[发明专利]水性紫外光固化聚氨酯树脂及其制备方法和应用

说明书

本发明涉及一种水性紫外光固化聚氨酯树脂及其制备方法和应用。该水性紫外光固化聚氨酯树脂，以重量份计，包括如下原料组分：二异氰酸酯25～40份、蓖麻油1～5份、多元醇20～30份、环氧丙烯酸酯5～10份、2,2‑二羟甲基丙酸5～10份、季戊四醇三丙烯酸酯10～15份、1,4‑丁二醇1～5份、催化剂0.0057～0.006份、阻聚剂0.002～0.005份、封端剂0.004～0.005份。本发明的水性紫外光固化聚氨酯树脂，通过采用特定的单体作为原料组分，能够使制得的树脂具有光固化速率快、生产效率高、涂膜固化后光泽高、硬度高，附着力、柔韧性好等优点，综合性能优异。

技术领域

本发明涉及高分子材料，特别是涉及一种水性紫外光固化聚氨酯树脂及其制备方法和应用。

背景技术

近年来，随着全球对环境保护的重视和绿色化工技术的发展，各国开始对VOC含量限制，水性紫外光固化聚氨酯树脂(水性UV聚氨酯树脂)是以水替代有机溶剂作为分散介质，具有明显的环保价值，且采用紫外光固化技术具有固化速度快、可室温下操作、耗能低、涂层性能优异等优点。水性UV聚氨酯树脂可以应用于涂料、胶粘剂、水性皮革涂饰剂、织物整理剂等方面，越来越受到人们的重视。

然而，目前已有的水性紫外光固化聚氨酯树脂，很难兼顾优越的机械性能和良好的耐水性、耐溶剂性，并且存在交联密度低、光固化速率慢等缺点。而且，如单纯应用水性紫外光固化聚氨酯树脂，还存在着耐候性、耐热性较差、粘接强度低等缺点，由此限制了水性紫外光固化聚氨酯树脂的推广和应用。

发明内容

基于此，有必要提供一种固含量高、光固化速率快、涂膜固化后光泽、硬度、附着力、柔韧性、耐水、耐溶剂等综合性能优异的水性紫外光固化聚氨酯树脂。

一种水性紫外光固化聚氨酯树脂，以重量份计，包括如下原料组分：

本发明的水性紫外光固化聚氨酯树脂，通过采用特定的单体作为原料组分，能够使制得的树脂具有固含量高、光固化速率快、生产效率高、涂膜后光泽高、硬度高，附着力、柔韧性好等优点。其原理如下：

首先，本发明综合采用环氧丙烯酸酯与蓖麻油对水性聚氨酯树脂进行改性。其中，环氧丙烯酸酯兼具环氧树脂模量高、强度高和耐化学性好、热稳定性好等优点，以及丙烯酸酯较好的耐水性、物理学性能和耐候性能且成本低廉的特点。蓖麻油则是一种可再生的植物油，来源丰富。蓖麻油的主要成分是高级脂肪酸的甘油三酸酯，脂肪酸中80％～90％是蓖麻油酸(9-烯基-12羟基十八酸)，蓖麻油羟值163mgKOH/g，含羟基4.94％，羟基摩尔数为345。根据羟值推算，蓖麻油含70％的三官能度和30％的二官能度，羟基平均官能度为2.7，蓖麻油的这种特定的结构能够使其在聚氨酯树脂的合成中既能作为软段，增加柔韧性，又能起到交联剂的作用，提高聚氨酯树脂的交联度，提高漆膜的耐水，耐溶剂和力学等性能。此外蓖麻油的支链还含有大量的不饱和碳碳双键，可以为其进一步接枝改性提供活性点，进一步提高涂膜的性能。

其次，在前述聚氨酯树脂的基础上，引入2,2-二羟甲基丙酸，制备含羧基的聚氨酯预聚物，然后再在端基引入季戊四醇三丙烯酸酯，制备多重双键封端的水性聚氨酯丙烯酸酯，由此大大提高体系中的双键含量，保证树脂的光固化速度和生产效率。同时，树脂具有较高的固含量，可以减少树脂涂膜后热烘干或红外干燥等复杂工艺的时间，提高生产效率。

在其中一个实施例中，该水性紫外光固化聚氨酯树脂，以重量份计，包括如下原料组分：

在其中一个实施例中，所述多元醇的分子量为500～1500g/mol。

在其中一个实施例中，所述多元醇为聚醚二元醇、聚四氢呋喃醚二元醇、聚己内酯二元醇、聚碳酸酯二元醇中的一种或多种。