有機(jī)硅改性水性光固化環(huán)氧-丙烯酸涂料及其制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種有機(jī)硅改性水性光固化環(huán)氧-丙烯酸涂料的制備方法，可用于罩 面清漆，屬于水性光固化領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002] 紫外光UV固化是一種先進(jìn)的材料表面處理技術(shù)。紫外光固化涂料以其生產(chǎn)效率 高、固化速度快、節(jié)能、涂膜性能較好等諸多優(yōu)點(diǎn)，近年來獲得了廣泛的研究和應(yīng)用。中國現(xiàn) 己成為僅次于美國和日本的光固化原料和產(chǎn)品生產(chǎn)大國，光固化原材料中的活性稀釋劑和 光引發(fā)劑已大量出口。隨著紫外光固化涂料大量推廣，其弊端也逐漸暴露出來。紫外光固化 涂料中的活性稀釋劑和揮發(fā)性有機(jī)物對人體的損害和環(huán)境的污染也特別令人關(guān)注。因此， 用水作為溶劑代替活性稀釋劑水性光固化涂料應(yīng)運(yùn)而生。水性光固化因?yàn)閾]發(fā)性有機(jī)物排 放量低、不友好氣味少、不易燃，涂裝工藝和傳統(tǒng)溶劑型涂料接近，備受到用戶和廠家的青 睞，因此水性光固化涂料將逐漸取代傳統(tǒng)的溶劑型光固化涂料。因此，水性光固化涂料成為 工業(yè)界和學(xué)術(shù)界研究的熱點(diǎn)。
[0003] 環(huán)氧樹脂具有優(yōu)異的粘接性能、耐磨性能、機(jī)械性能、電絕緣性能、化學(xué)穩(wěn)定性能、 耐高低溫性能以及收縮率低、加工成型和成本低廉等優(yōu)點(diǎn)，由于純環(huán)氧樹脂固化物具有較 高的交聯(lián)結(jié)，制品存在易發(fā)脆和抗沖擊韌性差等缺點(diǎn)，難以滿足工程技術(shù)的使用要求，限制 了環(huán)氧樹脂工業(yè)的發(fā)展。此外，環(huán)氧樹脂沒有不飽和基團(tuán)，無法進(jìn)行光固化，限制環(huán)氧樹脂 在光固化領(lǐng)域的。運(yùn)用常見的方法是用丙烯酸進(jìn)行改性，在環(huán)氧樹脂的兩端引入不飽和的 雙鍵，合成出光固化環(huán)氧丙烯酸酯樹脂，可以實(shí)現(xiàn)低溫固化，是目前常用的水性光固化樹脂 之一。但水性光固化環(huán)氧丙烯酸酯也存在耐水性、力學(xué)性能不好等缺點(diǎn)。因此，水性光固化 環(huán)氧丙烯酸酯樹脂仍然需要通過研究去改善。
[0004] 有機(jī)硅氧烷由于易與羧基、羥基等功能基團(tuán)發(fā)生反應(yīng)，因而常被引入聚合物實(shí)現(xiàn) 交聯(lián)，近年來，科研人員在結(jié)合有機(jī)硅和環(huán)氧丙烯酸樹脂的改性方面進(jìn)行了多項(xiàng)的研究和 應(yīng)用得到了許多性能優(yōu)良的材料。這類材料克服了有機(jī)硅氧烷機(jī)械性能差的缺點(diǎn)，也彌補(bǔ) 了水性光固化環(huán)氧丙烯酸酯也存在耐水性、力學(xué)性能差的不足。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明提供了一種有機(jī)硅改性水性光固化環(huán)氧-丙烯酸涂料及其制備方法，它解 決了水性光固化環(huán)氧丙烯酸酯樹脂耐水性、力學(xué)性能不好等技術(shù)問題，它是一款真正零V0C 的水性光固化預(yù)聚物，改善水性光固化環(huán)氧丙烯酸酯樹脂的耐水性以及硬度、附著力、擺桿 硬度等力學(xué)性能。
[0006] 本發(fā)明技術(shù)方案如下：
[0007] -）方案-:
[0008] -種有機(jī)硅改性水性光固化環(huán)氧-丙烯酸涂料，其特征在于：它由下述重量配比 的原料制備而成：
[0009] 環(huán)氧樹脂 45. 4-49. 4份 阻聚劑 0, 74-1份 N，N-二甲基乙醇胺0,74-1份 丙烯酸 15. 84-18. 72份 不飽和酸酐 21. 58-25. 5份 有機(jī)硅單體 12, 98-15. 34份 :乙胺 11. Π-丨3. 56份 水性光引發(fā)劑 2, 57-4. 64份 上-離廣水 20-30份
[0010] 進(jìn)一步，所述的所述的環(huán)氧樹脂為E-44、E-54、E51的一種。
[0011] 進(jìn)一步，所述的不飽和酸酐為馬來酸酐和順?biāo)臍浔紧囊环N。
[0012] 進(jìn)一步，所述的有機(jī)硅單體為KH-186,KH1871，KH1872的一種。
[0013]進(jìn)一步，所述的水性光引發(fā)劑為Irgacure500、Irgacurell73、Irgacure754 的一 種。
[0014] 進(jìn)一步，所述的阻聚劑為對苯二酚、對羥基苯甲醚以及甲基氫醌的一種。
[0015] 二）方案二：一種有機(jī)硅改性水性光固化環(huán)氧-丙烯酸涂料，它由上述重量配比的 原料按照以下依序進(jìn)行的步驟制備而成：
[0016] 1)制備環(huán)氧丙烯酯預(yù)聚物：
[0017] 在反應(yīng)器中，在室溫下，加入45. 4-49. 4份環(huán)氧樹脂和0.4-0. 6份的阻聚劑，然 后調(diào)整轉(zhuǎn)速為200-350rmp，升溫至75-85°C時(shí)，然后，緩慢滴加15. 84-18. 72份丙烯酸和 0. 4-0. 6份N，N-二甲基苯胺，滴加時(shí)間為0. 5-lh，滴加完畢后升溫至86-90°C，然后每隔半 個(gè)小時(shí)取樣測定酸值，直到酸值為3-5mgK0H/g時(shí)，降溫，得到環(huán)氧丙烯酸預(yù)聚體；
[0018] 2)制備不飽和酸酐改性環(huán)氧丙烯酯預(yù)聚物：
[0019] 將步驟1)制得的反應(yīng)體系的溫度降溫至50_60°C時(shí)，保持上述轉(zhuǎn)速，加入 21. 58-25. 5份不飽和酸酐、0. 34-0. 4份的N，N-二甲基苯胺和0. 34-0. 4份的阻聚劑，攪拌 10-20min，升高溫度到60-70°C，然后測定體系的酸值，直到酸值達(dá)到理論值時(shí)降溫，得到順 酐改性環(huán)氧丙烯酯預(yù)聚物；
[0020] 3)有機(jī)硅改性水性光固化環(huán)氧-丙烯酸預(yù)聚物的制備：
[0021] 將步驟2)制得的反應(yīng)體系的溫度降溫至25_35°C，保持上述轉(zhuǎn)速，緩慢滴加 12. 98-15. 34份有機(jī)硅單體，滴加時(shí)間為0. 5-lh，滴加完畢后升溫至80-90°C，保溫反應(yīng) l-2h；
[0022] 然后將體系降溫至室溫，加入11. 11-13. 56份三乙胺，接著升溫至50-60°C，反應(yīng) 0. 5-lh后，加20-30份去離子水，升高攪拌速率至800-1000rmp，攪拌0. 5-lh，制得有機(jī)硅改 性水性光固化環(huán)氧-丙烯酸預(yù)聚物；
[0023] 4)有機(jī)硅改性水性光固化環(huán)氧-丙烯酸涂料的制備
[0024]然后降低攪拌速率為200-350rmp，在上述反應(yīng)體系中加入2. 57-4. 64份光引發(fā) 劑，攪拌30-60min，制得有機(jī)硅改性水性光固化環(huán)氧-丙烯酸涂料。在使用時(shí)，將上涂料涂 布于金屬板上，置于50-60°C烘箱中，待干燥后，高壓汞燈光照固化成膜。
[0025] 本發(fā)明的發(fā)明原理如下：
[0026] 利用環(huán)氧樹脂的環(huán)氧基團(tuán)與丙烯酸單體的羧基進(jìn)行開環(huán)反應(yīng)，在環(huán)氧樹脂的分子 鏈中引入具有光活性的雙鍵，再用不飽和酸酐與主鏈上的羥基進(jìn)行開環(huán)反應(yīng)，側(cè)鏈引入羧 基，合成了一種既含有梭基又含有光活性的雙鍵的水性光固化環(huán)氧丙烯酸酯樹脂。為提高 水性光固化環(huán)氧丙烯酸酯樹脂的耐水性和力學(xué)強(qiáng)度，我們用具有環(huán)氧基團(tuán)的有機(jī)硅改性水 性光固化環(huán)氧丙烯酸酯樹脂，利用有機(jī)硅的環(huán)氧基團(tuán)與樹脂中的梭基反應(yīng)引入有機(jī)硅氧烷 結(jié)構(gòu)，利用有機(jī)硅氧烷的水解，縮合，形成Si-0-Si的網(wǎng)絡(luò)體系，提高水性光固化環(huán)氧丙烯 酸酯樹脂的硬度，耐水性，熱穩(wěn)定性，及各種力學(xué)性能，最后經(jīng)有機(jī)堿中和，合成一些有機(jī)硅 改性水性光固化環(huán)氧丙烯酸酯預(yù)聚物，得到的預(yù)聚物與光引發(fā)劑混合均勻，涂覆在馬口鐵 上，烘干在紫外光下固化成膜，即得到發(fā)明產(chǎn)品。
[0027] 本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，有如下優(yōu)點(diǎn)：
[0028] 1)合成的有機(jī)硅改性水性光固化環(huán)氧丙烯酸酯預(yù)聚物粘度較小，避免使用稀釋劑 而造成環(huán)境污染以及施工人員健康的傷害，是一款真正零V0C的水性光固化預(yù)聚物。
[0029] 2)本發(fā)明利用具有環(huán)氧基團(tuán)的有機(jī)硅氧烷與水性光固化環(huán)氧丙烯酸酯預(yù)聚物的 羧基進(jìn)行開環(huán)反應(yīng)，在側(cè)鏈引入有機(jī)硅氧烷。有機(jī)硅氧烷既可以與預(yù)聚物中羧基又可以發(fā) 生自身水解縮合，提高了交聯(lián)點(diǎn)，改善水性光固化環(huán)氧丙烯酸酯樹脂的耐水以及硬度、附著 力、擺桿硬度的力學(xué)性能。
[0030] 3)水性光固化環(huán)氧丙烯酸酯涂料中由于Si-0-Si的引入，涂料的柔韌性以及拒水 性都有一定的提尚。
【具體實(shí)施方式】
[0031] 下面結(jié)合【具體實(shí)施方式】、實(shí)施例對本
【發(fā)明內(nèi)容】
進(jìn)行詳細(xì)說明：
[0032](一）【具體實(shí)施方式】
[0033] 有機(jī)硅改性水性光固化環(huán)氧-丙烯酸預(yù)聚物組分
[0034] 環(huán)氧樹脂 45. 4-49. 4份 阻聚劑. 0, 74-1份 N，N-二甲基乙醇胺0. 74-1份 丙烯酸 15. 84-18. 72份 不飽和酸酐 21. 58-25. 5份 有機(jī)硅單體 〗2. 98-15. 34份 乙胺 ！1.li-13. 56 份 水性光引發(fā)劑 2. 57-4. 64份 .2:?'4· .Γ水 20-3