[发明专利]用于UV-LED固化乙烯基超支化聚氨酯及其制备方法

说明书

本发明公开了用于UV‑LED固化乙烯基超支化聚氨酯及其制备方法；制备方法包括：1)由二异氰酸酯与二元醇反应制备含端NCO基中间体，与支化剂反应合成出含一个NCO基和2个羟基的AB₂中间体，再由该中间体自聚得到含羟基超支化聚氨酯。2)由二异氰酸酯与(甲基)丙烯酸羟基酯反应得到含NCO基和乙烯基的半加成物；3)由合成的含羟基超支化聚氨酯与合成的半加成物反应得到乙烯基超支化聚氨酯。本发明所制得超支化聚氨酯含有4‑16高乙烯基官能度，且易通过配方和工艺调控产物分子量、官能度、涂膜硬度和柔韧性，适用于制备高性能UV‑LED固化涂料。

技术领域

本发明涉及UV固化树脂的合成领域，具体涉及一种用于UV-LED固化乙烯基超支化聚氨酯的合成方法。

背景技术

UV固化是指在紫外光的照射下物质从低分子转变为高分子的一个过程，具有节约能源、固化速度快、涂膜性能好、适用于大规模工业化生产等优点，同时UV固化材料在固化过程中不含或只含少量挥发性有机化合物(VOCs),被誉为“绿色技术”。在UV固化体系中使用的典型光源有：中高压汞灯、金属卤素灯、无极灯、氙灯和UV-LED灯。

常规UV光源为高压汞灯，然而像汞灯这样的传统光固化设备发射出的光谱主要在200-400nm，输入的能量中大约只有30％的能量可用于产生紫外光，同时散发大量的热。汞灯的使用寿命短(1500-2000h)、能耗较大；另外，长时间使用汞灯容易产生大量的臭氧，而且在回收废旧汞灯的过程中，汞可能会释放到环境中，严重危害人体健康和生态安全。为降低汞污染，联合国环境规划署理事会已经在水俣公约中提倡减少汞设备的使用。因此，寻找一种可以替代汞灯的光源设备非常有必要。

在UV-LED固化体系中使用的UV-LED光源与传统UV光源相比，表现出了诸多优点：(1)使用寿命长，可达30000-40000h，更换维护周期长，节省使用费用；(2)红外辐射低，发热量小，适合液晶、薄膜等热敏感材料的固化；(3)环保安全，不含汞；(4)波峰单一，能量集中在狭窄的紫外光谱段；(5)高效节能；(6)低压直流电工作，驱动安全方便，用于便携设备时可用电池供电；(7)可近距离直接照射，结构简单，体积小巧，安装灵活；(8)照射头形式灵活多变，方便制作点、线、面光源及3D光源；(9)可瞬间启动与关闭，无需快门，无需预热就可达100％功率输出，作业效率得到提高；(10)可实现脉冲驱动与输出精确调节，有助于消除应力；(11)光电衰减特性个体差异小，光输出稳定，适合生产线批量使用PLC控制与设备管理；(12)UV-LED方式无臭氧产生，改善了工人的工作环境，无需再安装捕捉和焚化设备来消除臭氧的危害。从上述各种优势可见，UV-LED固化系统不仅明显降低了成本而且还减少了对环境的污染和能源的损耗。此外，UV-LED固化系统几乎不产生热量，适用于多种热敏介质，如塑料薄膜印刷基材。

目前，UV-LED固化技术仍然面临着诸多挑战。由于UV-LED灯发出的是单色光，波峰狭窄，辐射的能量集中在狭窄的紫外光谱段，故UV-LED固化也只能集中在紫外光谱中一个狭窄的范围，目前UV-LED固化光源的波长包括365nm、375nm、385nm、395nm和405nm，每种波长光源的发射谱带宽度大约为10nm，而现在市场上大多数的光引发剂是在300-370nm有较强的吸收，在λ＞370nm的范围内吸光性能比较差，这就导致了UV-LED固化体系中光源的发射光谱与传统光引发剂的吸收光谱不相匹配的问题，最终会影响光引发剂的引发效率；此外，由于UV-LED灯功率小(尤其是短波UV-LED)，输出光强弱，发光效率低，降低了光引发剂对其的敏感度，影响光引发剂引发光化学反应的量子效率，最终导致光引发剂的引发效率降低。

以上关于引发剂与光源匹配性的问题及UV-LED光源功率小的问题无法短时间内出现较大的技术突破，因此，需要开发高反应活性的用于UV-LED固化的树脂满足市场需求。