改性蓖麻油制备UV光固化涂料的研究.doc

1、改性蓖麻油制备 UV 光固化涂料的研究摘 要 : 研究了改性蓖麻油制备 UV 光固化涂料。由蓖麻油、环氧丙烯酸树脂 UVR 6100 、光引发剂 UV I 6990 制 得的涂料具有优良的光泽、良好的柔韧性、良好的附着力与硬度 , 且当改性蓖麻油含量为 40 % 时 , 漆膜性能最为优良。关键词 : 改性蓖麻油 ; 环氧树脂 ; 光引发剂 ;UV 光固化涂料 ; 涂膜性能 引 言 光固化涂料自 20 世纪 60 年代末德国 Bayer 公司第一条辐射光固化流水生产线投产以来 ,由于它与其他涂料相比具有低污染、节能及生产效率高等优势 , 受到涂料行业的高度重视。技术革新不断促进光固化涂料市场的发

2、展。然而 , 由于原材料供应的紧张而限制了其发展速度。现在 , 大量的研究都集中在用植物油及其衍生物作原料制取紫外光固化涂料上 4-5 。作为植物油 , 蓖麻油因其是可再生农业资源及无毒性而具有广泛的应用前景 , 但由于蓖麻油属于不干性油 , 直接应用于涂料工业存在一定困难 , 因此 , 对于蓖麻油的改性研究工作也相应展开 6-8 。有关应用蓖麻油制备 UV 光固化涂料的研究国内目前尚未见报道 , 国外相关报道也很少 ,Shelby F 将蓖麻油进行脱水改性 , 成功地制备了一种新型的 UV 光固化涂料 , 但工艺较为复杂 9 。本文研究了应用蓖麻油脱水改性制备 UV 光固化涂料 , 可较大幅

3、度降低生产成本 , 所制备的涂料具有固化快、漆膜的耐水性和柔韧性好等特点 , 是一种应用前景较好的紫外光固化涂料。 1 实 验 1. 1 主要原料 蓖麻油 ; 单体 : 环氧丙烯酸树脂 UVR 6100 ; 光引发剂 :UVI 6990; 顺酐 ; 季戊四醇。 1. 2 仪器及测试方法 UV 125A 紫外光固化机 ( 北京埃士公司 ) ;QTG 型涂膜涂布器 ( 天津市材料试验机厂 ) ; 100L X 型高剪切混合搅拌机 ( 威宇机械电子有限公司 ) 。 60 光泽 : GB 9754/ 1988 , 涂膜光泽测定法 ; 铅笔硬度 : GB 6739 1986 , 漆膜硬度测定法 ; 附着

4、力 : GB 9286 1988 漆膜划格试验 ; 杨氏模量 ; 断裂应力 ; 断裂伸长率的测定。 1. 3 蓖麻油脱水干燥 常规脱水蓖麻油 (DCO) 在硫酸、酸式硫酸钠或酸性活性土存在下高温脱水制得 , 但采用该工艺高温脱水完成后 , 若使用固化催化剂 , 则必须进行过滤 ; 若使用酸类催化剂 , 则必须采用中和、水洗、脱水和干燥等操作 , 工艺较繁琐。本文采用二次酯化法制取 DCO , 其主要过程是采用游离脂肪酸钠对蓖麻油进行酯化 , 然后在高温下使稳定性较差的二次酯化物发生裂解 , 脱水后在蓖麻油酸链上形成共轭双键得到 DCO 。 将蓖麻油与亚麻油酸和葵花籽油酸按质量比约为 1 1 1

5、 混合 , 再加入游离脂肪酸钠 , 在惰性气体保护下 , 升温至 250 , 保温反应 2h 后 , 检测反应器中游离脂肪酸浓度 , 控制酯化程度。二次酯化完成后 , 280 高 温 裂 解 , 混合脂肪酸重新游离出来 , 蓖麻油转变为 DCO , 真空蒸馏提纯。表 1 为催化脱水法与二次酯化法制取的 DCO 的技术指标比较。 表 1 催化脱水法与二次酯化法制取 DCO 技术指标比较 从表 1 可以看出 , 采用蓖麻油二次酯化法比常规高温催化脱水法制取的 DCO 具有更高的碘值。 1. 4 脱水蓖麻油的改性 DCO 含有大量的具有共轭双键的分子 , 用顺酐改性 , 使两者进行 Diels -A

6、lder 反应 , 再用季戊四醇加以酯化。 将 100 份 DCO 、 5 10 份顺酐加入反应容器 , 慢慢升温到 190 200 ,20 min 后加入 5 10 份季戊四醇 , 再于 200 240 温度下继续反应一段时间后取样 , 当样品黏度为 200 300 s ( 25 ) 时 , 样品透明清澈 ( 若样品出现混浊现象 , 则可补加适量 DCO) , 降温 , 制得改性 DCO 。 1. 5 样品的制备 将改性 DCO 与环氧丙烯酸树脂 (UVR 6100) 按表 2 中比例混合 , 用搅拌机充分分散成稳定的分散体系 , 再加入光引发剂 (UVI 6990) 搅拌至均匀 , 制得

7、7 个 UV 可固化涂料样品 ; 然后分别用涂膜涂布器在马口铁上将液体涂料制成均匀液膜 ( 厚度 76 m) , 并在涂料固化仪上固化成膜。 表 2 各样品的投料量单位 :g 2 结果与讨论 2. 1 不同投料比对涂料性能的影响 分别测定不同投料比样品对断裂伸长率 ( b ) 、杨氏模量 ( E ) 、断裂应力 ( b ) 的影响 , 结果表明 ,1 # 号样品 100 %( 以改性 DCO 与 UVR 6100 的总量为基准计 , 下同 ) UVR 6100 太硬且脆 , 无法进行拉伸测定。随着改性 DCO 含量的增加 , 漆膜的柔韧性增大 , b 在 改性 DCO 含量为 40 % 后开始

8、急剧增加 ( 图 1) ; 杨氏模量 ( E ) 在改性 DCO 含量为 30 % 后开始急剧下降 ( 图 2) ; b 在改性 DCO 含量为 30 % 为最大 , 随后开始下降 ( 图 3) 。由此可见 , 在改性 DCO 含量为 30 % 40 % 之时 , 固化膜由塑性材料转变成弹性材料。 图 3 改性 DCO 含量对断裂应力(b) 的影响2. 2 UV 固化涂膜的性能分别测定了 7 个样品的附着力、铅笔硬度及 60光泽,结果见表 3 。表 3 UV 固化涂膜的性能由表 3 可知 , 附着力随改性 DCO 含量的增加有所增大 , 当其含量 40 % 时 , 附着力都较好 , 且变化不大。当样品中改性 DCO 的含量从 0 增加到 60 % 时 , 漆膜的硬度从 9H 下降到 HB 。 3 # 、 4 # 、 5 # 光泽较高 , 即样品中改性 DCO 的含量在 20 % 40 % 光泽较高。 3 结 语 (1) 采用蓖麻油二次酯化法制得 DCO , 经顺酐改性、季戊四醇酯化 , 再与 UVR 6100 和 UV I 6990 可制得优良的 UV 光固化涂料。 (2) 当改性 DCO 含量在 40 % ( 质量分数 ) 左右时 , 所制得的光固化涂料漆膜性能最佳。