表1 PUA的技術指標

    2.合成討論

    2.1加料順序

    本合成中先后需要添加4種反應物質，但反應的目的是要有一部分作主體，從反應原理來看，聚酯三元醇與己二異氰酸酯反應是一個主體，TMPDE和HPPA是改性接枝特殊官能團的一部分。對于TMPDE和HPPA，我們分析一下它們的反應次序，從結構上分析可以看出：TMPDE分子結構較大，呈體形結構，而HPPA呈線性結構。線性結構纏繞性好一些，分子運動空間較大，易反應，而體形結構的空間位阻較大不易反應，為了在最后分子反應能夠合理順利進行，應先加入TMPDE反應后，再加入HPPA。在確定好此部分（TMPDE和HPPA看成M）后，我們按聚氨酯的合成原理有2種加料順序：第1種（A法）是先用HDI與聚酯三元醇反應后再與M反應；第2種（B法）是HDI與M反應后再與聚酯三元醇反應，兩種方法所得聚合物的有關性能指標見表2。

表2 兩種加料法所得聚合物的性能指標比較

    由表2可見：兩種加料法最后的結果差別較大，B法粘度大，使用不方便，NCO值殘留量大，對貯存穩(wěn)定性影響較大，這主要是由于TMPDE是體形結構，在反應中受空間阻礙較大，B法中后半反應是大分子與大分子的慢反應，隨反應溫度的升高易發(fā)生雙鍵熱聚合的岐化反應而導致體系粘度升高，所以選擇A法比較合理。

    2.2催化劑的使用

    在HDI的第一步反應中，由于對稱結構原因容易反應，考慮空間因素會有1個—NCO基團與聚酯的羥基反應，由于空間位阻原因會留下1個—NCO基團，但是由于HDI的反應速度較慢，需加入催化劑促進反應，如果不選用催化劑，按設計工藝合成需要10h才能使NCO值達到第一步理論值，而使用0.02%的有機錫溶液可以使反應縮減至3h。但催化劑用量大于0.4%就有凝膠的危險。由于后兩步加入TMPDE和HPPA的反應速率因相對分子質量遞增而下降，適時加入少量催化劑以提高反應速度。選用催化劑時，控制用量和適時添加非常重要，另外，對醚化程度不同的TMPDE，催化劑的用量也有所不同。

    2.3三羥甲基丙烷二烯丙基醚的選擇

    三羥甲基丙烷二烯丙基醚（TMPDE）是含有烯丙基醚結構的單體，它與乙烯基醚不一樣，氧原子的孤電子對與碳碳雙鍵未發(fā)生共軛，電子云密度并未明顯增大，烯丙基醚的反應活性不及乙烯基醚，所以在合成控制中加熱到180℃都比較穩(wěn)定而不易發(fā)生熱聚合。選用醚化程度不一樣的TMPDE反應穩(wěn)定性都差不多，但合成產(chǎn)品的性能不同，瑞典帕斯托的TMPDE與一種國產(chǎn)TMPDE樣品的性能比較見表3

表3 兩種TMPDE性能參數(shù)比較

    用上面的2個樣品來合成產(chǎn)品，瑞典帕斯托TMPDE合成的記為R1，國產(chǎn)TMPDE合成的記為R2，按本文的合成法合成的聚合物的有關性能指標見表4。

表4 不同TMPDE合成產(chǎn)品的性能

    由表4可見：R1的折光率、粘度、NCO%都要低于R2，穩(wěn)定性（耐熱法）R2相對也比較差。這主要由于國產(chǎn)TMPDE的單醚含量高，TMPDE分子中含雙羥基反應受空間阻礙較大，反應粘度也相對提高，為了促進反應，應選二醚含量較高的TMPDE。

    3.特性討論

    3.1三重固化性

    本文所涉及的三重固化指含UV固化的三重固化，

    目前含有UV固化的雙重固化體系的研究在國內(nèi)還剛起步，雙重固化體系均為自由基體系，主要有兩類：一類是自由基聚合-縮聚體系，這類體系中自由基聚合主要是通過紫外光引起的聚合，而縮聚主要是利用環(huán)氧樹脂、異氰酸酯、氨基樹脂的縮聚反應，組成混雜固化體系，這種體系可以增加附著力，但耐磨性、硬度有影響。另一類是自由基-自由基雙重固化體系，這類聚合都是自由基聚合，但引發(fā)的機理不一樣，它包括自由基光固化的厭氧固化體系和自由基固化的氣干體系，這類體系是因紫外固化不完全時而用氧化還原反應來加強固化，可以不改變原體系的硬度，而加強潤濕時間提高附著力。我們結合雙重固化的原理，研究了自由基-縮聚-自由基的三重固化體系，為了不影響紫外光固化的特性，引入另外兩種固化模式作為補充，更加開拓了紫外光固化的應用領域，特別是在提高附著力方面彌補了紫外光固化的不足。實際上，自由基-縮聚-自由基固化體系是光固化和熱聚合的體系。為了彌補可視光固化的不足，我們仿照當前研究較成熟的不飽和聚酯的氣干性固化和—NCO交聯(lián)的聚氨酯固化作為后固化模式：在不飽和聚酯的聚合中為了不受氧氣的阻聚，在分子中引入TMPDE作為鏈終止劑來改善在環(huán)境空氣下的氣干而不需加蠟拋光；在聚氨酯交聯(lián)反應中我們引入NCO基團來參予氧化交聯(lián)和引入羥基樹脂的交聯(lián)提高極性而增強附著力。用上述合成的低聚物PUA按表5的配方來制備漆液。

表5 三重固化體系的配方

    注：在使用前才把白水用稀釋劑稀釋后同181X一起加入漆液并攪勻。

    用表5配方制得的漆液，用稀釋劑稀釋至適當粘度后噴涂在白鐵皮上（涂布量130g/m2），在400mJ/cm2的紫外燈（大約是5kW的2支UV燈在15cm處的光強）下，以18m/min的速度固化后，于室溫（20℃）下觀察漆膜的固化情況，見表6。

表6 漆膜的固化情況

    注：硬度使用鉛筆法測出。

    將配方中的181X去掉，同樣按上述方法制作樣板，經(jīng)過紫外光固化后，于室溫（20℃）下觀察漆膜的固化情況，見表7。

表7 漆膜的固化情況

    將配方中的藍水和白水去掉，同樣按上述方法制作樣板，經(jīng)過紫外光固化后，于室溫（20℃）下觀察漆膜的固化情況，見表8。

表8 漆膜的固化情況

    從表6可以看出：此固化確實是兩階段固化，前一階段為紫外光固化，后一階段為氣干性的氧化還原固化和聚氨酯交聯(lián)固化。涂膜表面光澤高，硬度大，附著力好。從表7可知：是NCO的交聯(lián)在起作用。從表8中我們可以看出：去掉藍白水后，氧化還原反應被中斷，烯丙基醚的紫外光固化反應比較慢。雖然能夠參加紫外光固化，但成膜后的性能也有影響，在實驗中把光引發(fā)劑用量提高至6%作為單一的紫外光固化后也能雙重固化，但其性能不如三重固化，幾種固化膜性能的比較見表9。

表9 幾種固化膜性能比較

    從表9可以看出：本聚合物的三重固化性能并沒有改變UV固化的性能，并且在附著力上還有所提高，成膜的綜合性能還比較好，這主要是由于在低聚物的合成中我們引入的丙烯酸酯和烯丙基醚鍵及剩下的NCO基團在三重固化中互相促進對方的反應，共同為整體固化服務的結果。 

    3.2耐黃變性

    將芳香族聚醚類丙烯酸酯聚氨酯（UCB公司的Eb-210）、脂肪族丙烯酸酯聚氨酯（Sartomer公司的CN996）分別按單一的紫外光固化法制得的漆膜與按表5配方制得的漆膜性能做比較，以標準白板為參照，采用ASTME-313測定涂有涂膜的白色底的玻璃板，試驗結果見表10。

表10 泛黃指數(shù)比較

    注：標準白板的泛黃指數(shù)是-1.42。

    由表10可以看出：本三重固化聚合物的耐黃變性＞脂肪族聚氨酯>芳香族聚氨酯。另外我們可以做一個最簡單的實驗來證明這種聚合物的耐黃變性：95份PUA和5份I-1173攪勻后涂在一張白紙的一半，通過紫外光固化機固化后對比黃變性，便可看出其耐黃變性的突出。

    3.3附著力

    通過上述試驗，我們已基本可以看出該聚合物的附著力性能。下面我們將按表5配方制成的涂布液分別涂布于樺木、紅檀木、PVC板、白口鐵上（涂布量80g/m2），經(jīng)4h后用劃格法測附著力，具體結果見表11。

表11附著力結果

    從表11可以看出：三重固化體系在木材（特別是含油脂重的紅檀木）、PVC板及白口鐵等基材上的附著力都達到了理想的效果，解決了一般純UV固化過程中最大的障礙，拓寬了紫外光固化的應用面。

    4.結語