功能涂料用新型光固化树脂的合成及其应用研究

论文摘要

紫外光（UV）固化技术是一种新型绿色环保技术,具有节能减排、固化速度快、产品品质高的特点;适用于自动化流水线,广泛应用于涂料、油墨、胶粘剂等领域。紫外光固化体系主要由光固化树脂、活性单体、光引发剂以及各类助剂组成。其中,光固化树脂是紫外光固化体系的主体,决定了光固化产品的性能。本文围绕新型光固化树脂的合成及其应用进行研究,着重于光固化树脂合成、结构表征,基础配方设计及研究等方面,得到了两种新型的UV光固化树脂,初步完成了其在液态光成像涂料及塑料涂层方面的应用研究。1.首先以双酚A型环氧树脂（E51）、丙烯酸（AA）和丁二酸酐（SA）为原料制备了双键封端的碱溶性双酚A型环氧丙烯酸树脂（ESA51）;再用由异佛尔酮二异氰酸酯（IPDI）、烷羟基硅油（PDMS）及丙烯酸-β-羟乙酯（HEA）为原料制得的IPDI半封端产物（PIA）作为改性剂,利用PIA中的端异氰酸基与第一步所得的碱溶性双酚A型环氧丙烯酸树脂（ESA51）中的羟基反应,制得了含硅基团的新型光敏碱溶性树脂（PIA-ESA51）。用傅立叶红外光谱仪（FTIR）、热重分析仪（TGA）、差示扫描量热仪（DSC）和电子拉力机对光固化树脂的结构与性能进行了表征。实验结果表明,烷羟基硅油PDMS的引入可以提高光固化树脂的耐热性和机械性能。以PIA-ESA51-2光固化树脂为主体树脂制备了液态光成像涂料,经曝光、显影、干燥所得液态光成像涂料性能有较大提高,尤其是耐酸性以及机械性能都明显提高,初步得到了一种性能优良的新型液态光成像涂料。2.以聚碳酸酯二元醇（PCDL）、异佛尔酮二异氰酸酯（IPDI）和封端剂（甲基丙烯酸-β-羟乙酯或季戊四醇三丙烯酸酯）为原料,通过2步反应合成了紫外光光固化树脂—聚碳酸酯基聚氨酯丙烯酸酯（PCDL-PUA）。用傅立叶红外光谱仪（FTIR）、核磁共振仪（1H-NMR）、凝胶渗透色谱仪（GPC）、热失重分析仪（TGA）和电子拉力机等,对光固化树脂的结构与性能进行了表征。研究结果表明:PCDL结构中氧元素含量越高,光交联膜的耐热性越差;随着PCDL分子量增加,光交联膜的断裂伸长率相应增加,光交联膜拉伸强度和邵A硬度相应地降低;封端剂双键官能度的增加,提高了光交联膜的拉伸强度和邵A硬度,但其断裂伸长率减小。以聚氨酯丙烯酸酯PCDL-PUA树脂为主体树脂制备了光固化塑料涂料,并对涂料性能进行了表征,考察原料聚碳酸酯PCDL的结构、分子量和封端剂对光固化树脂和漆膜配方的性能的影响。结果显示:PC板漆膜的附着力为0级,结果优良;硬度在2H以上,有优异的耐酸性、耐碱性、耐油酸性和耐乙醇性,制得了一种性能优良的PCDL-PUA光固化塑料涂料,具有较高的应用价值。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 紫外光（UV）固化技术
• 1.2 紫外光（UV）固化原理
• 1.3 紫外光（UV）固化体系组分
• 1.3.1 光引发剂
• 1.3.1.1 单分子裂解型自由基光引发剂
• 1.3.1.2 双分子夺氢型自由基光引发剂
• 1.3.2 光固化树脂
• 1.3.2.1 不饱和聚酯树脂
• 1.3.2.2 环氧丙烯酸酯树脂
• 1.3.2.3 聚氨酯丙烯酸酯树脂
• 1.3.2.4 其他丙烯酸酯树脂
• 1.3.3 活性单体
• 1.3.4 其他组分
• 1.4 本课题的研究目的和内容
• 第二章 有机硅光敏碱溶性树脂的合成及应用
• 2.1 引言
• 2.2 实验部分
• 2.2.1 实验原料
• 2.2.2 实验仪器与设备
• 2.2.3 实验步骤
• 2.2.3.1 碱溶性双酚 A 环氧丙烯酸树脂的合成
• 2.2.3.2 有机硅光敏碱溶性树脂的合成
• 2.2.3.3 光交联膜的制备
• 2.2.4 分析测试方法
• 2.2.4.1 酸值的测定
• 2.2.4.2 二正丁胺反滴定法
• 2.2.4.3 FT-IR 表征
• 2.2.4.4 DSC 表征
• 2.2.4.5 TGA 表征
• 2.2.4.6 力学性能分析
• 2.2.4.7 耐酸性
• 2.3 结果与讨论
• 2.3.1 FT-IR 表征
• 2.3.2 DSC 表征
• 2.3.3 TGA 表征
• 2.3.4 力学性能测试
• 2.3.5 PIA-ESA51-2 在液态光成像涂料中的应用
• 2.3.5.1 液态光成像涂料的制备
• 2.3.5.2 液态光成像涂料使用工艺流程
• 2.3.5.3 显影测试
• 2.3.5.4 耐酸性测试
• 2.4 本章小结
• 第三章 聚碳酸酯型聚氨酯丙烯酸酯的合成及应用
• 3.1 引言
• 3.2 实验部分
• 3.2.1 实验原料
• 3.2.2 实验仪器及设备
• 3.2.3 PCDL 型聚氨酯丙烯酸酯的合成
• 3.2.4 光交联膜的制备
• 3.2.5 分析测试方法
• 3.2.5.1 二正丁胺反滴定法
• 3.2.5.2 FT-IR 表征
• 3.2.5.3 1H-NMR 表征
• 3.2.5.4 GPC 表征
• 3.2.5.5 粘度测试
• 3.2.5.6 力学性能测试
• 3.2.5.7 热性能测试
• 3.2.5.8 凝胶率测试
• 3.2.5.9 漆膜性能测试
• 3.2.5.10 漆膜耐化性测试
• 3.3 结果与讨论
• 3.3.1 FT-IR 表征
• 3.3.2 1H-NMR 表征
• 3.3.3 分子量和粘度测试
• 3.3.3.1 软段结构对低聚物分子量和粘度的影响
• 3.3.3.2 软段分子量对低聚物分子量和粘度的影响
• 3.3.3.3 封端剂对低聚物分子量和粘度的影响
• 3.3.4 力学性能测试
• 3.3.4.1 软段结构对光交联膜的力学性能分析
• 3.3.4.2 软段分子量对光交联膜的力学性能分析
• 3.3.4.3 封端剂对光交联膜的力学性能分析
• 3.3.5 热性能测试
• 3.3.5.1 软段结构对光交联膜的热性能分析
• 3.3.5.2 软段分子量对光交联膜的热性能分析
• 3.3.5.3 封端剂对光交联膜的热性能分析
• 3.3.6 漆膜性能测试
• 3.3.6.1 光固化涂料的制备
• 3.3.6.2 基材对涂层附着力的影响
• 3.3.6.3 软段结构对漆膜性能的影响
• 3.3.6.4 软段分子量对漆膜性能的影响
• 3.3.6.5 封端剂对漆膜性能的影响
• 3.4 本章小结
• 第四章 结论与展望
• 致谢
• 参考文献
• 附录：作者在攻读硕士学位期间发表的论文