[发明专利]一种紫外光固化含氟水性聚氨酯丙烯酸酯及其制备方法

说明书

技术领域

本发明是将紫外光固化水性聚氨酯丙烯酸酯的优点与氟化物的优异性能结合起来，制备耐水性、耐溶剂性、耐候性、抗污染性等高性能的光固化水性聚氨酯，属于化工技术领域。

背景技术

近30年来，由于各国环保法规对挥发性有机物(VOC，Volatile Organic Compound)的限制，紫外光固化技术在世界范围内得到了迅速发展。紫外光固化技术是一种高效、节能与环保的新技术，自20世纪60年代德国Bayer公司开发了第一代紫外光固化涂料之后，一直保持着快速的发展，目前已广泛应用于涂料、油墨、粘合剂、纺织、印刷线路板、信息技术和生物医学领域。

紫外光固化体系通常分为溶剂型和水性两种。其中，水性光固化体系结合了紫外光固化技术和水性涂料技术两者的优势，是紫外光固化技术新的发展方向。其主要特点是：固化速度快，设备简单、成本低，常温固化，节省能源；用水做稀释剂更加环保；水是安全廉价的介质，不易燃烧，使用更安全；水性体系可以更方便调节流变性；适用于各种涂布方式(喷涂、辊涂、刷涂等)且设备易于清洗；涂膜同时具备高硬度和高韧性，性能优良。因此，水性紫外光固化技术得到广阔发展。

水性聚氨酯丙烯酸酯作为水性光固化体系研究和应用最为广泛的基体树脂之一，它具有优异的硬度、柔韧性、粘接性和耐磨性能，且这些性能在广泛范围内可以灵活调整，因此在涂料、油墨、黏合剂和皮革涂饰剂等方面的应用备受重视。但紫外光固化水性聚氨酯也有许多难以克服的缺点，例如：涂膜的耐水性、耐溶剂性和机械性能等性能比传统溶剂型光固化树脂稍差，有待进一步提高。

含氟化合物具有优异的化学稳定性、拒水拒油性等特性，被广泛的应用于涂料、纺织助剂、胶黏剂、皮革装饰剂等领域。本发明将氟碳材料和光固化水性聚氨酯丙烯酸酯相结合，即将含氟化合物引入光固化水性聚氨酯体系中，利用氟化物的优异性能来提高光固化水性聚氨酯的耐水性、耐溶剂、耐候性、防污性等性能，得到高性能的紫外光固化含氟水性聚氨酯树脂，可以用于光纤涂料、电子元件保护涂料、包装涂料、汽车涂料、建筑涂料等领域。

发明内容

本发明的目的是提供一种高性能的光固化含氟水性聚氨酯丙烯酸酯的制备方法。本方法利用带双键的水性聚氨酯丙烯酸酯的自乳化的特性，将含氟丙烯酸酯类单体引入光固化水性聚氨酯体系中，再加光引发剂，在紫外光照射下固化成膜。本方法为涂料、造纸、纺织、粘合剂等领域提供一种新的思路和技术。

为达到上述目的，本发明采取以下措施，一种紫外光固化含氟水性聚氨酯丙烯酸酯的制备方法，其配比为：

A含氟(甲基)丙烯酸酯类单体        0.5-50wt％

B水性聚氨酯丙烯酸酯大分子单体    10-80wt％

C(甲基)丙烯酸酯类单体            0-20wt％

D光引发剂                        0.01-1.5wt％

E水                              15-80wt％

其制备方法为：室温条件下，将水性聚氨酯丙烯酸酯大分子单体、水加入反应瓶中混匀，在氮气保护下，剧烈搅拌0.5-2小时，加(甲基)丙烯酸酯类单体，搅拌0.5-2小时，加入含氟(甲基)丙烯酸酯类单体，继续剧烈搅拌0.5-3小时，加入光引发剂，搅拌0.5-1小时，然后在紫外光照射下固化成膜。

本发明中的A单体选用至少一种C₂-C₁₈的含氟(甲基)丙烯酸酯类单体，优选为C₅-C₁₆的含氟(甲基)丙烯酸酯类单体。如：丙烯酸六氟丁酯，全氟辛酸甲基丙烯酰氧基乙酯等。

本发明中的C单体选用至少一种甲基丙烯酸类单体或丙烯酸酯类单体，优选甲基丙烯酸酯类单体。如：甲基丙烯酸甲酯，甲基丙烯酸丁酯，甲基丙烯酸戊酯等。

本发明中的光引发剂D选用至少一种油溶性光引发剂或水溶性光引发剂，优选水溶性光引发剂，如：Irgacure 2959[2-羟基-4′-(2-羟乙氧基)-2-甲基苯丙酮]。

本发明中B单体的制备方法：在反应瓶中，加入溶剂、多异氰酸酯类单体、多元醇类单体、含羧基或叔胺基的多元醇或多元胺类单体，通氮气30分，升温到65-90℃，反应5-8小时。降温到50℃，滴加(甲基)丙烯酸羟烷基酯类单体，反应6-10小时，制得末端带双键的水性聚氨酯丙烯酸酯大分子单体。