环氧树脂在粘接性、耐水性、耐热性、耐化学品性及力学性能等方面性能优越 常用于水性聚氨酯材料的改性。文章合成了环氧树 脂改性的水性聚氨酯的制备方法，并着重讨论了环氧树脂的加入量对其应用于真空镀膜涂料斗的耐水性、耐热性和力学性能的影响。

真空镀膜技术初现于20世纪30年代，到了70年代才得到较大发展1。真空镀膜技术是一种新颖的材料合成与加工的新技术，是表面工程技术领域的重要组成部分。在真空镀膜涂料中，般利用其突出的附着力、抗腐蚀、硬度等性能，从而广泛应用于、汽车装饰零件，化妆品盒，玩具及日用小商品等诸多民用领域[3传统溶剂型真空镀膜涂料种类多，应用较广泛，但其存在很多先天缺陷4。因此常与其他合成树脂或涂料进行调配，以改善涂料的综合性能，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键，综合了聚氨酯的高耐磨性、粘附力、柔韧性和聚丙烯酸酯卓越的光学性能和耐候性，因此聚氨酯丙烯酸酯真空镀膜涂料除具有良好附着力外，还具有耐化学腐蚀性、耐磨性以及弹性等优异的综合力学性能，因此被广泛应用于光固化真空镀膜涂料中。

近年来，随着环保法规的日益严格，水性光固化涂料的发展越来越受到重视门。文章主要研究真空镀膜用水性聚氨酯UV树脂的合成和改性过程与性能表征:在实验室合成和改性水性聚氨酯树脂涂料并固化，探索出一套较为合理的操作方案;以既定的固化配方为基准，通过对比性实验确定合成配方与合成改性工艺对最终水性聚氨酯树脂涂料性能的影响，从而优化实验方案，得到性能与成本兼备的水性聚氨酯UV树脂。

1实验部分

1.1试剂与仪器

异佛尔酮二异氰酸酯(IPDI),工业品;聚乙二醇-600(PEG600),汕头市西陇化工厂，化学纯:2.2-二羟甲基丙酸(DMPA)，工业级;1.4-丁二醇，上海化学试剂公司，分析纯:2.2.6.6-四甲基哌啶醇-1-氧自由基(H-TEMPO)，温州塑化助剂厂;三乙胺(TEA)，江苏永华精细化学品有限公司，分析纯;甲基丙烯酸羟乙酯(HEMA)，台湾长兴公司，工业级;环氧树脂，工业级，江苏三木化工有限公司;光引发剂659(Irgacure659)，菏泽市牡丹区三和源化工有限公司。

DU-20型电热恒温油浴箱，上海一恒科学仪器有限公司; UV-102 履带式固化机，珠海金邦泰工业材料有限公司;四口反应瓶、回流冷凝管、恒压漏斗、机械搅拌器、氮气瓶、温度计、 pH试纸。

1.2合成与改性工艺

文章以环氧树脂为改性剂，实验室合成制备了水性聚氨酯UV树脂(UV-WPUA)。

1.3UV-WPUA涂料的固化

称取一定量的树脂乳液，以树脂、光引发剂、阳离子引发剂、水、乙醇、HEMA按一定的质量比例稀释，搅拌均匀后放置12h后，将配好的涂料用四面制备器涂覆到聚四氟乙烯塑料板或镀铝塑料板上，在50~60℃条件下真空干燥一段时间，然后将干燥好的乳液树脂放到紫外光固化机上固化交联，履带速度为5~10 cm/s。

2结果与讨论

2.1环氧树脂含量对WPUA乳液性能的影响

表1 环氧树脂含量对WPUA乳液性能的影响

质量分数/wt%	外观	固含量/wt%	pH	贮存稳定性
0	微黄色透明	74.6	7.0	3个月内无变化
2	微黄色透明	75.1	7.0	3个月内无变化
4	微黄色透明	76.8	7.0	3个月内无变化
6	微黄色透明	79.4	7.0	3个月内无变化
8	乳白色	81.2	7.0	2个月固化
10	乳白有微 量颗粒	81.2	7.0	1个月固化

由表1可以看出，当环氧树脂的质量分数为80wt%时，2个月后出现了分层固化现象，达到10wt%时，乳液放置1个月后就出现分层固化，稳定性极差。这是因为随着环氧树脂的增加，一方面聚氨酯的交联度提高，而亲水基团的含量不变，这样就降低了聚氨酯的亲水性，从而使分散颗粒变大，稳定性下降;另一方面，随着交联度的增大，当受到外力作用时，将会阻止分子链间的相对滑移，从而使拉伯强度大幅度提高，同时也提高了乳液中不挥发组分的含量。所以，适宜环氧树脂的含量应为4.0~8.0wt%。

2.2DMPA含量对WPUA乳液和胶膜性能的影响

DMPA是一种亲水性扩链剂，其在水性聚氨酯中的含量对整个乳液的稳定性以及胶膜的性能有很大的影响，本实验各试样中环氧树脂质量分数为60wt%，改变DMPA的添加量，考察了 DMPA含量对乳液和胶膜性能的影响，结果见表2。

从表2可以看出，随着DMPA用量的增加，乳液外观由乳自鱼变为透明，稳定性逐渐提高，贮存期延长。实验表明，DMPA用量在6.5~8.5wt%范围时，聚氨酯乳液及胶膜均有较好的性能。

2.3固化配方与工艺对涂膜性能的影响

固化膜的性能不仅仅取决于所合成的树脂，更取决于固化前涂料配方的确定以及固化工艺。文章将对不同的固化条件和固化配方进行比较性测试，测试中固化条件未指明即为涂膜厚度为10 um，置于60℃的真空干燥箱中干燥20min，在UV-102履带式固化机中固化，1000W汞灯2只，履带速度设定为10cm/s，以指触不粘为表干。

23.1不同固化配方对涂膜性能影响

选取环氧树脂用量为60wt%，DMPA用量为80wt%的WPUA进行测试。测试结果见表3。

测试配方:WPUA(30~40wt%)+水乙醇混合物+HEMA(10~20 wt%)+光引发剂659(2.0wt%)+阳离子引发剂(1.0wt%)。

表2 DMPA含量对WPUA乳液及胶膜性能的影响

质量分数/wt%	外观	吸水率	膜耐水性	膜硬度/H	贮存稳定性
3	透明 乳白，略透明	4.2	轻微失光	2	1个月内有少 许沉淀
5	淡黄色， 半透	6.5	轻微失光	3	2个月内无沉 淀，稳定
8	淡黄色， 透明	8.9	溶痕	3	2个月内无沉 淀，稳定
10	淡黄色， 透明	14.6	溶胀	5	2个月内无沉 淀，稳定

表3 不同固化配方对涂膜性能影

样品	附着力 (划格法) /H	硬度	吸水率	固化次数
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

结论:所有的固化配方所得的涂膜性能都不错，而采用配方(WPUA30wt%+HEMA20wt%)所得涂膜综合性能最好。

2.3.2干燥温度对涂膜性能的影响

表4 干燥温度对涂膜性能的影响

样品	干燥温度/℃	附着力 (划格法)	硬度 /H	吸水率	固化次数
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

结论:主要方法是通过光固化后是否发粘，来判断光固化的程度。结果表明，随着干燥温度的提高，光固化速度整体上呈上升趋势，涂膜硬度也有所上升。

2.3.3干燥时间对涂膜性能的影响

稀释剂水醇混合物的作用是防止体系粘度过大而使涂膜工作变得困难，在涂膜工作完成后它们将被除去，因此干燥时间影响着水、醇在涂膜中的含量，从而直接影响到固化时间、涂膜性能。本次测试的试样在60℃的真空烘箱中干燥0min(不干燥)、10 min、20 min、30min，以固化次数(通过固化机的次数)定义固化时间，以指触不粘为固化完全标志。

表5 干燥时间对UV固化膜性能的影响

样品	干燥时间/min	干燥温度/℃(划格法)	附着力	硬度/H	吸水率	固化次数
WPUA(30wt%)+HEMA(20wt%)	0	60	-	-	-	不彻底
	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

结论:干燥时间的长短直接影响到固化时间。在相同干燥温度下，随干燥时间的增加，光固化速度增快，可能主要是随干燥时间的增加水性溶剂挥发的彻底，因此光固化速度增加。

3结论

为了更好地提高水性聚氨酯UV涂料的综合性能，扩大应用范围，文章通过不同的原料配比和合成工艺用环氧树脂对水性聚氨酯进行改性，制备了性能优异的UV-WPUA涂料，并通过对比性实验优化了合成和固化配方和工艺，并考察了树脂的基本性能和UV固化膜的性能。研究表明，树脂和涂膜的基本性能均较好，脂环族环氧树脂改性水性聚氨酯涂料基本上达到真空镀膜用光固化涂层的要求。基本结论如下:

(1)合成的UV-WPUA树脂涂料具有良好的外观透明性，水溶性优异，固含量较高，固化速度较快，涂层有足够的耐水性和硬度，与基材及真空镀膜层有良好的结合力，具有良好的流平性和丰满度;

(2)确定了加入环氧树脂和DMPA的质量分数，当加入环氧树脂的质量分数为60%、DMPA质量分数为80%时，所得UV涂料性能最佳;

(3)选择干燥温度60℃、干燥时间20min，所得UV涂料性能较好。