[发明专利]一种低表面能高水溶性紫外光固化水性树脂及其制备方法

说明书

本发明公开了一种低表面能高水溶性紫外光固化水性树脂及其制备方法，所述制备方法为：先合成环氧丙烯酸树脂；后用二元醇、二异氰酸酯和羟基丙烯酸酯反应制得一端带‑NCO官能团的聚氨酯丙烯酸酯，将两种树脂一起进行反应后，制备聚氨酯丙烯酸酯改性环氧丙烯酸酯，然后在该树脂中加入氨基硅油，通过迈克尔加成反应接枝到聚氨酯丙烯酸酯改性环氧丙烯酸酯上；然后用二异氰酸酯与二羟基羧酸反应形成预聚体，再将其接枝到环氧丙烯酸酯主链上，将接枝后的树脂加入浓的碱性溶液中，制备具有低表面能高水溶性紫外光固化水性树脂。本发明的水性树脂的固化膜具备良好的硬度、柔韧性、固化凝胶率和耐磨性的同时，更兼具低表面能，良好的水溶性等突出的优点。

技术领域

本发明涉及有机高分子技术领域；尤其是涉及一种低表面能高水溶性紫外光固化水性树脂及其制备方法。

背景技术

中国正处于国民经济迅速发展的时期，随之而来的环境保护压力也急剧增大，减少涂料、油墨、粘结剂中挥发性有机溶剂的使用已经成为必然的趋势，而紫外光固化技术正是解决这一问题的最佳措施之一。紫外光(UV)固化技术是二十世纪40年代开发的一种环保型固化技术，它在受到紫外光照射后，发生光化学反应，从而引起聚合、交联，使液态涂层瞬间变成固态薄膜，它具有快速、无溶剂污染、适合流水线生产等优点，而得到快速发展。它可作为塑料、金属、木材、纸张、光纤等的表面保护涂层，在工业上有着广泛应用。

目前，大部分的紫外光固化产品都由光活性低聚物(树脂)、单官能团或多官能团稀释性单体，光引发剂和助剂等组成。光活性低聚物(树脂)在固化后形成聚合物的三维网络结构，对固化膜的理化性能起决定性的作用。单官能团或多官能团稀释性单体主要用来调节体系的粘度，使之适合工业涂装需要。光引发剂用来引发UV固化，用量较少，助剂则是为了赋予涂层一些特殊的性能而加入的。

现在使用最多的紫外光固化树脂主要有环氧丙烯酸酯、聚氨酯丙烯酸酯、聚酯丙烯酸酯等，这些树脂能满足大多数应用的需要，但这些树脂都为树脂多为油溶性，在配制紫外光固化涂料、胶黏剂、油墨等产品时，需要添加较多的活性稀释剂。配方中使用大量活性稀释剂存在以下问题：在一些多孔基材，如木材、水泥、纸张上使用光固化涂料时，稀释剂容易扩散到孔隙中而不能固化，而使被涂物长期有异味；稀释剂会强烈的影响固化膜的性质；某些稀释剂对人体有刺激性，施工使用不方便。

一个解决方法是制备水性紫外光固化树脂，这类树脂可以用水为溶剂配制紫外光固化产品，可以避免大量使用活性稀释剂带来的问题。其中水性紫外光固化树脂以水性聚氨酯丙烯酸酯研究较多，这类树脂柔性链段多，虽然固化后具有良好的耐磨等性能，但其硬度、刚性等稍差。还有一类是水性环氧丙烯酸酯，这类树脂合成比较简单，固化后有较高的硬度，缺点是柔韧性比较差、固化膜比较脆、耐磨性也不高。

在树脂合成过程中，为了使树脂具有一些特殊性能，通常采用的方法就是在树脂结构中引入含有氟、磷、硅等元素的基团，而含硅化合物由于具有很低的粘温系数、较低的价格、优异的界面性能、较好的柔软性、良好的润滑性、化学稳定性以及突出的耐候性等性能日益引起科研工作者的重视。但目前有关于含硅紫外光固化水性树脂的研究报道还不多见。

区别于上述研究，本发明的合成思路是在刚性的环氧丙烯酸酯侧链上接枝柔性的聚氨酯丙烯酸酯，然后用氨基硅油改性，再接枝能高度水性化的聚氨酯丙烯酸侧链，通过与高浓度的碱溶液反应制备低表面能高水溶性紫外光固化水性树脂。树脂中引入柔性的聚氨酯丙烯酸酯侧链，可使固化膜具有较好的硬度、耐磨性，且用氨基硅油改性后，可使固化膜表面从亲水性表面转变成憎水性表面，并能进一步提高其耐磨性等性能。

发明内容

本发明的目的在于提供一种低表面能高水溶性紫外光固化水性树脂及其制备方法，该树脂分子中具有刚性结构的环氧丙烯酸酯链段和柔性的聚氨酯链段，并接枝有氨基硅油链段，同时在环氧丙烯酸酯树脂侧链接枝能高度水性化的聚氨酯链段，然后将其溶于浓碱溶液中，可获得低表面能高水溶性紫外光固化水性树脂。