[发明专利]一种环氧大豆油衣康酸酯及其制备方法和应用

说明书

技术领域

本发明涉及生物基高分子材料领域，具体涉及一种环氧大豆油衣康酸酯及其制备方法和应用。

背景技术

紫外光固化涂料具有固化速度快(秒计)，环保节能，涂层性能优，不需要高温，可用于塑料、纸张和木材等热敏感底材等众多优点，因而发展迅速。将生物可再生的原料与紫外光固化涂料技术相结合，是解决涂料工业目前所面临环境问题的“双绿色(green+green)”解决方案。

目前与紫外光固化涂料技术相结合的生物基原料主要局限于植物油基齐聚物，其中，大豆油在世界各地来源都很丰富、价廉、无毒环境友好、低温柔韧性好，能赋予制品良好的机械性能，能克服传统石油基树脂固化膜柔性不足脆性高等缺点。因此，国内外对于活性较高的环氧大豆油丙烯酸酯(AESO)光固化涂料的研究十分活跃，目前国外已有很多企业，如Allnex等可提供商业化的光固化涂料用环氧大豆油丙烯酸酯，国内江苏利田及溧阳市瑞普新材料有限公司也有小量生产。

然而目前AESO在光固化涂料方面的广泛应用还受到以下两方面的制约：

第一，AESO是由环氧大豆油和丙烯酸反应得到，所用原料丙烯酸具有强刺激性和腐蚀性，可致人体灼伤，其蒸汽与空气可形成爆炸性混合物，遇明火、高热能引起燃烧爆炸，遇热、光、水分、过氧化物及铁质易自聚而引起爆炸，对储存、运输和使用的条件及环境有较高要求；且由于环氧大豆油的环氧基团活性较低，与丙烯酸开环酯化反应难以彻底进行，一般的工业提纯方法，很难除尽残留的丙烯酸，所以商品化的AESO中都会残留一定量的丙烯酸，对人体的皮肤、黏膜、眼睛都有很大的伤害。

第二，AESO的长脂肪链极性较低，柔性太大，作为基体树脂得到的涂层强度小，抗划伤性差，对基材的保护能力很弱。AESO应用于光固化涂料时，需要引入刚性活性单体进行共聚，同时，其本身性能也有必要提高。

发明内容

本发明以生物来源丰富、价廉、环境友好的衣康酸代替丙烯酸，在环氧大豆油分子结构中引入光固化活性双键，解决AESO残留丙烯酸所带来的毒性问题；同时，引入更多极性的羧基和酯键，能增加大豆油基齐聚物与涂料中其他组份及基材之间的相互作用，提高涂料的综合性能。

本发明公开了一种环氧大豆油衣康酸酯，结构式如式I所示：

式中，R₁、R₂、R₃、R₄独立地选自n＝0、1、2、3、4。

本发明中，式I结构的环氧大豆油衣康酸酯，具有多个碳-碳双键官能团，可应用于紫外光固化体系，制备紫外光固化涂料。

本发明还公开了上述的环氧大豆油衣康酸酯的制备方法，包括以下步骤：

将100质量份的环氧大豆油，25～70质量份的衣康酸或衣康酸衍生物，催化剂及阻聚剂混合均匀后，加热搅拌，再经后处理得到所述的环氧大豆油衣康酸酯。

作为优选，所述的衣康酸衍生物选自衣康酸单甲酯、衣康酸单乙酯、衣康酸单丙酯、衣康酸单丁酯中的至少一种。

作为优选，所述的催化剂选自N,N-二甲基苄胺、四丁基溴化铵、十二烷基二甲基苄基氯化铵、十六烷基三甲基氯化铵、十八烷基二甲基羟乙基硝酸铵、三苯基膦中的至少一种。

作为优选，所述的阻聚剂选自对苯二酚、对苯醌、对羟基苯甲醚、2-叔丁基对苯二酚、2，5-二叔丁基对苯二酚中的至少一种。

作为优选，所述加热搅拌的温度为30～150℃，时间为0.5～5h。

作为优选，所述的后处理包括水洗和减压蒸馏除溶剂。

本发明还公开了上述的环氧大豆油衣康酸酯作为涂料用树脂的应用。

一种紫外光固化涂料，由以下质量份的原料组成：

所述环氧大豆油衣康酸酯的结构式如权利要求1中的式I所示。

所述紫外光固化涂料的具体制备及使用过程为：

将环氧大豆油衣康酸酯、固化活性单体苯乙烯、二苯甲酮和三乙醇胺混合均匀后，得到紫外光固化涂料。使用时，将紫外光固化涂料涂覆于基材上，经高压汞灯照射，固化成膜。

固化得到的涂层具有良好的附着力、硬度和耐溶剂性能，其力学性能良好。

与现有技术相比，本发明具有如下优点：