一种环氧树脂改性光固化水性聚氨酯丙烯酸酯涂料及其制备方法与应用

本发明涉及涂料制备，特别涉及一种环氧树脂改性光固化水性聚氨酯丙烯酸酯涂料及其制备方法与应用。

背景技术：

1、光固化水性聚氨酯丙烯酸酯树脂兼具了聚氨酯和丙烯酸酯的优良性能，具有对环境友好、光学性能优异、对环境友好、光学性能优异、耐候性好、柔韧性及机械性能高、耐候性好、柔韧性及机械性能高等特点，广泛应用于涂料、皮革涂饰剂、胶黏剂等领域。然而，由于在合成光固化水性聚氨酯丙烯酸酯树脂分子时，需要加入亲水性基团，从而导致涂膜的耐水性能变差，不能在潮湿环境中长时间使用，使其应用范围受到限制。此外，由于聚氨酯与环氧的相容性不好，导致涂膜在环氧树脂为底漆的木器等基材上附着性较差。

2、因此，从聚合物结构的角度出发合成一种贮存稳定、交联速度快、成本低、机械性能优异、附着性能强、吸湿率低、表面疏水性高的光固化水性聚氨酯丙烯酸酯树脂既具有理论意义，又具有实际意义。

技术实现思路

1、本发明的首要目的在于克服现有技术的缺点与不足，提供一种环氧树脂改性光固化水性聚氨酯丙烯酸酯涂料。

2、本发明的另一目的在于提供所述环氧树脂改性光固化水性聚氨酯丙烯酸酯涂料的制备方法。

3、本发明的再一目的在于提供所述环氧树脂改性光固化水性聚氨酯丙烯酸酯涂料的应用。

4、本发明的目的通过下述技术方案实现：

5、一种环氧树脂改性光固化水性聚氨酯丙烯酸酯涂料，按质量百分比计，包括以下组分：二异氰酸酯9～11％，聚酯多元醇14～18％，环氧树脂e-20 1.2～1.8％，亲水扩链剂1.4～1.6％，多双键丙烯酸封端剂8.5～10.5％，催化剂0.08％，中和剂1.0～1.2％，阻聚剂0.04％，水60％。

6、所述的二异氰酸酯优选为异佛尔酮二异氰酸酯；该异佛尔酮二异氰酸酯制成的聚氨酯具有优异的抗老化，抗黄变性能，并且反应过程容易控制。

7、所述的聚酯多元醇为聚酯二元醇；优选为聚己二酸丁二醇酯二醇；进一步优选为分子量500～3000的聚己二酸丁二醇酯二醇；更优选为分子量1000的聚己二酸丁二醇酯二醇，合适的分子链长度提供了优异的柔韧性能。

8、本发明通过调节二异氰酸酯和聚酯多元醇(聚酯二元醇)的配比，来调节硬段和软段的比例，进而调节聚氨酯主体的柔韧性，硬度等性能。

9、本发明采用环氧树脂e-20对聚氨酯进行改性，能完美结合环氧树脂耐盐雾、耐化学品、附着力好、柔韧性好的优点以及聚氨酯耐候性好、柔韧性好的优点；且由于环氧树脂e-20主链上含有的-oh超过两个，反应后能形成交联，从而能进一步增加聚氨酯主体的疏水性能和柔韧性能；另一方面，大分子环氧树脂也能够自然干燥，改性后的产品在150℃烘烤条件下能够在30分钟左右干透。

10、所述的亲水扩链剂优选为2,2-二羟甲基丙酸，该2,2-二羟甲基丙酸是水性阴离子乳化剂，相较于其他乳化剂，其具有亲水性优异，反应简单，价格低廉等优点，能够进一步增强聚氨酯的耐化学腐蚀性能，改善大分子聚氨酯的柔韧性，极大的增强乳液的储存稳定性。

11、所述的多双键丙烯酸封端剂优选为季戊四醇三丙烯酸酯，该季戊四醇三丙烯酸酯单体上含有三个双键，光固化交联后，能够形成高致密性、高韧性的漆膜，使漆膜具有附着力优良、吸湿率低、柔韧性好、硬度高、交联速度快的优良性能。

12、所述的催化剂优选为二月桂酸二丁基锡，该二月桂酸二丁基锡能高效催化异氰酸根与羟基的反应。

13、所述的阻聚剂优选为对甲氧基苯酚，该阻聚剂用来阻止多双键丙烯酸酯在高温反应过程中双键发生聚合反应，防止反应发生爆聚。

14、所述的中和剂优选为三乙胺。

15、所述的环氧树脂改性光固化水性聚氨酯丙烯酸酯涂料的制备方法，包括如下步骤：

16、s1、原料预处理：将聚酯多元醇、亲水扩链剂、二异氰酸酯、中和剂和多双键丙烯酸封端剂分别进行干燥处理；

17、s2、聚氨酯预聚体的制备：在保护性气体氛围下，将聚酯多元醇、二异氰酸酯和部分催化剂混合均匀后于60℃～70℃条件下进行反应，得到异氰酸酯根封端的聚氨酯预聚体；

18、s3、环氧和亲水扩链剂的改性：将步骤s2的体系温度升至75℃～85℃，然后加入环氧树脂e-20和有机溶剂进行反应，再加入亲水扩链剂和有机溶剂继续反应，得到环氧树脂和亲水扩链剂改性的聚氨酯预聚体；

19、s4、环氧改性光固化水性聚氨酯丙烯酸酯树脂的制备：将步骤s3的体系温度降至70℃～75℃，然后加入多双键丙烯酸封端剂、阻聚剂以及剩余部分催化剂进行反应，得到环氧改性水性聚氨酯丙烯酸酯树脂；

20、s5、环氧改性光固化水性聚氨酯丙烯酸酯树脂的中和、乳化：将步骤s4的体系温度降至50℃～55℃，然后加入中和剂进行反应，再加水搅拌乳化，得到环氧树脂改性的光固化水性聚氨酯丙烯酸酯乳液。

21、步骤s1中所述的聚酯多元醇的干燥处理方法如下：将聚酯多元醇置于真空压力≤0.05mpa、温度为100℃～120℃(优选为120℃)的条件下真空干燥6～8小时(优选为6小时)，使经加热和真空处理后的聚酯多元醇的含水率＜0.05％。

22、步骤s1中所述的亲水扩链剂(2,2-二羟甲基丙酸)的干燥条件为：80～100℃下烘干6～8小时；优选为：80℃下烘干8小时。

23、步骤s1中所述的二异氰酸酯、中和剂和多双键丙烯酸封端剂均采用分子筛进行干燥。

24、步骤s2中所述的保护性气体优选为氮气。

25、步骤s2中所述的反应的温度优选为60℃。

26、步骤s2中所述的反应的时间为0.5～1小时；优选为1小时。

27、步骤s3中所述的有机溶剂为n,n-二甲基甲酰胺；优选为采用分子筛干燥后的n,n-二甲基甲酰胺。

28、步骤s3中所述的有机溶剂的用量按实际需要加入；优选为按每克环氧树脂e-20配比1～2ml溶剂计算。

29、步骤s3中所述的反应的温度优选为80℃。

30、步骤s3中所述的反应的时间为2～2.5小时；优选为2小时。

31、步骤s3中所述的继续反应的温度优选为80℃。

32、步骤s3中所述的继续反应的时间为3～3.5小时；优选为3小时。

33、步骤s4中所述的反应的温度优选为75℃。

34、步骤s4中所述的反应的时间为6～7小时。

35、步骤s5中所述的反应的温度优选为50℃。

36、步骤s5中所述的反应的时间为30～40分钟；优选为30分钟。

37、步骤s5中所述的水为去离子水。

38、步骤s5中所述的乳化为采用机械搅拌进行乳化；其中，搅拌的转速为1200～1500rpm，乳化时间为20～30分钟(优选为20分钟)。

39、所述的环氧树脂改性光固化水性聚氨酯丙烯酸酯涂料在皮革涂饰剂、胶黏剂、电器表面防护(剂)、木器家具表面防护(剂)等中的应用。

40、本发明相对于现有技术具有如下的优点及效果：

41、(1)本发明提供了一种环氧树脂改性光固化水性聚氨酯丙烯酸酯涂料的制备方法：先将二元异氰酸酯、聚酯二元醇充分混合反应，制得聚氨酯预聚体，再使用环氧树脂和亲水扩链剂对其进行改性，然后使用多双键丙烯酸酯对其封端，最后使用中和剂对其进行中和，快速机械搅拌后即可制得单组分型环氧改性光固化水性聚氨酯丙烯酸酯乳液，该制备过程反应温度低、安全高效、反应速度快、无副产物、操作简单、原料价格便宜，适合工业化生产。

42、(2)本发明提供的环氧树脂改性光固化水性聚氨酯丙烯酸酯涂料的制备方法仅使用少量溶剂，结合了环氧树脂和水性聚氨酯丙烯酸酯树脂的优势，并且制备工艺简单，条件易于控制。

43、(3)本发明使用环氧树脂e-20对聚氨酯丙烯酸酯树脂进行改性，该环氧树脂e-20中含有大量的羟基，羟基可以与预聚体中的异氰酸根发生反应，因此会形成交联结构，从而能够提高环氧改性光固化水性聚氨酯丙烯酸酯固化膜(uv-wpua胶膜)的耐水性；此外，环氧树脂e-20中还含有大量的苯环刚性基团，可以进一步提高uv-wpua胶膜的疏水性、力学性能；另一方面，分子链中存在环氧基团，提高了涂膜在以环氧树脂为底漆的木器等基材上的附着性能。

44、(4)本发明提供的环氧树脂改性光固化水性聚氨酯丙烯酸酯涂料，充分结合了水性聚氨酯丙烯酸酯树脂和环氧树脂的优势，既具有水性聚氨酯丙烯酸酯的对环境友好、耐化学性优异、光学性能优异、耐候性好、柔韧性及机械性能高的优点，又具有环氧树脂的硬度高、附着性能好、疏水性能优异(低吸湿率)等优点，可广泛应用于长期处于较潮湿环境中木器家具，电器等表面防护。

技术特征：

1.一种环氧树脂改性光固化水性聚氨酯丙烯酸酯涂料，其特征在于，按质量百分比计，包括以下组分：二异氰酸酯9～11％，聚酯多元醇14～18％，环氧树脂e-20 1.2～1.8％，亲水扩链剂1.4～1.6％，多双键丙烯酸封端剂8.5～10.5％，催化剂0.08％，中和剂1.0～1.2％，阻聚剂0.04％，水60％。

2.根据权利要求1所述的环氧树脂改性光固化水性聚氨酯丙烯酸酯涂料，其特征在于：

3.根据权利要求1所述的环氧树脂改性光固化水性聚氨酯丙烯酸酯涂料，其特征在于：所述的聚酯多元醇为分子量500～3000的聚己二酸丁二醇酯二醇。

4.权利要求1～3任一项所述的环氧树脂改性光固化水性聚氨酯丙烯酸酯涂料的制备方法，其特征在于：

5.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于：

6.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于：

7.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于：

8.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于：

9.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于：

10.权利要求1～3任一项所述的环氧树脂改性光固化水性聚氨酯丙烯酸酯涂料在皮革涂饰剂、胶黏剂、电器表面防护剂和/或木器家具表面防护剂中的应用。

技术总结
本发明公开了一种环氧树脂改性光固化水性聚氨酯丙烯酸酯涂料及其制备方法与应用。该涂料按质量百分比计包括以下组分：二异氰酸酯9～11％，聚酯多元醇14～18％，环氧树脂E‑20 1.2～1.8％，亲水扩链剂1.4～1.6％，多双键丙烯酸封端剂8.5～10.5％，催化剂0.08％，中和剂1.0～1.2％，阻聚剂0.04％，水60％。本发明采用环氧树脂E‑20对聚氨酯丙烯酸酯树脂进行改性，该环氧树脂E‑20中含有大量的羟基，可与预聚体中的异氰酸根发生反应，因此会形成交联结构，从而提高该水性聚氨酯丙烯酸酯固化膜的耐水性能和附着性能，该涂料可广泛用于长期处于较潮湿环境中的木器家具、电器等表面防护方面。

技术研发人员：叶远超,李文波
受保护的技术使用者：华南理工大学
技术研发日：
技术公布日：2024/9/23