摘要
随着现代经济及人们生活的高速发展，高分子涂料的应用需求也日益增多。近年来，为确保实现节能减排目标、推进绿色低碳发展，国家颁布了一系列法律法规来保护环境。科学家正加紧研发具有低能耗和低VOC排放的高性能水性涂料，可再生材料以及紫外光固化等绿色技术，以实现建设生态文明的长远大计，因此，传统的溶剂型涂料市场份额将逐渐减少。 紫外光固化涂料作为一种环保节能型涂料，能够快速有效地将液态，多功能单体树脂转化为聚合物交联网络。其优势在于拥有环境友好，能耗低，快速可控的固化体系以及生产效率高等优点。但光固化涂料的制备过程中难免要使用到活性稀释剂等成分，对环境空气还是会造成一定的污染，危害人体健康。 水性环氧丙烯酸酯涂料作为一种水性涂料，具有无毒、VOC含量低、良好的耐化学性和附着性、优异的机械物理性和电气绝缘性等优点，正逐渐取代传统溶剂型环氧丙烯酸酯涂料，并被广泛应用于海洋防污、金属管道保护、汽车、航空以及生活日用等清洁程度要求较高的涂料领域。 虽然近年已经有较多科学家研发出水性光固化环氧丙烯酸酯涂料，但水性光固化环氧丙烯酸酯涂料还存在一些缺点，比如乳液稳定性不好，涂层的耐水性、耐热性、耐候性不佳等，限制了其应用范围。而有机硅具有较低的表面能，良好的柔韧性，耐水性，耐化学腐蚀性等，因此被广泛应用于各类涂料中用于树脂的改性，显示出许多优越的性能。因此，将紫外光固化技术、有机硅改性与水性环氧丙烯酸酯涂料三者结合，能很大程度上避免上述缺点，使其具有三者共同的优点。 本研究首先通过羧基接枝环氧丙烯酸酯或异氰酸酯接枝环氧丙烯酸酯制备了两种改性光固化水性环氧丙烯酸酯，并以其为反应性乳化剂，乳化环氧丙烯酸酯基体树脂，利用相反转法形成稳定的水性光固化EA乳液，然后再添加适量的带有光反应活性的有机硅，包括自制的硅溶胶，商品购买的端乙烯基聚二甲基硅氧烷(PDMS)或甲基丙烯酰氧丙基笼形倍半硅氧烷(MA POSS)进一步对水性光固化EA乳液进行改性，以能形成稳定的复合乳化体系为前提，并将得到的复合乳液进行涂膜并光固化，测试研究其各项性能。论文主要研究内容包括以下三个方面: (1)通过羧基接枝的水性UV环氧丙烯酸酯树脂及其纳米硅溶胶改性研究 将顺丁烯马来酸酐(MAH)和异丁烯醇聚氧乙烯醚(HPEG-2400)反应得到聚醚亲水性预聚物(HPEGMAH)，然后与环氧丙烯酸酯(EA)反应得到非离子型反应性乳化剂(HPEGMAHEA)。接下来用制得的HPEGMAHEA用于乳化纯环氧丙烯酸酯基体树脂，利用相反转法得到稳定的水性光固化EA体系，然后再加入自制的硅溶胶对其进行改性，配制出稳定的复合乳化体系，最后将得到的复合乳化涂料进行涂膜并光固化。通过不同的表征手段探究了不同含量的纳米硅溶胶对水性光固化环氧丙烯酸酯涂膜的影响，并对其耐水性能、热力学性能，耐化学腐蚀性能等各方面进行了研究。 (2)通过异氰酸酯基接枝的水性UV环氧丙烯酸树脂及其硅油改性研究 将异佛尔酮二异氰酸酯(IPDI)和异丁烯醇聚氧乙烯醚(HPEG-2400)反应得到聚醚亲水性预聚物(HPEGIPDI)，然后与环氧丙烯酸酯(EA)反应得到非离子型反应性乳化剂(HPEGIPDIEA)。接下来用制得的HPEGIPDIEA用于乳化纯环氧丙烯酸酯，利用相反转法形成稳定的水性光固化EA乳液，然后再加入端乙烯基硅油对其进行改性，配制出稳定的复合乳化体系，最后将得到的复合乳化涂料进行涂膜并光固化。通过不同的表征手段探究了不同含量的端乙烯基硅油对通过异氰酸酯基接枝的水性UV环氧丙烯酸酯涂膜性能的影响，并对涂膜的吸水率，凝胶率，热稳定性，水接触角等各个性能都进行了研究。 (3)笼形倍半硅氧烷(MA POSS)分别改性两种不同结构的水性UV环氧丙烯酸酯 在通过相反转法制备得到了两种不同的水性UV环氧丙烯酸酯稳定的乳液之后，添加不同含量的具有低介电常数和高耐热性，机械韧性和疏水性的甲基丙烯酰氧丙基笼形倍半硅氧烷(MAPOSS)分别对两种结构不同的水性UV环氧丙烯酸酯乳液进行改性，配制出稳定的复合乳化体系，最后将得到的复合乳化涂料进行涂膜并光固化。随后，通过各种测试方法对涂膜进行了结构与性能的表征。通过两者的对比，分析了改性后通过异氰酸酯基接枝的水性UV环氧丙烯酸酯涂层与改性后通过羧基接枝的水性UV环氧丙烯酸酯涂层两者的差异。
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