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光固化含氟树脂固化速度快,光固化后不需要热处理,机械性能、耐热性及耐候性良好所以受到了生产应用者的青睐。但普通光固化含氟树脂使用前需要加入一定量的反应性活性稀释剂及多官能团丙烯酸脂来调节粘度和流变性,而这些活性稀释剂大部分具有毒性和刺激性,对环境和人体健康都有一定影响。水性紫外光(UV)固化涂料技术因其符合环保、节能、清洁生产理念而日益为人们所关注。随着人们环保意识的提高,兼具高性能和环保特征的水性UV固化含氟涂料将成为研究热点之一。
本文在前期研究的基础上,开展了水性UV固化含氟环氧丙烯酸酯涂料的制备与性能进行研究,主要工作如下:
(1)利用双酚A型环氧树脂与甲基丙烯酸十二氟庚酯发生接枝共聚反应,将氟原子接入分子链,合成含氟环氧树脂;接着利用环氧基与丙烯酸进行环酯化反应(n(环氧基)∶n(丙烯酸)=1∶1),将C=C双键接入分子链,合成UV含氟环氧丙烯酸树脂;再用马来酸酐对树脂进一步酯化改性(n(马来酸酐)∶n(环氧基生成的羟基)=1∶1),在分子链上引入亲水性基团。最后经碱中和,制备了水性UV固化含氟环氧丙烯酸酯树脂的预聚物。确定了合成树脂的最佳实验配方及合成工艺。
(2)采用红外光谱、热重法(TG)、差示扫描量热仪(DSC)等分析了水性UV含氟树脂结构与性能,结果表明:添加含氟单体使聚合物的力学性能明显提高,热稳定性增强,玻璃化转变温度明显降低,接触角显著增大,含氟丙烯酸酯单体作为侧链引入赋予聚合物良好的憎水憎油性能。
(3)在制备水性UV含氟环氧丙烯酸酯乳液的过程中,先讨论了中和剂种类、中和度,成盐温度,固含量对乳液性能的影响,制备了中和性能良好的水性UV含氟环氧丙烯酸酯乳液。当n(环氧树脂)∶n(甲基丙烯酸十二氟庚酯)=4∶1,中和剂为三乙胺,中和度为100%,成盐温度为40~45℃,固含量为40%时,水性UV含氟树脂乳液综合性能最佳。乳液平均粒径为2.3μm,粒径分布仅有一个较窄的峰粒径均匀,且乳液稳定性好;其次,讨论了含氟量、烘干以及烘干温度、光引发剂用量以及光固化时间对涂膜性能的影响。当n(环氧树脂)∶n(甲基丙烯酸十二氟庚酯)=4∶1,在烘干温度为75℃时烘干60min,光引发剂用量为5%,光固化15s的条件下,可得到综合性能良好的固化膜,附着力为1级,硬度为6H,耐冲击性120cm,耐水性和耐溶剂性优良。
本文合成了含有双键和羧基官能团的含氟树脂,实现了UV固化含氟树脂的水性化。经光固化后的含氟涂层具有耐刮、耐化学腐蚀、耐候、耐水耐油、耐冲击等优点,涂层硬度大、与基底的附着力强。