Page 103 - 2025水性涂料虚拟专辑
P. 103

何    等：蓖麻油-异山 醇基水性光固化聚氨酯的合成及性能研究


                 of bio-based polyurethane coating were significantly improved with a suitable ratio of castor oil
                                a
                 and isosorbide，nd good transparency in the visible light was also abtained.
                      Key  words：waterborne  polyurethane；bio-based  polyols；UV-curable；mechanical
                 properties

                 水性生物基聚氨酯因其在具有水性聚氨酯特点                           同）、2，2-二羟甲基丙酸（DMPA，99%）、二丁基二月
                                                                    ]
             的基础上使用生物质原料替代石油基原料，降低了                             桂酸锡（DBTDL，95%）、季戊四醇三丙烯酸酯（PETA，
             石油资源消耗、减少了额外的碳排放而受到广泛关                             90%）：Adamas；蓖麻油、三乙胺（TEA）、丙酮：分析纯，
             注，但其力学性能相对较差。为了解决上述问题，研                            国药集团；异山 醇（98%）：北京   科技有限公
             究人员已经做了许多研究，主要策略包括但不限于                             司；光引发剂 1173：工业级，南京瓦力化工科技有限
             以下几点：调整软段和硬段之间的比例 、增加交联                            公司；去离子水：江南大学饮品有限公司。
                                                 [1]
             密度 、采用增强的分子间相互作用 和添加增强的                                  减全反射 立叶变换红外光谱仪
                 [2]
                                              [3]
             填料 。尽管前人在结构设计和优化方面已经进行                             （FALA2000104）∶ABB  BOMEN；核磁共振波谱仪
                 [4]
             了各种开创性的工作，但水性生物基聚氨酯的力学                             （AVANCE Ⅲ HD 400 MHz）∶Bruker；全自动热重分析
             性能仍无法满足高力学性能要求的场景。此外，选                             仪（TGA2 SF/1100）： 特勒托利多；双立 台式试验
             用的大多数改性单体需要多种复杂的合成工艺。因                             系 统（5967X）∶ITW；紫外可见近红外分光光度计
             此，探索成本低、效益高、易得的生物基资源合成高                            （UV-3600 plus）：岛津；Zeta 电位及纳米粒度分析仪
             性能水性生物基聚氨酯仍然具有重要意义。                                （ZetaPALS）：布 克海文 ；光学接触角测量仪
                 在水性生物基聚氨酯尤其是单组分水性生物基聚                          （OCA40）：北京东方德菲仪器有限公司；便携式铅笔
             氨酯的基础上加入以紫外光（UV）作为能量来源诱导感                          硬度计（QHQ-A）：天津材料试验机厂；漆膜划格器
             光物质进行交联反应的光聚合技术，能够在乳液成膜                            （HGQ）：上海普申化工机械有限公司。
             后有效增加涂层的交联密度，对涂层的力学性能具有                            1. 2  水性光固化生物基聚氨酯的制备
             提升作用，并具有节能环保、高效快速和时间-空间可                                在装有滴液漏斗、搅拌器和氮气导管的四口烧
             控等诸多优点      [5-7] ，是水性生物基聚氨酯理想的发展方                 瓶中加入 6. 00 gIPDI，开启搅拌，升温至 45 ℃，加入
             向之一。此外，部分生物基原料引入水性光固化聚氨                            10 μL 的 DBTDL，然后用滴液漏斗向烧瓶中滴加计量
             酯中还能提升涂层的其他性能。温  等 将异甘露                            好的蓖麻油，同时升温至 65 ℃，滴加速率控制在
                                                   [8]
             醇引入到UV固化水性含氟聚氨酯中，有效改善了涂层                           1. 5 h 将蓖麻油匀速滴加完毕，继续反应 30 min，期间
             的耐水性及透光率，且提高了涂层的拉伸强度。                              加入适量丙酮以调节黏度，采用二正丁胺法滴定体
                 本研究将具有毒性低、可生物降解、成本低、易                          系中的—NCO 含量，达到理论值后加入计量好的异
             于获取等优点的蓖麻油           [9-10] 和具有可显著提高力学性            山 醇 ，继续维持 65 ℃ 搅拌反应 2 h，再次滴定
             能的独特刚性螺环结构 、可提供丰富氢键结合位点                            —NCO 含量至理论值后，加入 1. 48 g 预溶于丙酮的
                                  [11]
             的醚键基团等优势的异山 醇作为水性光固化聚氨                             DMPA，升温至 70 ℃搅拌反应 2 h，滴定—NCO 含量至
             酯的主要生物多元醇单体，通过改变两者在聚氨酯                             理论值，加入 0. 60 gPETA，降温至 65 ℃搅拌反应 2 h，
             体系中的比例制备了水性光固化生物基聚氨酯。探                             用 立叶变换红外光谱仪表征树脂，当发现红外光
             究了不同生物基多元醇配比下的水性光固化聚氨酯                             谱中未检测到—NCO 特征峰（2 268 cm ）时，关闭加
                                                                                                   -1
             性能差异的原因，对乳液和涂膜性能进行了测试与                             热将体系温度降至室温，加入 1. 12 gTEA 与之中和，
             表征，以期通过调配生物基多元醇占比来获得力学                             反应 30 min 后 ，加入定量去离子水于体系中 ，以
             性能得到提升、综合性能良好的水性光固化生物基                             1 200 r/min 的转速高速剪切 1 h 后关闭搅拌，静置消
             聚氨酯。                                               泡，通过旋转蒸发仪除去体系中残留的有机试剂丙

             1  实验部分                                            酮 ，即得水性光固化生物基聚氨酯乳液（WPU）。
                                                                WPU合成过程中蓖麻油和异山 醇的用量见表 1，制
             1. 1  主要原料与仪器                                      备的乳液分别记作 WPU-0、WPU-1、WPU-2、WPU-
                 异佛尔酮二异氰酸酯[IPDI，99%（质量分数，下                      3、WPU-4。

                                                                                                           100
   98   99   100   101   102   103   104   105   106   107   108