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低粘度环氧丙烯酸酯紫外光固化涂料的研制

低粘度环氧丙烯酸酯紫外光固化涂料的研制褚衡王燕舞李纯清(湖北工学院化学工程系,武汉430068)制得低粘度的紫外光固化环氧丙烯酸酯涂料,并对其反应条件及改性剂的用量进行了实验研究,得出最佳条件及用量。

紫外光固化涂料是指在紫外光照射下可以发生光聚合或光交联反应,有快速固化性能,用来作为材料表面保护的特殊涂料。目前常用的紫外光固化涂料是环氧丙烯酸酯,这种树脂既保持了环氧树脂的优良特性,又具有很强的光活性。但是由于环氧树脂的粘度较高,所制得的环氧丙烯酸酯的粘度也高,影响了涂料的施工粘度和流变性。传统的降低粘度的主要办法是采用活性稀释剂,这往往会降低涂料的性能。本文介绍通过一种双羟基化合物与环氧树脂反应,制得低粘度环氧树脂,然后经丙烯酸酯化,制得低粘度的环氧丙烯酸酯预聚物1实验部分1.1实验原理利用双羟基化合物中所含的羟基与环氧树脂的环氧基进行反应,将柔性的链段引入到环氧树脂的主链中,增加链的柔韧性,制得改性的低粘度环氧树脂,然后再用丙烯酸与改性环氧树脂中的残余的环氧基反应,即制得所需的低粘度环氧丙烯酸酯。

1.2预聚物的合成将环氧树脂和双羟基化合物加入装有搅拌器、冷凝管、温度计的磨口三口烧瓶内,同时加入一定量的阻聚剂和催化剂,搅拌均匀后,升温至一定温度时,开始缓慢加入与环氧树脂等物质量的丙烯酸,维持反应4~5h ,至反应酸值小于5时为反应终点,冷却倒出1.3紫外光固化成膜将合成的预聚物与稀释剂、光引发剂按一定比例搅拌混合均匀,配好后涂布于玻璃上,厚度为0.2~0.3mm ,然后以1000W高压灯照射,固化成膜,辐射距离为15cm.

1.4测试方法环氧值:采用盐酸丙酮法酸值:用0.1mol/L的氢氧化钾乙醇溶液滴定至粉红色。

铅笔硬度:用不同硬度的铅笔进行表面划痕试验。

附着力:根据GB1720 79划格法试验。

柔韧性:根据GB1731 79测试。

2结果与讨论2.1反应温度的影响反应温度对酯化反应速度影响较大,温度升高,反应速度加快,反应体系酸值低。图1所示为不同温度体系下的残留酸值率p(残留酸值率是指反应到某一阶段时测得的酸值与原始酸值的比值)的变化,可看出升高温度可加快反应,并且温度越高,到达终点的时间越短,但是过高的反应温度则易引起双键的热聚合及其它副反应,并且容易发生局部聚合现象,由图可知反应温度在105~℃较好。

实验室合成时一般在反应开始阶段将温度保持在90~100℃左右,以防止发生凝聚现象,随着酸值逐步降低,可逐步升高体系温度到100~℃左右,使酯化速度加快,缩短反应时间2.2反应时间的影响测定90℃、100℃、℃时,改性环氧树脂和丙烯酸反应体系的残余酸值率p ,计算不同时间对应的ln(1/p)的值,绘制不同温度下ln(1/p)与时间t的关系图,如图2所示。

由图2可近似地认为改性环氧树脂和丙烯酸酯化反应为一级动力学反应,即体系反应速度与时间近似成线性关系2.3改性剂与环氧树脂比值的影响改性剂与环氧树脂的摩尔比对环氧丙烯酸酯粘度的影响如图3所示。

如图所示,改性树脂粘度随改性剂与环氧树脂比值增加而下降,这是因为双羟基化合物的加入,增加了链的柔性,内旋转的位垒低,产物粘度下降但当摩尔比大于0.2后,改性环氧树脂的粘度下降的趋势减弱,其原因是改性剂与环氧树脂反应本身是缩聚反应,双羟基化合物的增加使改性树脂的分子量也增加,若产物的分子过长,则会影响粘度的降低测定不同摩尔比值时改性剂的接枝率,如表1所示,发现当摩尔比为0.2 :1时,其接枝率较大,综合各比例对粘度的影响,实验中选择比例为0.2 :1.

改性剂/环氧的摩尔比接枝率()2.4涂膜的性能研究将制得的预聚物与光引发剂、稀释剂等按一定比例混合,按1.3所叙固化成膜,测试性能如下所示:固化时间(以手触干为准):10~15S 铅笔硬度:大于4H 附着力:1~2级柔韧性:0.5mm由上述可知,改性环氧树脂的丙烯酸酯化反应宜在℃左右进行,改性剂与环氧树脂的最佳摩尔比为0.2 :1,此时树脂的粘度最小,并且性能也较好。