[发明专利]一种UV诱导自交联聚氨酯水分散体及其制备方法和应用

说明书

本发明公开了一种UV诱导自交联聚氨酯水分散体及其制备方法和应用；该聚氨酯水分散体由功能性封端单体与聚氨酯预聚体‑2的反应液75‑90℃下反应所得完全封端的聚氨酯预聚体‑3加入中和剂中和后加水搅拌乳化形成的乳液，加热抽出低沸点溶剂后得到；聚氨酯预聚体‑2的反应液由聚多元醇、亲水扩链剂与第一有机溶剂混合均匀，加入二异氰酸酯后升温，加入催化剂70‑85℃下反应得到的聚氨酯预聚体‑1的反应液与内交联剂反应所得。本发明在分子链末端引入具有引发效应的二苯甲酮基团，制备大分子链自交联体系，引发大分子链聚合，极大降低树脂表面能，实现交联改性。

技术领域

本发明属于涂料、油墨领域，具体涉及一种UV诱导自交联聚氨酯水分散体及其制备方法与应用。

背景技术

水性聚氨酯作为一种以水为分散介质的环保型材料，具有低挥发性有机物含量、安全不易燃、结构设计性强以及良好的低温性能、耐摩擦性能等优点，广泛应用于材料界面防护，建筑装饰及医疗用品等诸多方面。然而由于水性聚氨酯往往需要在制备的过程中往分子链附引入亲水基团，导致其制品存在耐水性不足的缺陷。

现阶段对于针对水性聚氨酯耐水性不足的缺点，主要采用交联的方式进行改善。归结起来主要有以下四种方法，第一种是引入自交联的基团，在水分挥发、pH改变后可自发交联形成密集交联结构，如有机硅封端的水性聚氨酯。但这种基于水分挥发以及pH变化的自交联体系存在稳定性不佳的缺点，在储存阶段甚至使用时可能就已经实现交联；第二种是引入丙烯酸单体封端，即水性聚氨酯丙烯酸，制得UV光固化体系，在UV固化时大分子链上的不饱和双键在小分子光引发剂的作用下聚合形成交联结构，但由于UV固化速率快，造成涂膜收缩大，容易导致涂层的附着力差，特别是当应用到低表面能基材如聚乙烯PE，聚丙烯PP及聚对笨二甲酸二丁酯PET等时。同时光引发剂碎片也会残留在聚合物膜中，且会慢慢迁移和扩散到基材表面，进而进入周围环境中。此外，这类小分子光引发剂往往具有一定的毒性和刺激性，出于安全考虑，这些涂料在某些领域(如生物医学领域)的使用受到限制；第三种改性方法则是加入合适的固化剂如封闭型异氰酸酯固化剂、甲醚化的三聚氰胺固化剂等。这种工艺往往需要较高的固化温度，能耗较高。第四种方法就是制备双组分体系，即在使用前将树脂分散体和固化剂按一定比例混合均匀，在室温或加热条件下进行固化。这种双组份体系相对与单组份而言在工艺上难以控制，操作时间有限，容易造成浪费和环境污染。

为此，需要研究一种可实现UV自交联形成三维网络结构，同时不需要使用小分子光引发剂(即本身为大分子光引发剂)，且在UV固化的时候可与基材形成牢固联系的单组分水性聚氨酯涂料。即在实现自交联改善耐水性的同时，显著改善与基材的附着情况。

中国发明专利200810039199.3公开了一种紫外光固化聚氨酯水性涂料及其制备方法，该制备方法先将二异氰酸酯、聚醚多元醇、2，2’-二羟甲基丙酸、催化剂以及有机溶剂混合均匀，升温反应得以异氰酸酯封端的聚氨酯预聚物；将异氰酸酯封端的聚氨酯预聚物、多元硫醇化合物、催化剂以及有机溶剂，按混匀，58～65℃反应，降温加入三乙胺反应；加入去离子水反应，得到含多元硫醇的水性聚氨酯分散体涂料；将异氰酸酯封端的聚氨酯预聚物、加有阻聚剂的羟基官能化丙烯酸酯、催化剂以及有机溶剂混匀，控温58～65℃反应，降温加入三乙胺反应；加去离子水反应，得含不饱和双键的水性聚氨酯丙烯酸酯涂料；将含多元硫醇的水性聚氨酯涂料与含双键的水性聚氨酯丙烯酸酯涂料以巯基∶双键＝ 0.2～1.0∶1为摩尔比混合，加入光引发剂，搅拌，加入添加剂，制得紫外光固化水性聚氨酯涂料。该技术基于硫醇与双键在光引发剂作用下发生点击化学反应，本质上是由小分子引发剂引发树脂上的功能团交联，存在上述小分子交联剂的问题，只是硫醇与双键间的点击化学活性相较于双键之间的反应活性而言更高效。

发明内容

本发明的目的在于克服目前关于UV固化水性聚氨酯现有技术的不足，提供一种可引发大分子链聚合，极大降低树脂表面能，并可实现水性聚氨酯与基材优异附着的UV诱导交联聚氨酯水分散体及其制备方法。

本发明另一目的在于提供所述的UV诱导自交联聚氨酯水分散体在制备水性涂料中的应用。