[发明专利]一种辐射固化水性涂料树脂及其制备方法

说明书

本发明涉及一种辐射固化水性涂料树脂及制备方法，该涂料树脂包含水分散型聚氨酯丙烯酸酯和任选的多官能丙烯酸酯。该树脂的特征在于乳化分散时，采用氨基丙烯酸酯为中和剂中和水分散型聚氨酯丙烯酸酯的酸性亲水官能团，制得的树脂及其涂料在较高的储存温度下能保持pH值以及粘度的稳定性；该中和剂能在涂层固化时参与固化反应，不存在中和剂的挥发和残留；同时在聚氨酯丙烯酸酯的主链结构中含有叔胺结构，由于主链中叔胺结构和氨基丙烯酸酯中和剂的存在，消除固化过程中的氧阻聚效应，提高双键转化率和固化施工速度，提高涂层性能。

技术领域

本发明涉及水性涂料树脂，具体涉及一种可辐射固化水性涂料树脂及其制备方法。

背景技术

光固化涂料树脂由于含有丙烯酸酯低聚物等含碳碳双键的物质，紫外光照射光固化涂料时，激发涂料中的光引发剂，生成自由基，自由基进一步与涂料树脂中的双键发生连锁聚合反应形成增长链，这一反应继续延伸，而使含双键物质交联而成膜。

为了降低涂料粘度，传统光固化涂料通常在反应性UV光固化树脂(低聚物) 加入低粘度的丙烯酸酯稀释剂或者有机溶剂，而稀释剂或有机溶剂的使用导致在紫外光涂料的使用过程中带来大量的污染性、刺激性，同时存在火灾、爆炸等危险。

用水代替稀释剂或有机溶剂制备光固化水性涂料，可以大大消除以上弊端。此外以水为稀释剂，可通过添加水和增稠剂来调节体系的流变性能和黏度；由于不含稀释剂单体,可以降低固化膜的收缩程度,有利于提高涂膜对底材的粘附性；水性体系可以使用多种涂布方法,如辊涂、淋涂和喷涂；施工设备和容器容易清洗等。

中国专利CN102056956A公开了水性可辐射固化聚氨酯组合物，以异氰酸酯、含亲水基团小分子醇、羟基丙烯酸酯合成了含有大于0.2meq/g脲基甲酸酯的水分散型聚氨酯丙烯酸酯，同时加入溶解度小于50g/l、分子量小于1000的丙烯酸酯化合物，该组合物涂层具有高硬度、高耐性、高光泽、着色性好、易清洗等特点。

中国专利CN101570663A公开了一种基于高分子量的水性聚氨酯分散体可辐射固化涂料体系，以异氰酸酯、含羟基的聚酯丙烯酸酯、含亲水基团小分子醇、二胺扩链剂等合成了分子量大于50000的可辐射固化聚氨酯聚合物，由于其具有较高的分子量，在水分蒸发之后辐射固化之前，就已经具有较好的抗黏连性和可堆叠性，有利于工厂施工。

中国专利CN 101805511A中公开了以异氰酸酯、含羟基的聚酯(或聚醚、环氧)丙烯酸酯、含亲水基团小分子醇、芳香族聚酯多元醇等为原料，合成了的可辐射固化水性聚氨酯丙烯酸酯分散体在干燥之后辐射固化之前具有的良好的抗粘连性，固化后良好的的耐化学品性和抗冲击性。以上现有技术在制备水性涂料树脂进行乳化分散时，常加入三乙胺(TEA)或NaOH等有机或无机碱类中和剂中和聚氨酯丙烯酸酯中的亲水化合物。以这种方式制备的水性光固化涂料通常显较强的碱性，树脂中丙烯酸酯基团在碱性环境下，特别是长时间的高温储存运输过程中容易水解，树脂体系中丙烯酸含量大大增加，导致pH不断降低，从而导致涂层性能在一定程度上降低；pH值的降低，将减小乳液粒子表面双电层的厚度，降低乳液稳定性；同时由于pH值得变化，导致乳液粒子表面的亲疏水性发生改变，在涂料中的增稠剂影响下，涂料的粘度也不断发生比较大的变化，严重影响到涂料的施工。

为了提高水性辐射固化树脂和涂料pH值和粘度的储存稳定性，中国公开专利CN101563370A采用pKa不超过8的单官能叔胺N-乙基吗啉作为中和剂中和亲水基团，使涂料pH值控制为7.5-8.7，涂料粘度稳定性达到1个月。但由于叔胺类中和剂，挥发性强，有较强刺激性气味，在涂层中有残留，可能损涂层性能，或者在涂层使用过程中可能发生迁移，在某些应用领域如包装物涂层等有一定的影响。

在自由基聚合辐射固化体系中，氧阻聚效应严重，氧气对自由基聚合的抑制作用常导致涂层下层已固化，但表面仍未固化而发黏，从而延长固化时间，降低生产效率，损害固化后涂层性能。

因此，需要开发一种新的辐射固化水性涂料树脂，以解决现有技术中存在的各种弊端。