ε-己内酯改性环氧丙烯酸酯的制备及其应用研究

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传统涂料在生产和使用过程中,存在大量挥发性有机物(VOC)排放污染环境的问题,与之相比,UV固化涂料具有环保、节能、适应性广、经济、高效的“5E”优点,在木器、塑料、印刷领域应用广泛。双酚A型环氧丙烯酸酯(EA)因其固化速率快、机械强度高、耐化学品性能优异等特点,其用量已占UV低聚物总量的80%,但是EA树脂由于刚性苯环密度大,导致固化涂层柔韧性差、对基材附着力差,限制了其在金属涂料领域的运用。聚ε-己内酯(PCL)为ε-己内酯(ε-CL)开环聚合产物,具有分子量可调、韧性佳、官能团可选择的优点,基于此本课题以PCL作为改性剂,制备了一系列PCL改性环氧丙烯酸酯,并探究其在UV金属涂料中的应用。首先以商品化的AA-PCL(末端带有羧基)作为改性剂,在EA树脂主链中引入PCL柔性长碳链段,制备了一系列改性环氧丙烯酸酯(EA*),讨论了EA*的最佳合成工艺。通过傅里叶红外光谱(FT-IR)、核磁共振氢谱(~1H-NMR)并结合凝胶渗透色谱(GPC),证实了目标产物的合成成功。以EA*为主体树脂制备光固化涂层,探究了固化涂层基本膜性能、力学性能、热机械性能等,并与商品化EA树脂所制备的涂层进行对比。研究结果表明:EA*涂层综合性能、附着力、耐盐雾性能均优于商品化EA涂层;且随着改性剂AA-PCL含量的增加,体系黏度逐渐下降,当AA-PCL含量为57.5%,体系黏度仅为80Pa.s,相比于商品化EA体系,黏度下降了80%。其次以商品化EA、ε-CL及IPDI(异氟尔酮二异氰酸酯)为原料,在商品化EA树脂侧链上同时引入PCL柔性长碳链及氨基甲酸酯基团,两者协同提高了涂层的韧性以及与金属基材间的附着力。通过NCO值、FT-IR、~1H-NMR、GPC等方法验证了目标产物(EA*-PUA)的成功合成,同时系统探究了ε-CL含量对低聚物各项性能的影响。研究结果表明:EA*-PUA固化膜具有较为优异的涂层基本性能(附着力、光泽度),同时当ε-CL:EA摩尔比为3:1时,固化膜断裂伸长率为7.23%,相比于纯EA体系,提升约60%。最后以第二部分所制备的EA*-PUA为UV金属底漆的主体树脂,通过单因素分析法对底漆配方进行优化,确定了最优底漆配方;以EA*为UV金属面漆的主体树脂,通过正交试验法对面漆配方进行了优化。研究发现,优选的UV金属底漆、UV金属面漆配方其基本涂层性能均能达到传统热固化溶剂型金属涂料的性能要求。
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