環氧樹脂在粘接性、耐水性、耐熱性、耐化學品性及力學性能等方面性能優越 常用于水性聚氨酯材料的改性。文章合成了環氧樹 脂改性的水性聚氨酯的制備方法，并著重討論了環氧樹脂的加入量對其應用于真空鍍膜涂料斗的耐水性、耐熱性和力學性能的影響。

真空鍍膜技術初現于20世紀30年代，到了70年代才得到較大發展1。真空鍍膜技術是一種新穎的材料合成與加工的新技術，是表面工程技術領域的重要組成部分。在真空鍍膜涂料中，般利用其突出的附著力、抗腐蝕、硬度等性能，從而廣泛應用于、汽車裝飾零件，化妝品盒，玩具及日用小商品等諸多民用領域[3傳統溶劑型真空鍍膜涂料種類多，應用較廣泛，但其存在很多先天缺陷4。因此常與其他合成樹脂或涂料進行調配，以改善涂料的綜合性能，而聚氨酯丙烯酸酯(PUA)分子中含有丙烯酸酯官能才和氨基甲酸酯鍵，綜合了聚氨酯的高耐磨性、粘附力、柔韌性和聚丙烯酸酯卓越的光學性能和耐候性，因此聚氨酯丙烯酸酯真空鍍膜涂料除具有良好附著力外，還具有耐化學腐蝕性、耐磨性以及彈性等優異的綜合力學性能，因此被廣泛應用于光固化真空鍍膜涂料中。

近年來，隨著環保法規的日益嚴格，水性光固化涂料的發展越來越受到重視門。文章主要研究真空鍍膜用水性聚氨酯UV樹脂的合成和改性過程與性能表征:在實驗室合成和改性水性聚氨酯樹脂涂料并固化，探索出一套較為合理的操作方案;以既定的固化配方為基準，通過對比性實驗確定合成配方與合成改性工藝對最終水性聚氨酯樹脂涂料性能的影響，從而優化實驗方案，得到性能與成本兼備的水性聚氨酯UV樹脂。

1實驗部分

1.1試劑與儀器

異佛爾酮二異氰酸酯(IPDI),工業品;聚乙二醇-600(PEG600),汕頭市西隴化工廠，化學純:2.2-二羥甲基丙酸(DMPA)，工業級;1.4-丁二醇，上�；瘜W試劑公司，分析純:2.2.6.6-四甲基哌啶醇-1-氧自由基(H-TEMPO)，溫州塑化助劑廠;三乙胺(TEA)，江蘇永華精細化學品有限公司，分析純;甲基丙烯酸羥乙酯(HEMA)，臺灣長興公司，工業級;環氧樹脂，工業級，江蘇三木化工有限公司;光引發劑659(Irgacure659)，菏澤市牡丹區三和源化工有限公司。

DU-20型電熱恒溫油浴箱，上海一恒科學儀器有限公司; UV-102 履帶式固化機，珠海金邦泰工業材料有限公司;四口反應瓶、回流冷凝管、恒壓漏斗、機械攪拌器、氮氣瓶、溫度計、 pH試紙。

1.2合成與改性工藝

文章以環氧樹脂為改性劑，實驗室合成制備了水性聚氨酯UV樹脂(UV-WPUA)。

1.3UV-WPUA涂料的固化

稱取一定量的樹脂乳液，以樹脂、光引發劑、陽離子引發劑、水、乙醇、HEMA按一定的質量比例稀釋，攪拌均勻后放置12h后，將配好的涂料用四面制備器涂覆到聚四氟乙烯塑料板或鍍鋁塑料板上，在50~60℃條件下真空干燥一段時間，然后將干燥好的乳液樹脂放到紫外光固化機上固化交聯，履帶速度為5~10 cm/s。

2結果與討論

2.1環氧樹脂含量對WPUA乳液性能的影響

表1 環氧樹脂含量對WPUA乳液性能的影響

質量分數/wt%	外觀	固含量/wt%	pH	貯存穩定性
0	微黃色透明	74.6	7.0	3個月內無變化
2	微黃色透明	75.1	7.0	3個月內無變化
4	微黃色透明	76.8	7.0	3個月內無變化
6	微黃色透明	79.4	7.0	3個月內無變化
8	乳白色	81.2	7.0	2個月固化
10	乳白有微 量顆粒	81.2	7.0	1個月固化

由表1可以看出，當環氧樹脂的質量分數為80wt%時，2個月后出現了分層固化現象，達到10wt%時，乳液放置1個月后就出現分層固化，穩定性極差。這是因為隨著環氧樹脂的增加，一方面聚氨酯的交聯度提高，而親水基團的含量不變，這樣就降低了聚氨酯的親水性，從而使分散顆粒變大，穩定性下降;另一方面，隨著交聯度的增大，當受到外力作用時，將會阻止分子鏈間的相對滑移，從而使拉伯強度大幅度提高，同時也提高了乳液中不揮發組分的含量。所以，適宜環氧樹脂的含量應為4.0~8.0wt%。

2.2DMPA含量對WPUA乳液和膠膜性能的影響

DMPA是一種親水性擴鏈劑，其在水性聚氨酯中的含量對整個乳液的穩定性以及膠膜的性能有很大的影響，本實驗各試樣中環氧樹脂質量分數為60wt%，改變DMPA的添加量，考察了 DMPA含量對乳液和膠膜性能的影響，結果見表2。

從表2可以看出，隨著DMPA用量的增加，乳液外觀由乳自魚變為透明，穩定性逐漸提高，貯存期延長。實驗表明，DMPA用量在6.5~8.5wt%范圍時，聚氨酯乳液及膠膜均有較好的性能。

2.3固化配方與工藝對涂膜性能的影響

固化膜的性能不僅僅取決于所合成的樹脂，更取決于固化前涂料配方的確定以及固化工藝。文章將對不同的固化條件和固化配方進行比較性測試，測試中固化條件未指明即為涂膜厚度為10 um，置于60℃的真空干燥箱中干燥20min，在UV-102履帶式固化機中固化，1000W汞燈2只，履帶速度設定為10cm/s，以指觸不粘為表干。

23.1不同固化配方對涂膜性能影響

選取環氧樹脂用量為60wt%，DMPA用量為80wt%的WPUA進行測試。測試結果見表3。

測試配方:WPUA(30~40wt%)+水乙醇混合物+HEMA(10~20 wt%)+光引發劑659(2.0wt%)+陽離子引發劑(1.0wt%)。

表2 DMPA含量對WPUA乳液及膠膜性能的影響

質量分數/wt%	外觀	吸水率	膜耐水性	膜硬度/H	貯存穩定性
3	透明 乳白，略透明	4.2	輕微失光	2	1個月內有少 許沉淀
5	淡黃色， 半透	6.5	輕微失光	3	2個月內無沉 淀，穩定
8	淡黃色， 透明	8.9	溶痕	3	2個月內無沉 淀，穩定
10	淡黃色， 透明	14.6	溶脹	5	2個月內無沉 淀，穩定

表3 不同固化配方對涂膜性能影

樣品	附著力 (劃格法) /H	硬度	吸水率	固化次數
WPUA(30wt%)+HEMA(10wt%)	80/100	3	8.7	2次
WPUA(30wt%)+HEMA(20wt%)	>95	3	8.9	2次
WPUA(40wt%)+HEMA(10wt%)	85/100	3	9.2	3次
WPUA(40wt%)+HEMA(20 wt%)	90/100	3	9.6	2次

結論:所有的固化配方所得的涂膜性能都不錯，而采用配方(WPUA30wt%+HEMA20wt%)所得涂膜綜合性能最好。

2.3.2干燥溫度對涂膜性能的影響

表4 干燥溫度對涂膜性能的影響

樣品	干燥溫度/℃	附著力 (劃格法)	硬度 /H	吸水率	固化次數
WPUA(30 wt%)+HEMA(20 wt%)	50	90/100	3	9	22次
	60	>95	3	8	92次
	70	95/100	3	8	92次
	80	95/100	3	8	61次
	90	90/100	4	8	41次
	100	90/100	3	8	61次

結論:主要方法是通過光固化后是否發粘，來判斷光固化的程度。結果表明，隨著干燥溫度的提高，光固化速度整體上呈上升趨勢，涂膜硬度也有所上升。

2.3.3干燥時間對涂膜性能的影響

稀釋劑水醇混合物的作用是防止體系粘度過大而使涂膜工作變得困難，在涂膜工作完成后它們將被除去，因此干燥時間影響著水、醇在涂膜中的含量，從而直接影響到固化時間、涂膜性能。本次測試的試樣在60℃的真空烘箱中干燥0min(不干燥)、10 min、20 min、30min，以固化次數(通過固化機的次數)定義固化時間，以指觸不粘為固化完全標志。

表5 干燥時間對UV固化膜性能的影響

樣品	干燥時間/min	干燥溫度/℃(劃格法)	附著力	硬度/H	吸水率	固化次數
WPUA(30wt%)+HEMA(20wt%)	0	60	-	-	-	不徹底
	10	60	90/100	3	9.2	3次
	20	60	>95	3	8.9	2次
	30	60	>95	3	8.6	1次

結論:干燥時間的長短直接影響到固化時間。在相同干燥溫度下，隨干燥時間的增加，光固化速度增快，可能主要是隨干燥時間的增加水性溶劑揮發的徹底，因此光固化速度增加。

3結論

為了更好地提高水性聚氨酯UV涂料的綜合性能，擴大應用范圍，文章通過不同的原料配比和合成工藝用環氧樹脂對水性聚氨酯進行改性，制備了性能優異的UV-WPUA涂料，并通過對比性實驗優化了合成和固化配方和工藝，并考察了樹脂的基本性能和UV固化膜的性能。研究表明，樹脂和涂膜的基本性能均較好，脂環族環氧樹脂改性水性聚氨酯涂料基本上達到真空鍍膜用光固化涂層的要求�；�本結論如下:

(1)合成的UV-WPUA樹脂涂料具有良好的外觀透明性，水溶性優異，固含量較高，固化速度較快，涂層有足夠的耐水性和硬度，與基材及真空鍍膜層有良好的結合力，具有良好的流平性和豐滿度;

(2)確定了加入環氧樹脂和DMPA的質量分數，當加入環氧樹脂的質量分數為60%、DMPA質量分數為80%時，所得UV涂料性能最佳;

(3)選擇干燥溫度60℃、干燥時間20min，所得UV涂料性能較好。