[发明专利]一种水性紫外光固化环氧丙烯酸酯树脂及其制备方法

说明书

(一)技术领域

本发明涉及一种水性紫外光固化环氧丙烯酸酯树脂及其制备方法，特别涉及利用丙烯酸和双酚A环氧树脂合成的环氧丙烯酸酯树脂、顺丁烯二酸酐和离子液体合成的水性紫外光固化环氧丙烯酸酯树脂的制备方法。

(二)背景技术

水性涂料是以水为溶剂或分散介质的涂料。水性涂料最突出的特点是全部或大部分用水取代了有机溶剂，成膜物质以不同的方式均匀的分散或溶解在水中，干燥或固化后具有与溶剂型涂料类似的耐水和物理性质。按照成膜物质在水中的存在形式，水性涂料可分为水溶性涂料和水分散性涂料。水溶性涂料中最重要的是电泳漆，在现代化生产中占有重要地位，广泛的用于汽车、轻工、农机、家电、仪表、文教用品、工艺品、军工、建材等许多部门。电泳涂料涂装的漆膜均匀，涂装工艺不受被涂装对象的形状影响，漆膜厚度可调节涂料利用率高，装饰效果好。水分散性涂料中最重要的是乳胶漆，乳胶漆是以聚合物乳液为基料，均匀分散颜料、填料及各种助剂的双重非均相系统，在建筑涂料占绝对优势，产量大，发展速度快，年销量大。水性涂料以水为分散介质，主要由水、助溶剂、水分散性或水溶性树脂、固化剂、颜色填料以及各种助剂等组成。

水性光固化涂料具有下列优点：

(1)水是最方便获得、最廉价的原料，用水来代替活性稀释剂稀释低聚物，很容易调节粘度，可实现无活性稀释剂配方；

(2)不用活性稀释剂，就没有成膜助剂的有机挥发物、刺激性及臭味等问题；

(3)可适用各种涂装设备，特别对喷涂安全1；

(4)可避免由于用活性稀释剂所引起的固化体积收缩；

(5)可以实现薄涂层涂布，降低成本；

(6)涂装设备和容器可以用水性清洗液清洗水性光固化材料。

除了上述优点外，还有一个很突出的优点就是解决了传统固化涂料的硬度和柔韧性之间的矛盾。从分子结构与性能的关系分析，只有高相对分子质量的物质才能具有高硬度和高柔韧性。传统光固化涂料不能使用高相对分子质量的低聚物，同时加入大量低相对分子质量活性稀释剂，因此难以兼顾硬度和柔韧性。而水性光固化涂料的低聚物是高相对分子质量的水性分散体，其粘度与高分子的相对分子质量无关，而只与固含量有关，因而在水性光固化涂料中可以使用高相对分子质量的低聚物，又不用低相对分子质量的活性稀释剂，从而克服了光固化涂料高硬度和高柔韧性不能兼顾的矛盾。

水性光固化涂料也存在下列缺点：

(1)体系中存在水，光固化前，太多需进行干燥除水，而水的高蒸发热导致能耗增加，也使生产时间延长，生产效率下降；

(2)水的高表面张力不易浸润基材，易引起涂布不均；对颜料润湿性差，影响分散；

(3)固化膜的光泽较低，耐水性和耐洗涤性较差；

(4)体系的稳定性较差，对pH较为敏感；

(5)水的凝固点较高，在运输和贮存过程中需添加防冻剂；水性体系容易滋生霉菌需用防霉剂使配方复杂化。

紫外光固化涂料是上世纪60年代开发的一种环保型节能涂料，它在受到紫外光照射后，发生光化学反应，从而引起聚合、交联，使液态涂膜瞬间变成固态涂膜。对于网状聚合物既能由高分子链相互连接形成，又能通过那些每个分子上至少含有两个活性点的单体或齐聚物的聚合反应而形成。当紫外光辐射导致引发，随即是反应速度极快的链反应。由于大部分单体分子通常在紫外光辐射下不产生活性种，必须加入光引发剂，因此典型的紫外光固化配方必须包括两个最基本的组分：1)能有效地吸收紫外光并能高效产生活性种的光引发剂；2)至少带有两个能形成聚合物网络的不饱和基团的单体或齐聚物。这样的体系经200～400nm的紫外光照射后，光引发剂吸收紫外光辐射能量，其分子外层电子产生跃迁，在极短的时问内生成活性中心自由基或离子，并以此引发聚合反应，生成网状聚合物，其聚合过程中链增长机理与高分子化学中乙烯基单体聚合的相应机理相同。链终止机理除了通常的自由基双基终止外，还存在着自由基被包裹这种情况。由于紫外光照射，多官能团单体形成末端带有双键的大分子链，随着末端双键的聚合，自由基加成到网状结构上，便失去蠕动能力，单体分子仍能接触到自由基，分子链仍能继续增长，但这些网状自由基很少有机会碰到另一个网状自由基而经历双基终止。当空间阻碍阻止单体接近自由基时，聚合物链将停止增长，自由基被包裹在大分子网络中，以活性形式存在。

水性紫外光固化涂料是水性低聚物、光引发剂、助剂和水组成，其中水性低聚物和光引发剂是最主要的成分。