[发明专利]一种含硅氧烷链段的三官能度聚氨酯丙烯酸酯及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种聚氨酯丙烯酸酯及其制备方法。

背景技术

聚氨酯丙烯酸酯低聚物结构中的氨酯基，具有很高的活性和很强的极性，对于橡胶、金属、织物、皮革、纸张、木材、陶瓷、玻璃、塑料等多种材料均有优良的粘结性能。聚氨酯大分子链之间或与被粘物之间均能形成氢键，分子内聚力强，使粘接强度更高，表现出优异的柔韧性、抗冲击和刮擦稳定性。丙烯酸酯官能团在光引发剂作用下，经紫外光照后迅速固化，使这类低聚物在紫外光固化领域中应用性能突出。

硅氧烷低聚物因其独特的Si－O－Si主链结构，表现出耐高低温和优异的化学稳定性，电绝缘性能优良，同时具有突出的耐老化性能，在较宽的温度范围内保持良好的弹性等优点。但也存在着强度差、硬度小、附着力小、固化反应时间长、温度高等缺点，单独的硅氧烷低聚物很难满足一些特殊的使用要求。硅氧烷低聚物与其它树脂的相容性较差，很难通过简单的共混改性获得理想的材料。将硅氧烷链段引入到聚氨酯丙烯酸酯结构中，不仅能够保持聚氨酯材料原有的紫外光固化能力和优异的应用性能，还能获得较高的耐候性和热稳定性，得到综合性能优良的紫外光固化材料。

现有聚氨酯丙烯酸酯低聚物的方法为溶剂法，溶剂法操作容易、转化率高、反应易控制，得到的产物粘度低，应用技术相对成熟，但反应后溶剂脱除困难，树脂易黄变，不环保。现有聚氨酯丙烯酸酯还存在耐候性差、柔韧性和伸长率不佳，有机硅聚氨酯丙烯酸酯光固化速度缓慢的问题。

发明内容

本发明的目的是要解决现有聚氨酯丙烯酸酯耐候性差、柔韧性和伸长率不佳和有机硅聚氨酯丙烯酸酯光固化速度缓慢的问题，而提供一种含硅氧烷链段的三官能度聚氨酯丙烯酸酯及其制备方法。

一种含硅氧烷链段的三官能度聚氨酯丙烯酸酯的结构式为：

其中所述的R为中n的取值范围为1～4；所述的R₁为所述的R₂为中a的取值范围为6～20，中b的取值范围为2～35；所述的R₃为

一种含硅氧烷链段的三官能度聚氨酯丙烯酸酯的制备方法，具体是按以下步骤完成的：

一、合成两端为异氰酸酯基团的含硅氧烷链段聚氨酯预聚体Ⅰ：

将端羟基硅氧烷低聚物与二异氰酸酯混合均匀，再升温至40℃～60℃，再在温度为40℃～60℃下反应3h～5h，得到两端为异氰酸酯基团的含硅氧烷链段聚氨酯预聚体Ⅰ；

步骤一中所述的端羟基硅氧烷低聚物与二异氰酸酯的摩尔比为1:(2～2.3)；

二、合成一端为异氰酸酯基团的含硅氧烷链段聚氨酯预聚体Ⅱ：

将羟基丙烯酸酯与两端为异氰酸酯基团的含硅氧烷链段聚氨酯预聚体Ⅰ混合均匀，再升温至50℃～70℃，再在温度为50℃～70℃下反应1h～3h，得到一端为异氰酸酯基团的含硅氧烷链段聚氨酯预聚体Ⅱ；

步骤二中所述的羟基丙烯酸酯与两端为异氰酸酯基团的含硅氧烷链段聚氨酯预聚体Ⅰ的摩尔比为(1～1.2):1；

三、合成含硅氧烷链段的三官能度聚氨酯丙烯酸酯：

将三元醇与一端为异氰酸酯基团的含硅氧烷链段聚氨酯预聚体Ⅱ混合均匀，再升温至60℃～80℃，再在温度为60℃～80℃下反应1h～3h，得到含硅氧烷链段的三官能度聚氨酯丙烯酸酯；

步骤三中所述的三元醇与一端为异氰酸酯基团的含硅氧烷链段聚氨酯预聚体Ⅱ的摩尔比为1:(3～3.05)。

本发明的原理及优点：

一、本发明制备的含硅氧烷链段的三官能度聚氨酯丙烯酸酯具有三官能度反应基团，分子双键密度较高，在光引发剂作用下，经紫外光辐照后能够快速固化，形成交联网络，并获得较高的交联密度；同时含有丙烯酸酯官能团和强极性的氨基甲酸酯键，固化后具有聚氨酯的高耐磨性、粘附力、柔韧性、高剥离强度和优良的耐低温性能以及聚丙烯酸酯卓越的光学性能和耐候性，是一种综合性能优良的辐射固化材料；

二、本发明制备的含硅氧烷链段的三官能度聚氨酯丙烯酸酯中的硅氧烷链段为规整的聚二甲基硅氧烷结构，具有耐候性、高低温稳定性、疏水性、和良好的化学稳定性，抗剪切能力和电绝缘性能优异；

三、本发明制备的含硅氧烷链段的三官能度聚氨酯丙烯酸酯与多种聚氨酯丙烯酸酯低聚物或丙烯酸酯单体互溶性良好；

四、本发明制备含硅氧烷链段的三官能度聚氨酯丙烯酸酯的反应条件温和，产率高，产率为89％～96％，制备过程易操作，且含硅氧烷链段的三官能度聚氨酯丙烯酸酯的存储方便；