UV固化萜烯基环氧丙烯酸酯的合成及其涂膜性能研究

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紫外光固化技术是一种新型材料技术,该技术集效率高、无公害、低碳节能等诸多优点于一体,经常被使用在化工材料的表面处理工作中,因此在涂料、油墨、粘胶剂等领域发挥着重要的作用。随着石油等不可再生资源的日益枯竭,如何深入开发自然界广泛存在的生物质资源已经成为众多学者的研究焦点。松脂是一种自然界广泛存在的生物质资源,松脂经过重提炼可以得到松节油,本文以松节油作为原材料,通过两步法合成了紫外光固化涂料所需的预聚物——萜烯基环氧丙烯酸酯(TEA),并进一步利用其配制成相应的UV涂料。研究的主要目标是TEA的合成工艺以及经紫外光照射后交联固化成固化膜的综合性能。主要内容如下:  首先,以萜烯马来酸酐(TMA)为原料通过环氧开环-闭环反应合成了萜烯基环氧树脂(TER),考察了反应条件、原材料等对酸值、环氧值等各项指标的影响,并对合成的产物进行红外表征。结果表明,最佳的合成工艺为:以苄基三乙基溴化铵(TEBAB)为催化剂,环氧氯丙烷(ECH)与萜烯基马来酸酐(TMA)的物料配比为n(ECH)∶n(TMA)=10∶1,开环酯化的最佳反应温度应控制在100℃,最佳反应时间控制在2h,最佳闭环反应温度控制为70℃,最佳反应时间控制在为3 h。将合成的产物进行红外光谱数据分析,结果发现,TMA中的-COOH参加了反应生成了酯,而且反应完全。  其次,将丙烯酸(AA)引入到上述制备的萜烯基环氧树脂(TER)中,并加入一定量的催化剂、阻聚剂,合成了目标产物UV固化萜烯基环氧丙烯酸酯(TEA)。研究了该反应的最佳反应温度、最佳反应时间、催化剂种类和用量对反应过程以及产物性能、色泽等的影响,并对合成的产物进行红外表征。结果表明:以反应体系总量0.6%的N,N-二甲基苄胺作为反应的催化剂,以反应体系总量0.5%的对苯二酚作为反应的阻聚剂,丙烯酸和TER的物料配比为n(AA)∶n(TER)=2.05∶1,110℃反应7h为合成TEA的最佳工艺条件。从红外光谱数据分析显示,TER中的环氧基团已经反应完全,产物符合理论要求。  最后,向制备的目标产物UV固化萜烯基环氧丙烯酸酯(TEA)中加入一定量的活性稀释剂进行粘度控制,加入一定量光引发剂调节光引发速率和光固化程度并加入少许的消泡剂、流平剂等助剂以改善湿漆的外观以及涂膜的表面效果,均匀分散后配制出紫外光(UV)固化涂料,接着对活性稀释剂、光引发剂等原材料种类以及用量、光固化条件进行了考察。研究发现:采用m(IR184)∶m(1173)=1∶1的复合型光引发剂ID(1173/IR184),30%的m(TMPTA)∶m(TPGDA)=1∶3双组份活性稀释剂,固化条件选择为:光照强度调节到最大光强,即100%,光固化机的紫外灯与传送装置之间的距离(灯距)为15 cm时,凝胶率达到最高,固化后的涂膜综合性能达到最好。在此固化条件下,将TEA与两种市售环氧丙烯酸酯HU002、EA210固化膜的综合性能进行了对比。结果表明,TEA的固化时间最短、硬度、附着力、耐水性以及耐酸性比市售产品要好,但缺点是柔韧性欠佳。
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