UV紫外胶厂家UV固化水性聚氨酯改性研究进展123

UV紫外胶厂家UV固化水性聚氨酯改性研究进展123

水性紫外光固化材料虽然具有诸多优势,如柔韧性、耐磨性、耐冲击性都非常好,但仍然有很多不足之处。首先,水的高蒸发热导致了预干燥的耗能费时,降低了光固化材料节省能源的优点;同时,水的高表面张力对低表面能基材和颜料浸润性差,易引起涂布不均;此外,与溶剂型紫外光固化涂料相比,水性紫外光固化涂料双键含量和相对分子质量太低,机械性能欠佳,而且固化膜中含有亲水性基团,因此不耐碱、不耐乙醇、不耐水,光泽和耐洗涤性差,体系的稳定性也较差,对pH较为敏感等。

UV固化水
UV固化水

因此,要想将光固化水性体系完全代替现有的溶剂型紫外光固化涂料,还需要进行深入的研究,对现有的技术进行改进。现阶段对光固化水性体系的改性主要为以下5个方面。

2.1环氧改性

环氧树脂之所以能够应用于特殊的领域,是由于环氧树脂具有较高的机械强度、耐热性和韧性,将环氧树脂与UV固化的水性聚氨酯相结合,可使改性产物即有较高的冲击强度,又表现出高弹性。

KimaBK等使用季戊四醇制备出四官能度的聚氨酯预聚体,再使用缩水甘油酯或丙烯酸羟酯进行封端,制得了封端型UV固化的水性聚氨酯,并讨论了预聚体的相对分子质量、封端剂的类型等对固化前后分散体的表面性能和力学性能的影响。

UV固化水性聚氨酯改性

结果表明,模量、耐溶剂和热稳定性随缩水甘油酯含量的增加而增加,吸水膨胀率随缩水甘油酯含量的增加而减小。刘蕤采用环氧丙烯酸酯、TDI、聚丙二醇和丙烯酸羟乙酯等制备了环氧丙烯酸酯改性的光固化水性聚氨酯乳液。

结果表明:通过环氧丙烯酸酯改性的水性聚氨酯涂膜具有硬度高、耐水性和力学性能好等特点,并且克服了环氧树脂直接用于水性聚氨酯改性制备过程中相容性不佳,而导致乳液贮存稳定性差的不足。

魏丹等采用1,4-丁二醇、三羟甲基丙烷、环氧树脂、水性涂料固化剂实现了漆膜的多重交联,提高了分散体的相对分子质量,提升了固化漆膜的交联程度以及耐水性、耐溶剂性。

2.2有机硅改性

有机硅预聚物又名聚硅氧烷,是以一种主链结构含有重复的Si)O键的预聚物,并具有可进行聚合、交联的反应基团如丙烯酰氧基、乙烯基或环氧基等。

主链中重复的Si)O结构决定了它具有较高的柔性,而且无机性质的Si)O主链还使得聚硅氧烷拥有优秀的热稳定性以及较低的表面能。BAIChenyan等采用PDMS对UV固化水性聚氨酯进行改性,将硅氧键引入聚氨酯主链中的软段。

UV固化水性聚氨酯改性

实验结果表明:1采用PDMA改性的UV固化水性聚氨酯,分散体粒径随PDMA含量的增加而增大。oPDMA的加入虽使双键转化的速率有所降低,但不影响双键的最终转化率。

固化膜的表面能和吸水率都随PDMA含量的增加有了大幅度的降低,水接触角增加,这些都是PDMA憎水性的结果。PDMA的加入提高了固化膜的力学性能,当PDMA的含量低于7%时,PDMA的加入对断裂伸长率的影响可以忽略不计。

当PDMA含量等于7%时,耐溶剂性和断裂强度均较高,当PDMA含量高于7%时,可显示出较好的弹性和耐溶剂性。这些实验结论为实际应用研究奠定了较好的理论基础。

王小军等通过UV固化和有机硅交联改性,引入多官能度的扩链剂,制备出一种多重交联固化的水性聚氨酯木器涂料,形成的涂膜固化前即具有较好的涂膜强度、机械性能和耐沾污性,固化后的涂膜具有更加优异的耐水性、耐醇性、耐磨性和耐干热性,以及良好的硬度和装饰效果。

2.3超支化预聚体改性

超支化预聚物是一种端官能度很大的聚合物,端基的活性加之很大的官能度致使其反应活性极高,与基材粘结性能较好。

若在端基引入亲水基团,在制得水性产物的同时,还可以引入较大的光引发活性基团作为大分子光引发剂;另外,由于超支化预聚物有球状外形,分子之间不易形成链段缠绕,所以黏度低,溶解性能好。

AnilaAsif等使用超支化的脂肪族聚酯作为原料制备出一种新型的可UV固化的水性聚氨酯产品。超支化的脂肪族聚酯与酸酐反应可生成既带有羟基又带有羧基的产物,羟基的部分可与二异氰酸酯反应生成氨基甲酸酯键,羧基虽然也含有活泼氢,但其反应活性远小于羟基,在整个体系中作为离子基团有助于整个离聚物在水中的分散。通过对改性后产品各种性能的测试,系统地讨论了各种因素对产品最终性能的影响。随着双键含量增加,固化速度变快,固化膜的热稳定性提高,热分解温度升高。

2.4多硫醇-烯改性

传统的UV固化水性聚氨酯材料,相比于一般的水性聚氨酯材料的性能虽然有了一定的提升,但仍然存在着一定的缺陷,其中氧气对自由基引发的抑制作用在一定程度上限制了固化的效率。

DanielBOtts等[22]将多功能的硫醇交联剂加入到聚氨酯-丙烯酸酯的分散体中,结果表明,硫醇烯的引入提高了UV固化水性聚氨酯的固化效率和机械性能,扩大了聚氨酯材料在特殊领域的应用范围。

2.5双重固化工艺的改性

光固化技术的固化过程是由光引发的,因此光固化体系会存在如下缺点:固化深度受限,在有色体系和不透明材质中难以应用;固化对象的形状不能太复杂。为了提高固化速率,便发展出了将光固化与其它固化方式结合起来的双重固化的方法。

在该方法中,体系的交联或聚合反应通过两个独立的具有不同反应原理的阶段来完成,一个阶段是通过紫外光反应来进行,另一阶段是通过热固化、湿气固化、氧化固化或厌氧固化反应等暗反应来进行。

这样不仅可以利用紫外光使体系快速定型或达到/表干0,而且可以利用暗反应使/阴影0部分或内层充分固化,达到/实干0。双重固化技术的应用,扩展了UV固化涂料在不透明介质、形状复杂的基材、超厚涂层及有色涂层中的应用,赋予UV固化涂料更强大的竞争力。

ChristianDecker等采用双重固化的方法(不饱和键的UV固化和羟基与异氰酸酯基的热固化反应)获得三维网状的交联结构,材料的交联密度、耐磨性、耐老化性和热稳定性都大大提高。

支剑等将3种双固化聚氨酯丙烯酸酯低聚物与环氧丙烯酸酯组成不同的双固化体系,利用实时红外的方法研究了不同固化顺序(先光固化后热固化和先热固化后光固化)对体系中CC双键转化率的影响。

结果显示,先光固化后热固化的固化顺序更有利于体系达到高转化率。通过测试不同体系固化后的硬度和柔韧性,证明涂膜硬度的大幅度提高是后期热固化的结果。

UV固化水性聚氨酯改性
3结语

紫外光固化水性聚氨酯是环保型高分子材料研究的一个新兴领域,除了具有前面叙述的优点以外,还有一个更重要的特点,就是能兼顾涂膜的硬度和柔韧性,已有不少科研机构陆续投入对紫外光固化水性聚氨酯的研究,已经取得了不少研究成果,也有部分产品投入市场。

尽管紫外光固化水性聚氨酯仍存在一些质量问题,但它仍然是将来最有前途的树脂品种。因此,将来开展UV固化水性聚氨酯研究的重要课题以及该产品今后的发展趋势,主要集中在以下几个方面:(1)开发水溶性好、高沸点的光引发剂;(2)开发高相对分子质量,表干性能好的UV固化水性聚氨酯树脂;(3)开发双键含量可调或高固含量UV固化水性聚氨酯树脂,以满足不同的使用要求;(4)开发多重固化体系,解决紫外线的穿透深度和阴影区域难固化的问题。