本发明涉及化学技术领域，尤其涉及一种可UV固化的大豆油基水性聚氨酯及其制备方法。
背景技术：
水性聚氨酯是以水为分散剂的聚氨酯树脂，因其无毒、无污染、不燃烧、节能、安全可靠等突出的优点，正在涂料和胶黏剂领域逐步取代传统的溶剂型聚氨酯树脂。但单一水性聚氨酯在其应用上存在强度低、耐水性差、耐热性不高的缺点。针对单一水性聚氨酯存在的问题，人们展开了大量的改性研究，相关技术发展很快，可UV固化的水性聚氨酯就是其中的一种技术。UV固化水性聚氨酯，可通过紫外光固化体系(后固化、后交联)解决水性乳液发展的瓶颈问题，即乳液中聚合物分子量、交联密度与乳液稳定性的矛盾，使聚合物的机械性能得到进一步改善。
传统的聚氨酯材料其原料主要来源于石油化工。而石油是一种不可再生资源，随着石油价格的持续高涨、全球变暖以及人们对环保的重视，以可再生资源替代石油作为化工产品和高分子材料的原料，将是必然发展的趋势。因此近年来有不少研究着眼于采用植物油，特别是环氧大豆油作为原料或改性剂制备水性聚氨酯。以环氧大豆油作为改性剂，其添加量较少，对聚氨酯原料的环保性改善有限。以环氧大豆油作为原料制备水性聚氨酯，主要是采用醇或胺类物质对环氧大豆油的环氧基团进行开环反应，制得带羟基的大豆油，这些方法制备的水性聚氨酯仍然存在机械强度不足的问题。
为解决上述问题，本发明采用一种新型的改性环氧大豆油制备可UV固化的水性聚氨酯树脂，即以丙烯酸酯化环氧大豆油作为部分多元醇原料来制备水性聚氨酯。采用丙烯酸与环氧大豆油反应，可在大豆油分子链上引入羟基和丙烯酸酯基，作为多元醇来制备水性聚氨酯，大豆油分子链上的丙烯酸酯基可参与后续的UV固化反应，进一步提高聚合物的交联度从而提高其力学强度。由此制备出一种基于植物资源的，性能优良的可UV固化的水性聚氨酯树脂。
技术实现要素：
本发明的目的就在于为了解决上述问题而提供一种可UV固化的大豆油基水性聚氨酯及其制备方法。
本发明通过以下技术方案来实现上述目的：
本发明首先制备改性大豆油，即丙烯酸酯化环氧大豆油(AESO)，然后用AESO作为部分多元醇制备水性聚氨酯；该水性聚氨酯可UV固化
丙烯酸酯化环氧大豆油(AESO)的制备方法如下：
在催化剂作用下，以环氧大豆油为原料，以丙烯酸作为开环试剂，丙烯酸与环氧大豆油的环氧基团反应，可在大豆油分子链上引入羟基以及丙烯酸酯基，这样可制备得大豆油多元醇，同时引入活泼双键。按一定比例将丙烯酸和催化剂加入四口烧瓶中，冷凝回流升温至80-90℃，加入阻聚剂搅拌半小时，开始缓慢滴加环氧大豆油，约30min滴加完毕。升温至100-120℃，恒温反应4-6小时，可制备出丙烯酸酯化环氧大豆油(AESO)。
在上述AESO的制备中，所述催化剂可为三苯基膦、三苯基锑、N，N-二甲基苄胺、三乙胺、三乙烯二胺等。催化剂的用量为0.5％-3％之间。
在上述AESO的制备中，所述阻聚剂可为对苯二酚、4-甲氧基苯酚、阻聚剂701、阻聚剂705等。阻聚剂的用量为0.1％-0.5％之间。
在上述AESO的制备中环氧大豆油的用量为100重量份数，丙烯酸的用量可为18～30重量份数。
所述大豆油基水性聚氨酯的制备由如下重量份数的组分合成得到：
所述大豆油基水性聚氨酯的制备方法如下：
(1)按照配方比例将丙烯酸酯化环氧大豆油(AESO)、亲水扩链剂二羟甲基丙酸(DMPA)、聚氧化丙烯二醇(PPG-2000)、N-甲基吡咯烷酮(NMP)和阻聚剂加入四口烧瓶中，升温到60-65℃下搅拌1小时，使得反应物粘度下降，便于反应。
(2)然后向烧瓶中加入异佛尔酮二异氰酸酯(IPDI)，升温到70-80℃反应1小时后，再加入催化剂二月桂酸二丁基锡(T-12)，继续反应2小时，得到聚氨酯预聚体。期间注意观察反应物的粘度，若出现爬杆现象，可以适量添加丙酮来调节粘度。
(3)得到预聚体后，在搅拌的状态下降温到40℃，加入三乙胺(TEA)中和，继续搅拌30-60min。
(4)观察温度计，待温度降到30℃时，加入蒸馏水，加快搅拌速度，搅拌30-60min，使预聚体完全分散于水中，制得水性聚氨酯。
上述水性聚氨酯可自然固化，亦可光固化。
本发明的有益效果在于：
本发明是一种可UV固化的大豆油基水性聚氨酯及其制备方法，与现有技术相比，本发明将水性聚氨酯中的部分原料用改性大豆油替代，提高了材料的环保性。本技术用丙烯酸改性环氧大豆油，制得的丙烯酸酯化环氧大豆油(AESO)含有2个以上的羟基，用其制备水性聚氨酯，可制备出具有一定交联网络结构的聚氨酯分子，从而可以改善水性聚氨酯涂膜的硬度、拉伸强度、耐水性和热稳定性。本技术用AESO制备水性聚氨酯，因AESO含有活泼双键，该水性聚氨酯可进一步UV固化，UV固化的水性聚氨酯涂膜具有更高的硬度和耐水性。
具体实施方式
下面对本发明作进一步说明：
本发明首先制备改性大豆油，即丙烯酸酯化环氧大豆油(AESO)，然后用AESO作为部分多元醇制备水性聚氨酯；该水性聚氨酯可UV固化
丙烯酸酯化环氧大豆油(AESO)的制备方法如下：
在催化剂作用下，以环氧大豆油为原料，以丙烯酸作为开环试剂，丙烯酸与环氧大豆油的环氧基团反应，可在大豆油分子链上引入羟基以及丙烯酸酯基，这样可制备得大豆油多元醇，同时引入活泼双键。按一定比例将丙烯酸和催化剂加入四口烧瓶中，冷凝回流升温至80-90℃，加入阻聚剂搅拌半小时，开始缓慢滴加环氧大豆油，约30min滴加完毕。升温至100-120℃，恒温反应4-6小时，可制备出丙烯酸酯化环氧大豆油(AESO)。
在上述AESO的制备中，所述催化剂可为三苯基膦、三苯基锑、N，N-二甲基苄胺、三乙胺、三乙烯二胺等。催化剂的用量为0.5％-3％之间。
在上述AESO的制备中，所述阻聚剂可为对苯二酚、4-甲氧基苯酚、阻聚剂701、阻聚剂705等。阻聚剂的用量为0.1％-0.5％之间。
在上述AESO的制备中环氧大豆油的用量为100重量份数，丙烯酸的用量可为18～30重量份数。
所述大豆油基水性聚氨酯的制备由如下重量份数的组分合成得到：
所述大豆油基水性聚氨酯的制备方法如下：
(1)按照配方比例将丙烯酸酯化环氧大豆油(AESO)、亲水扩链剂二羟甲基丙酸(DMPA)、聚氧化丙烯二醇(PPG-2000)、N-甲基吡咯烷酮(NMP)和阻聚剂加入四口烧瓶中，升温到60-65℃下搅拌1小时，使得反应物粘度下降，便于反应。
(2)然后向烧瓶中加入异佛尔酮二异氰酸酯(IPDI)，升温到70-80℃反应1小时后，再加入催化剂二月桂酸二丁基锡(T-12)，继续反应2小时，得到聚氨酯预聚体。期间注意观察反应物的粘度，若出现爬杆现象，可以适量添加丙酮来调节粘度。
(3)得到预聚体后，在搅拌的状态下降温到40℃，加入三乙胺(TEA)中和，继续搅拌30-60min。
(4)观察温度计，待温度降到30℃时，加入蒸馏水，加快搅拌速度，搅拌30-60min，使预聚体完全分散于水中，制得水性聚氨酯。
上述水性聚氨酯可自然固化，亦可光固化。
实施例1
取27份丙烯酸和1.2份三苯基膦加入四口烧瓶中，冷凝回流升温至80-90℃，加入0.15份4-甲氧基苯酚搅拌半小时，开始缓慢滴加100份环氧大豆油，约30min滴加完毕。升温至100-120℃，恒温反应5小时，可制备出丙烯酸酯化环氧大豆油(AESO)，转化率达96％。
实施例2
取实施例1制备的AESO 30份、亲水扩链剂DMPA 9.5份、PPG-200070份、NMP16份和4-甲氧基苯酚0.15份加入四口烧瓶中，升温到60-65℃下搅拌1小时，使得反应物粘度下降，便于反应。然后向烧瓶中加入IPDI 50份，升温到70-80℃反应1小时后，再加入催化剂T-120.45份，继续反应2小时，得到聚氨酯预聚体。期间注意观察反应物的粘度，若出现爬杆现象，可以适量添加丙酮来调节粘度。得到预聚体后，在搅拌的状态下降温到40℃，加入TEA 6.5份中和，继续搅拌30-60min。观察温度计，待温度降到30℃时，加入蒸馏水370份，加快搅拌速度，搅拌30-60min，使预聚体完全分散于水中，制得水性聚氨酯。该水性聚氨酯为淡黄色半透明乳液，粘度为66.5mPa.s，离心稳定性测试显示该水性聚氨酯的乳液稳定性大于6个月。
实施例2制备的水性聚氨酯自然固化得到的涂膜，附着力为0级，铅笔硬度为2H，拉伸强度为10.3MPa。
向实施例2制备的水性聚氨酯100份中，加入2.5份的光引发剂2959，经UV固化后得到涂膜，其附着力为0级，铅笔硬度为3H，拉伸强度为17.3MPa。
可见实施例2制备的水性聚氨酯其自然固化涂膜有良好的机械性能；施例2制备的水性聚氨酯经UV固化后，与自然固化相比，其涂膜的硬度更高，拉伸强度显著提高。
以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征及本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。