攀枝花学院本科毕业设计（论文） 1 绪论
绪论
自从人们发现丙烯酸以来，丙烯酸酯的制备与研究得到了快速的发展，以他的耐候性、保色性、耐腐蚀性、成膜性和粘结性成为了涂料行业的重要原料。随着社会需求的增大，质量的要求越来越高，对丙烯酸树脂的研究也越来越多，研究效果比较显著的是丙烯酸与聚氨酯合成的聚氨酯丙烯酸树脂，它成为了人们最爱的涂料之一。
1.1 引言
随者人们生活水品的提高，生活的越来越好，就对美的见解越来越高，而且对环境也越来越重视。科技的提高也伴随着一些危害也越来越多，所以人们会对身边的有害健康的越来越重视。而建筑与人息息相关，所以也得到了相当的关注。而涂料作为建筑物就出现在了人们关注的视野，而且涂料还有美化和保护材料的作用，就更加的备受关注了。由于人们的需求，就促使了涂料的高速的发展，发展的方向是高效、高性能、高环保、无公害、节约能源、低污染、可持续发展等的要求。
由于对环境的影响，人们对涂料进行了多方面的改造，比较显著的就是对涂料溶剂的研究。现阶段人们认为比较理想的就是以水为溶剂对环境影响较低。而水性聚氨酯丙烯酸酯涂料的方案也就越来越多了。
1.2丙烯酸树脂涂料
1.2.1丙烯酸树脂涂料的简介
以丙烯酸酯或甲基丙烯酸酯为原料合成的树脂称为丙烯酸酯树脂，由丙烯酸酯树脂为主要基料的涂料属丙烯酸酯涂料[2]。丙烯酸树脂的基本性质是：它的外观是透明固体，分子量一般是75000到120000，分子式为（C3H4O2）n,沸点是126℃，可溶于水。
丙烯酸树脂对人体有害，不可吸入。少量吸入会导致头痛、恶心、乏力等症状。皮肤接触可能会起痘等等。
1.2.2丙烯酸酯的分类
丙烯酸酯树脂涂料分为：溶剂型热固性丙烯酸树脂涂料、高固体份丙烯酸树脂涂料、水性丙烯酸树脂涂料。
溶剂型热固性丙烯酸树脂涂料是由有聚合活性官能团的丙烯酸树脂涂料的预聚体与其他的助剂制成的，这种涂料具有：①颜色浅，具有很好的保光保色
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性和耐候性；②附着力好，硬度高，涂膜好；③耐热耐化学性好，交联后易产生大分子，固含量高；④易存储等等优点。张军科[3]等人通过研究这种涂料，后发现通过六亚甲基二异氰酸酯三聚体固化成膜所制备的涂料很适合用于家电、火车以及汽车等领域。
高固体份丙烯酸树脂涂料是在传统的溶剂型树脂涂料基础上发展而来的。于传统的溶剂型涂料的溶剂对环境的污染越来越中，而人们也越来越重视环境问题，所以传统溶剂型涂料逐渐的被淘汰掉了，而取而代之的是水性、高固体份、粉末光固化等对环境污染不是很大的涂料所代替。高固体份丙烯酸涂料具有颜色浅、耐候性好、保光保色而且使用方便且污染小，所以成为人们喜爱的涂料之一。而且还有多人研究了高固体份丙烯酸涂料制备过程中参数的影响，例如：王永军[4]等人研究了反应温度与引发剂两个参数；蔡文生等[5]探讨了聚合时间、聚合温度、引发剂以及反应溶剂等影响因素；刘灿培等[6-7]给出了引发剂与粘度的关系等等都是人们对这类涂料的研究的重大突破。
水性丙烯酸树脂涂料是以水为溶剂的丙烯酸涂料。由于环境的恶化，有机物的排放被各国限制，所以低污染性的涂料就成为了国内的主要进攻方向，而水性涂料以其优良的性质和实用性从而迅速的发展。水性涂料又为乳液型，水稀释型和水溶液型三类。它们的性质如表1所示[8]。
表 1 水性涂料的性质
性能 外观 粒径/um 相对分子量 固含量 粘度
乳液型 乳白色 0.05-1.0 >106 高
低，与聚合物分子量无关
好 复杂 多 一般
2
水稀释型 半透明、透明 0.01-0.05 2×104~2×105
中
较粘，在一定程度上取决于聚合物分子量
好 一般 一般 好
水溶液型 透明 < 0.01 5×103~5×104
低
完全取决于聚合物分子量
一般 简单 少 很好
耐久性 组成 应用情况 光泽
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乳液型丙烯酸酯涂料以无毒、无味、不爆、不燃、无污染的水为介质，施工性好、易成膜、易干燥、易透气。可涂成厚膜而提高施工效率为优点；缺点是：在低温不能连续的成膜，对玻璃化温度高的聚合物来说室温不能成膜，成的膜也没光泽，由于水的易挥发性，易产生气泡和针孔还易形成凹凸不平的膜。水稀释型膜的优点是：易成膜、渗透性好、耐水性好还具有良好的稳定性和流平性。缺点是在稀释时可能有粘度异常现象，分散体粘度低，分子量变大。而最后一种水溶液型丙烯酸酯涂料，他非为了热塑性和热固性两种性质的涂料，前者耐水性差被淘汰了，后者固化性稳定且具有以下优点：耐候性好、耐化学药品性、保色性好、附着性好和有很高的光泽性和持久性。
通过对水性丙烯酸酯涂料的种种研究，申欣等[9]人认为水性涂料是如今社会最有发展前途的涂料之一，并看好它将具有一个美好的前景。
1.3聚氨酯涂料
1.3.1聚氨酯涂料的简介
自从1937年德国Bayer教授第一次合成聚氨酯开始[10]，聚氨酯以其一系列的优点比如：耐低温、柔韧性好，附着力强等渐渐被人们所重视。而水性聚氨酯是指以水为代替有机溶剂作为分散介质的聚氨酯。而1942年，继德国教授Bayer之后又有一人P.Shlack成功的制成了离子型水性聚氨酯[11]；其后，D.Dieterich[12]也做了这方面的大量研究，并提出了自乳化型水性聚氨酯，由于一些原因开发较慢，知道1972才正式开始大量工业生产，并由于其良好的性质得到了人们的认可。1970年以后石油危机的到来，大大的影响了溶剂型胶粘剂，使得人们不得不像水资源这方面想办法，就有了很多水性胶粘剂的制备工艺，并不断的改进和完善它，这就使得水性胶粘剂得到相当大的发展。尤其是最近这些年环境问题的日益严峻，全球在环保问题的压力下，不断的改进水性聚氨酯胶粘剂，就有了更大的发展。
我国对水性聚氨酯的研究也在很久之前就有了。最早是用于制造电泳漆，随后又研制出了织物整理用水性聚氨酯。在九十年代初，对PU乳液的应用产品研究更加的活跃，使得我国的水性聚氨酯胶粘剂技术在综合性能上得到了很大的进步，并且它的应用领域也有了逐渐扩大的趋势。但是和国外比我国的这方面的技术仍然处于开发阶段，仍存在产量小，品种单一，研究不足而且不够深入等等的问题，这仍需我们的进一步探索。总之在国内的研究，聚氨酯涂料按组分主要分为了两部分：单组份聚氨酯涂料和双组份涂料。
1.3.2双组份聚氨酯涂料
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双组份聚氨酯类涂料是现目前研究最成熟的一类聚氨酯涂料，具有很多的优越性，被广泛的用于工业、家庭、和汽车等行业。他的组成是羟基树脂和含异氰酸根且低粘度的多异氰酸酯固化剂组成，他的膜是由羟基树脂的组成与结构所决定。目前它的发展方向是向着高固体份和水性化发展。
1.3.3单组份聚氨酯涂料
单组份水性聚氨酯是以水性聚氨酯为基料，它具有良好的稳定性、涂抹力学性能、耐水、耐溶剂及耐老化性能。纯PA乳液不耐磨且耐水性和耐化学性差，固含量低，应用范围也不广等，PU和PA性质上能相互补助的作用。以丙烯酸树脂改性聚氨酯树脂制备的涂料简称为PUA。它之所以能被广泛的应用，那是因为他聚集了聚氨酯和丙烯酸两种树脂的优点，具有耐磨，耐化学性还能耐低温、光泽性好等优点。
人们又把水性聚氨酯丙烯酸涂料以分散形态分为了三类：乳液型、溶液型、水分散性。而其中以水性乳液被最看好，也研究的最多。PUA水性乳液涂料又可分为两类：外乳化性和内乳化性。外乳化性的PUA水性涂料不含亲水基团，它是利用外加乳化剂的方法嘛，在快速旋转搅拌的将聚氨酯丙烯酸分散于水中从而得到PUA水性乳液。外乳化性PUA最大的缺点是外加乳化剂成膜后影响漆膜的机械性能和耐水性能。而自乳化型PUA是在PUA链上引入亲水基，并通过过自身的亲水基团自己分散在乳液中。
而与传统的溶剂型聚氨酯涂料比较，水性聚氨酯涂料膜光泽低，成膜时间长且耐溶剂、耐水和耐化学性都较差，硬度也不够好等缺点，所以人们就对水性聚氨酯进行了改性，让它弥补这些缺点。而水性聚氨酯可通过交联，扩链，丙烯酸酯复合等等方法进行改性。丙烯酸酯复合改性就是在预聚体上加入羟基丙烯酸酯，形成有双键的水性聚氨酯丙烯酸酯复合树脂，并且进行双键加成聚合或者是紫外光固化。而目前最具有应用前途的是紫外光固化水性聚氨酯丙烯酸复合树脂涂料。它分子式中同时含有氨基甲酸酯和丙烯酸酯，固化后具有两种酯的特点，而且还可以根据不同的需求调整它们的配比，从而满足不同的需要。
1.4 紫外光固化涂料
我国对涂料的辐射固化技术应用越来越广泛。据2006年统计，大约有129家企业主要采用的是紫外光固化技术产品。由于紫外光固化技术比较经济，所以站整个辐射市场的大部分面积。
1.4.1紫外光固化原理
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紫外光（UV）固化技术是一门新型的绿色技术，它是将聚合物经过紫外光的辐射后，使单体瞬间聚合和交联固化的技术。而辐射技术有以下优点[16]：
⑴ 快速固化：几秒不到就能是使涂料成膜固化，且膜外形可观性能也好，坚硬、耐磨而且美观。
⑵ 省时节能：不需要烘干，能连续生产。 ⑶ 低或者没有溶剂的释放。 ⑷ 设备小投资低。
⑸ 固化的温度低接固化快，可实行热敏材料的涂布。
UV固化材料以它独特的优势在电子、印刷、装饰、建筑、化工、机械和汽车等领域都有应用，而以UV竹木地板涂料、阻焊剂和纸张上光发展最为快速。
紫外光固化的配方体系一般是由反应性齐聚物、光引发剂和调节粘度的稀释剂构成。活性稀释剂虽然有它的优点：挥发性低、对环境污染小且能固化后成为膜的一部分，但是她有强烈的气味，对人的皮肤有伤害，而紫外光固化很难使它全部固化，而残留的活性稀释剂对产品性能和安全卫生有不好的影响。而且活性稀释剂能增大膜的收缩率，使得膜的性能下降。所以减少稀释剂的用量和避免它所带来的不利影响就成为了目前紫外光固化技术的研究方向。水性紫外光固化是结合了紫外光固化技术和水性涂料的技术，是紫外光固化材料研究的新方向[17]。水的使用不止可以作为树脂的稀释剂和分散介质还能消除活性稀释剂的使用，由此开发出来的光固化水性涂料具有以下优点：齐聚物的高分子量与低的交联密度，可以避免活性稀释剂的固化收缩和涂抹最终的高硬度和高韧性的矛盾现象；水性体系可以方便的调剂流变性；调节配方的固含量可以制成极薄的涂层，适用于刷涂、喷涂等通用的涂布方式而且容易清洗；水是安全且廉价的，不易燃烧。
虽然水性光固化涂料有许多优点，但是它也有作为一种水性涂料的缺点，那就是干燥速度慢、耐水性差等等，因此通过分子与组份设计等等手段，进一步研究提高水性光固化涂料就显得十分的有意义了。由于电子束设备较贵，投资较大，生产中需要惰性气体的保护，运行成本又很高，因此，经济的紫外光固化技术占整个辐射市场的绝大份额[18]。
1.5.2 紫外光固化的设备
紫外光固化设备中，紫外光源分为了蒸汽汞灯和氮灯两类，而用于油墨和固化涂料的UV光源是蒸汽汞灯。蒸汽汞灯又分为了三种：高压汞灯、中压汞灯、低压汞灯。介绍如下：
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