data-full-width-responsive="true"> 塑料用聚酯型聚氨酯丙烯酸酯光固化涂料性能研究及配方优化设计袁腾1，商武1，王邦清1，周显宏2，王锋* 1，涂伟萍1( 1． 华南理工大学化学与化工学院，广州510640; 2． 东莞理工学院化学与环境工程学院，广东东莞523808)UV 固化涂料固化速度快、固化膜性能好，节约能源，成膜过程中挥发到大气中的VOC 量少，对环境污染小，适用于热敏感材料，具有传统涂料所无法比拟的优点，在塑料产品涂装方面市场前景广阔。本研究在最佳合成条件下，用异佛尔酮二异氰酸酯( IPDI) 、二元醇( 包括羟基特戊酸新戊二醇酯ED204、聚酯二元醇1000 和聚醚二元醇PPG2000) 和丙烯酸羟乙酯( HEA) 制得聚氨酯丙烯酸酯，其中PUA11、PUA12、PUA13 由ED204 反应制得，合成中IPDI、二元醇、HEA 投料的质量比分别为2∶ 1∶ 2、3∶ 2∶2、4∶ 3∶ 2; PUA2、PUA3 分别由聚酯二元醇、聚醚二元醇反应制得， IPDI、二元醇、HEA 投料的质量比为2∶ 1∶ 2。将自制的PUA 低聚物作为基础树脂应用在UV固化涂料中，详细考察低聚物、活性单体、引发剂对涂膜附着力、硬度、耐冲击性、耐磨性、柔韧性、耐水煮、耐腐蚀性的影响，不断调整涂料配方，以期获得适用于塑料基材、涂膜综合性能优良的涂料。1 实验部分1 1 实验主要原料聚氨酯丙烯酸酯( PUA) : 自制; 羟基特戊酸新戊二醇酯( ED204) 、丙烯酸羟乙酯( HEA) : 工业级，东莞新宇高分子材料公司; 丙烯酸异冰片酯( IBOA) 、1，6－ 己二醇二丙烯酸酯( HDDA) 、三环癸烷二甲醇二丙烯酸酯( DCPDA) 、三羟甲基丙烷三丙烯酸酯( TMPTA)、甲基丙烯酸磷酸酯( HEMAP) : 工业级，长兴材料有限公司; 2 － 羟基－ 2 － 甲基－ 1 － 苯基－ 1 － 丙酮( 1173) 、1 － 羟基－ 环己基苯酮( 184) 、2，4，6 － 三甲基苯甲酰基－ 二苯基氧化膦( TPO) : 工业级，华泰有限公司; 硅烷偶联剂Z － 6040: 工业级，道康宁公司。1 2 UV 固化涂料性能测试与表征UV 固化涂料用UV CUＲEＲ KW － 4AC 紫外固化机: CHEMAT TECHNOLOGYINC． ; Axis Ultra DLD 多功能光电子能谱仪: 德国Kratos 公司; 采用旋转黏度计测定光交联性单体与合成PUA 低聚物混合体的黏度，测定条件为转速90 r /min，温度22 8 ℃; 固化膜附着力参照GB /T 92861998 测定; 固化膜硬度参照GB /T 67391996 测定; 涂膜的耐磨性参照GB /T17681989 测定; 涂膜的柔韧性参照GB /T 17311993 测定; 固化膜的耐水性及耐腐蚀性分别参考GB /T 17331993 和GB /T 92741988 测定。2 结果与讨论2 1 涂料黏度的影响因素本实验PUA 低聚物表现出高黏度，主要原因是主链中的氨基甲酸酯链段形成氢键，氢键对低聚物黏度的影响是最大的。UV 固化涂料主要通过加入活性稀释剂降低体系黏度。图1 为不同种类的单体用量( 文中相关原料的用量均是占整个涂料体系的质量分数) 对涂料体系黏度的影响，其中PUA 为PUA12。
由图1 可知，对同一低聚物( PUA12) ，在相同单体用量下，体系的黏度随单体官能度的变化而变化，随官能度的增加，单体的稀释能力下降，中间出现HDDA 稀释能力略高于IBOA 的原因可能是IBOA 中含有环状结构，而HDDA 是直链型的结构，链的旋转更加容易，对体系黏度的降低更为有利。黏度太低涂膜会出现流挂等弊病，单体用量过多对涂膜性能也有较大的影响，综合考虑，选择不同官能度单体的混合稀释剂。2 2 涂膜固化速度图2 是不同引发剂( PI) 用量对PUA12 涂膜固化速度的影响。
由图2 可以看出，光引发剂的用量较少时，固化反应的时间较长，随着光引发剂用量的增大，完全固化反应的时间减少，不同引发剂单独使用时的固化速度差别不大，但不同光引发剂混合使用可有效增加固化反应的速度，这主要是因为光引发剂在更宽的范围内吸收紫外光的能力增强，但考虑涂膜附着力等性能因素，光引发剂的用量要适量，本研究光引发剂的用量为3%。TPO 是一种深层光引发剂，可有效促进底层的固化，因此本研究选用184 和TPO 的混合光引发剂，主要是因为184 较1173 更具耐黄变性。活性单体对光固化速度影响主要表现在活性单体的相对分子质量通常比低聚物的小，因此活性单体的加入使体系中反应性的双键浓度增加，而且活性单体的加入有效降低了体系的黏度，增加了活性基团的迁移能力，使活性基团参加反应的机会增大，这些都加速了涂膜的光固化速度。不同官能度的活性单体组成的涂料，在相同光引发剂的条件下，涂膜的固化速度有很大的差别。不同官能度单体对涂膜性能的影响如表1 所示。
由表1 可以看出，在其
他条件相同的前提下，涂膜的固化时间随单体官能度的增加下降。2 3 涂膜的附着力影响涂膜附着力的主要因素有低聚物的结构、相对分子质量，活性单体的结构和官能度，光引发剂的种类和用量及助剂等。低聚物对基材附着力的影响主要表现在低聚物中的基团，PUA 中的NH、O与基材形成氢键，提高涂膜与基材的附着力。不同单体投料比对基材的附着力有不同的影响效果。表2 为合成PUA 时不同单体投料比对涂膜与基材附着力的影响。
从表2 可以看出，随着ED204 质量的增加，涂膜的附着力增加，主要是因为所合成的PUA 中的氨基甲酸酯链段在增多，涂膜与基材形成氢键的能力在增强，附着力也进一步增强。同时低聚物相对分子质量的增加也能促进涂膜对基材的附着。为平衡整体性能，一般将不同官能度的单体混合使用。表1 为同一低聚物( PUA12) 时不同官能度单体对涂膜附着力的影响，其中涂膜的硬度、耐冲击性、耐磨性和固化时间是活性单体的用量为20% 的条件下测定的。由表1 可以看出，在同一低聚物下，使用不同官能度的单体，涂膜的附着力随着官能度的增加而减弱。同一种单体，不同用量对涂膜的附着力的影响也不同，对低官能单体，在一定用量的前提下，涂膜的附着力变化不明显，超过一定量时，附着力下降，可能原因是固化收缩性增强，涂膜的内聚力增大导致涂膜的附着力下降; 对于多官能单体，这种变化趋势刚好相反，可能是由于官能度增大，导致与基材的结合力更强。
