫水2h后降 溫至60~80°C，并保持常壓；
[0022] (2)往步驟（1)中加入親水單體和二異氰酸酯，在60~80°C下混合反應2~4h;
[0023] (3)往步驟⑵中加入丙烯酸酯單體和阻聚劑，在60~80°C下混合反應2~4h;
[0024] (4)往步驟（3)中加入中和劑，在50~70°C下混合反應0· 5~2h，將所得混合物 置于高速攪拌容器中分散，同時加入去離子水，即得水性聚氨酯丙烯酸酯。
[0025] 脂肪酸二聚體分子結(jié)構(gòu)中含有巨大的非極性的C36脂肪烴結(jié)構(gòu)，具有優(yōu)異的疏水 性。通過將脂肪酸二聚體的衍生物脂肪酸二聚體二醇或脂肪酸二聚體聚酯二醇引入水性聚 氨酯丙烯酸酯結(jié)構(gòu)，體系中酯基和氨基甲酸酯基包裹著疏水性的高分子鏈，阻止了水分子 進攻酯基和氨基甲酸酯基，從而顯著地提高了材料的耐水性。另外，也通過靈活地設(shè)計水性 聚氨酯丙烯酸酯結(jié)構(gòu)，引入剛性的含苯環(huán)結(jié)構(gòu)的芳香族二異氰酸酯，或引入柔性的含脂肪 烴結(jié)構(gòu)的脂肪族二異氰酸酯，賦予水性聚氨酯丙烯酸酯作為紫外光固化材料能滿足各種具 體領(lǐng)域應用的力學性能等要求。
[0026] 本發(fā)明所采取的另一個技術(shù)方案是：一種含有上述制備出的水性聚氨酯丙烯酸酯 的水性紫外光固化涂料的制備方法，包括如下工藝步驟：
[0027] (1)原料配比：按重量份計為水性聚氨酯丙烯酸酯100份、光引發(fā)劑3~5份、流 平劑1~4份和消泡劑0. 3~1份；
[0028] (2)將水性聚氨酯丙烯酸酯、光引發(fā)劑、流平劑、消泡劑按原料配比置于高速攪拌 中混合0. 5-lh，即得水性聚氨酯丙烯酸酯紫外光固化涂料。
[0029] 作為上述方案的進一步改進，所述光引發(fā)劑選自Irgacurel84D、Irgacure500、 Irgacure2959、IrgacureΤΡ0中的一種或多種混合；所述流平劑選自BYK-019、BYK-349、 BYK-UV3500 和Tego280 中的一種；所述消泡劑選自BYK-067A、BYK-093 和BYK-1730 中的一 種。
[0030] 本發(fā)明的有益效果是：
[0031] (1)本發(fā)明將疏水性的非極性脂肪烴結(jié)構(gòu)二聚酸引入水性聚氨酯丙烯酸酯紫外光 固化涂料體系，體系中酯基和氨基甲酸酯基包裹著疏水性的高分子鏈，阻止了水分子進攻 酯基和氨基甲酸酯基，顯著地提高了材料的耐水性。另外，也通過水性聚氨酯丙烯酸酯結(jié)構(gòu) 的可設(shè)計性，通過調(diào)整二異氰酸酯和丙烯酸酯單體等原料組成和比例，賦予水性聚氨酯丙 烯酸酯紫外光固化涂料體系剪裁的力學性能。
[0032] (2)本發(fā)明提供的一種水性聚氨酯丙烯酸酯紫外光固化涂料的制備方法，其制備 工藝簡單，有利于工業(yè)化大規(guī)模生產(chǎn)。
【具體實施方式】
[0033] 下面結(jié)合實施例對本發(fā)明進行具體描述，以便于所屬技術(shù)領(lǐng)域的人員對本發(fā)明的 理解。有必要在此特別指出的是，實施例只是用于對本發(fā)明做進一步說明，不能理解為對本 發(fā)明保護范圍的限制，所屬領(lǐng)域技術(shù)熟練人員，根據(jù)上述
【發(fā)明內(nèi)容】
對本發(fā)明作出的非本質(zhì) 性的改進和調(diào)整，應仍屬于本發(fā)明的保護范圍。
[0034] 實施例1
[0035] (1)制備一種水性聚氨酯丙烯酸酯：將100份Pripol2033在115°C減壓脫水2h后， 降溫至60°C并保持常壓，然后加入25份2, 2-二羥甲基丙酸和93份1，6-六亞甲基二異氰 酸酯在60 °C反應4h。然后加入48份甲基丙烯酸羥乙基和0. 3份對苯二酚在80 °C反應2h。 加入19份三乙胺，在70°C反應lh，然后在高速攪拌分散下，加入122份去離子水乳化分散 得到水性聚氨酯丙烯酸酯（a)。
[0036] (2)制備一種水性聚氨酯丙烯酸酯紫外光固化涂料：原料配比按重量份計為100 份水性聚氨酯丙烯酸酯（a)、5份Irgacurel84D、2份BYK-349、0. 3份BYK-067A。將上述原 料攪拌混合，同時加入56份去離子水，高速攪拌0. 5h，即得水性聚氨酯丙烯酸酯紫外光固 化涂料（a)。
[0037] 實施例2
[0038] (1)制備一種水性聚氨酯丙烯酸酯：將100份Priplast3192在115°C減壓脫水2h 后，降溫至80°C并保持常壓，然后加入7份2, 2-二羥甲基丁酸和33份1，3, 3-三甲基-5-異 氰酸基-1-異氰酸基甲基環(huán)己烷在80°C反應2h。然后加入12份丙烯酸羥乙基和0. 2份對 苯二酚單甲醚在60°C反應4h。加入5份三乙胺，在60°C反應1. 5h，然后在高速攪拌分散下， 加入67份去離子水乳化分散得到水性聚氨酯丙烯酸酯（b)。
[0039] (2)制備一種水性聚