uv固化涂料是涂料行业的福音，因为它们不仅减少了VOCs，还加快了生产过程，并提供了保护、耐用和有吸引力的饰面。以聚酯多元醇(1,6-己二醇、己二酸和乙二醇)、甲苯二异氰酸酯和三种活性稀释剂，即乙氧基化苯酚单丙烯酸酯(EOPA)、1,6-己二醇-双丙烯酸酯(HDDA)和三甲基丙烷三丙烯酸酯(TMPTA)为原料，合成了紫外光固化聚氨酯丙烯酸酯。本文采用几种uv固化聚氨酯丙烯酸酯树脂配方，研究了活性稀释剂对树脂性能的影响。从结果中观察到，金属表面上的uv固化聚氨酯丙烯酸酯树脂薄膜具有优异的光泽度(60°)，机械性能，耐化学性能和耐污渍性能。
简介
光诱导多功能单体聚合是快速合成高交联聚合物网络的最有效方法之一。液态树脂可以在几秒钟内转化为完全不溶于有机溶剂的固体聚合物，非常耐高温、化学和机械处理。该技术已被商业应用于印刷、薄膜涂料和粘合剂光固化配方通常由多功能单体、活性稀释剂、低聚物和光引发剂组成，在紫外线照射下产生活性物质。5,6通常是一段具有丙烯酸功能的聚氨酯齐聚物，如2-羟乙基丙烯酸酯(HEA)或2-羟乙基甲基丙烯酸酯(HEMA)。
所述活性稀释剂为丙烯酸单体，所述丙烯酸单体被添加以修饰前驱体液体的性质和降低其粘度。
丙烯酸聚氨酯将PU的耐磨性、韧性、撕裂强度和良好的低温性能与聚丙烯酸酯的优异光学性能和耐候性完美结合。7-9由于聚氨酯NH和丙烯酸酯羰基之间具有相似的极性和氢键形成，活性稀释相与聚氨酯的硬段而不是软段更相容
本文研究了紫外光固化聚氨酯丙烯酸酯的制备及其性能。以甲苯二异氰酸酯(TDI)和聚酯多元醇为原料，经2-甲基丙烯酸羟乙基酯(HEMA)倾倒后合成了nco端聚聚氨酯预聚体。此外，在不同浓度下使用了三种具有单功能、双功能和三功能的活性稀释剂。制备了聚氨酯丙烯酸酯和活性稀释剂组成的涂料组合物，并对其力学、化学、光学和耐染色性能进行了研究。
实验
试剂TDI(2,6和2,4异构体的80/20混合物)从BASF和Narmada Chematur获得。纯度为98%，就这样使用了。使用实验室试剂(LR)级己二酸，1,6-己二醇，乙二醇，2-羟乙基甲基丙烯酸酯(HEMA)和M/s Thomas Baker，孟买的对苯二酚。活性稀释剂采购自M/s科宁，泰国，光引发剂采购自M/s汽巴化学品。
最初，乙二醇、己二酸和1,6-己二醇分别以1.6:3.4:4.0的摩尔比放置在三颈圆底烧瓶中。以二丁基氧化锡(0.1%)为催化剂，催化酯化反应。温度保持在140 - 150℃。用氮气覆盖反应混合物以保持惰性气氛。按固定时间间隔检查树脂的酸值和羟基值(图1和图2)。
聚氨酯丙烯酸酯合成
在50°C干燥氮气下，向反应瓶中注入2.2摩尔TDI;将2.4摩尔的HEMA与对苯二酚(50 ppm)的混合物连续添加半个小时，同时保持最高温度60°C。加成完成后，将反应质量保持在60°C下半小时，以保证HEMA的羟基完全转化。
含有甲基丙烯酸氨基甲酸乙酯前驱体的反应瓶温度保持在50°C，并在半小时内加入羟基功能聚酯多元醇和对苯二酚(50 ppm)的混合物。在整个反应期间，在反应瓶中覆盖干燥的氮气，以保持惰性气体气氛。反应完成度是通过一定时间间隔监测树脂的羟基值来确定的(图3)。
评价和表征
在Perkin-Elmer 1750 FT-IR分光光度计上用NaCl槽记录了聚氨酯丙烯酸酯树脂的FTIR光谱。以聚苯乙烯为标准品，四氢呋喃为洗脱剂，采用GPC (model HPLC 600, RI检测器，苯甲胶柱)测定树脂的分子量。用滴定法测定树脂的羟基值(表1)。
采用树脂、羟环己基苯酮(HPCK, 25% wt.)和不同比例的活性稀释剂制备涂层样品。表2给出了样品名称。
涂层样品粘度由布鲁克菲尔德粘度计测定，折射率由梅特勒折射计(托莱多RE 40D)测定。数据如表3所示。
固化
将不同配方的涂料涂在低碳钢板上，用棒状涂涂器制备了紫外光固化的pu -丙烯酸酯薄膜。在涂膜器的帮助下，干膜厚度保持在~12微米，以评估各种机械和耐化学性能。然后将面板暴露在紫外线灯室(GT Ultra Cure, 120 w/cm)下，保持如下。
- UV干燥器类型:GT Ultra Cure 250
- 固化宽度:250毫米
- 灯泡类型:UV(中压)-GT 250纯
- 透明:120瓦/厘米
- 石英石英
- 风冷:100mm
- 工作电压:440伏三相交流
- 速度:50次
- 功耗:紫外120瓦/厘米
结果与讨论
红外分析图4显示了pu -丙烯酸酯树脂的红外光谱。1180 cm-1弱带为碳氮拉伸。1651 cm-1处的条带证实了氨基甲酸乙酯基团的形成。1534 cm-1处的带属于N-H变形。1735的强带来自于pu -丙烯酸树脂中的丙烯酸酯羰基。2963 cm-1处的强带被认为是由C-H拉伸引起的，3345 cm-1处的强带被认为是由-OH拉伸引起的，这是由于树脂中存在残留的羟基。此外，光谱中2270 cm-1处没有任何波段，证实未反应的NCO基团不存在。
图5为pu -丙烯酸酯树脂的分子量分布。从图中可以看出，合成的树脂为低分子量树脂。
涂层的表征
各种涂层配方板在UV室中固化，并根据以下测试方法测试不同的机械和耐化学性能:60°的光泽度(ASTM D 523-99);划痕硬度(ASTM D 5178);铅笔硬度(ASTM D 3363-00);耐化学性(EN: 438-2:1991)和耐污性(ISO-4211)。
划痕硬度是涂层发挥保护作用所必需的重要力学性能之一。固化表面的划痕造成的损伤可能导致涂层光泽度的变化，也可能严重到引起变形，最终导致涂层开裂。划痕硬度用自动划痕硬度计测定，划痕硬度计用直径为1mm的硬化钢半球形点作为划痕针。结果如表4所示。
从数据中可以看出，TMPTA浓度较高的薄膜，即样品a，由于单体交联程度最大，划痕硬度较高。
用横切附着力测试仪测量交叉缝隙。该测试仪由一个由9个平行叶片组成的模具组成，叶片间隔1/16英寸，长度为1毫米。模具按彼此成直角的两个方向压入面板。将一条不干胶粘在图案上，保持接触10秒，然后以120°左右的角度将胶带快速拉回。如果去掉5%的方格，测试被评为良好。所有涂层样品均具有良好的交叉硬度(表5)。
在测试中，用铅笔画一条带材，直到达到可以划伤表面的硬度等级。然后赋予涂膜一个硬度值，如H、2H、3H等，表示硬度等级。由于TMPTA涂层的功能性较高，交联程度最大，因此其硬度最高(表6)。
光泽度用三角仪测量(光泽)。从60°角度观察涂层后，发现所有涂层的光泽度都很好。EOPA涂层的光泽度最高(表7)。
柔度测试在1 / 4英寸芯棒弯曲测试仪上进行。所有涂层组成的薄膜都具有足够的柔韧性，可以通过芯轴(表8)。
对涂层样品进行了耐化学性能测试。试验结果见表9。
耐蒸馏水
漆膜在接触蒸馏水时表现出良好的耐腐蚀性。含有高比例TMPTA的样品表现出更好的抗性(表9)。
由于单体交联不良，酸溶液会影响EOPA和HDDA的成膜。TMPTA样品表现出优异的耐酸性溶液(表9)。
为了检测耐碱性，将涂层暴露在0.1 N NaOH溶液中。由于单体的高功能性，TMPTA薄膜表现出更好的抗性，从而导致最大的交联(表9)。
根据ISO-4211，面板被涂覆，并允许在紫外线室中固化。涂层板在室温下保存24小时。将茶水、咖啡和热水滴在薄膜上，用玻璃杯覆盖24小时，以防止蒸发。仔细清洗薄膜，分析薄膜表面(图6 - 8)。
结论
在活性稀释剂的作用下，利用紫外辐射对pu -丙烯酸酯树脂进行了有效的固化，得到了具有优良机械和化学性能的金属表面涂料。紫外线固化的金属表面也表现出优异的抗污性能。在树脂中加入活性稀释剂对涂层性能有很大影响。活性稀释剂浓度越高，光泽度和划痕硬度越高。由于TMPTA具有更高的功能性，其力学性能和化学性能优于EOPA和HDDA，交联程度最大，具有优异的力学性能和化学性能。因此，这些涂层可以用作金属的保护涂层，也可以减少VOC和有害的空气污染物。欲了解更多信息，请发送电子邮件至abhishekhbti27@gmail.com或dahbti@rediffmail.com。
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